www.koob.ru
Корогодин В.И., Корогодина В. Л.
Информация как основа жизни Дубна, 2000
КОРОГОДИН В. И., КОРОГОДИНА В. Л.
Информация как основа жизни. – Дубна: Издательский центр «Феникс», 2000. – 208 с.
Книга посвящена феномену жизни и информации как внутренне присущему свойству информационных систем.
Рассматриваются свойства информации и информационных систем. Выделяются главные свойства информационных систем – способность к «целенаправленным» действиям и расслоение на информационную» и «динамическую» подсистемы.
Рассматривается динамика информации от ранних этапов эволюции физических информационных систем до систем с биологической информацией – генетической, поведенческой и логической. Особое внимание уделяется динамике биологической информации в биосфере. Одной из проблем, затрагиваемой авторами, является взаимодействие ноосферы и техносферы, связанной с автогенезом информации.
Книга рассчитана на специалистов, а также на круг читателей, интересующихся теорией информации, эволюцией, биологией и взаимоотношениями биосферы и техносферы.
KOROGODIN V.I. & KOROGODINA V.L. Information as the Foundation of Life. – Dubna: "Phoenix" Publishing Center, 2000. – 208 p.
The book analyzes the phenomenon of life and information as an inherent quality of information systems.
Properties of information and information systems are discussed. The main properties of information systems are pointed out: the ability to act "purposefully" and the division into an "informative" and "dynamic" subsystems.
The dynamics of information is analyzed, from the early stages of physical information system evolution to the systems with biological genetic, be-haviouristic and logical information. Special attention is attached to the dynamics of biological information in biosphere. One of the problems, connected with information autogenesis and discussed by the authors, is the interaction of noosphere and technosphere with biosphere.
The book is recommended to specialists and readers who are interested in the theory of information, evolution, biology and interaction of biosphere and technosphere.
© Авторы. В. И. Корогодин и В. Л. Корогодина, 2000 г. © Оформление. ИЦ «Феникс», 2000 г.
Оглавление
Пролегомены
Глава первая. Историческая справка
Глава вторая. Информация и ее свойства
Глава третья. Информационные системы
Глава четвертая. Принцип поризма
Глава пятая. Динамика информации
Глава шестая. Биосфера и техногенез
Глава седьмая. Предвидимо ли будущее?
Обозначение используемых понятий
Contents
Prolegomenon
Chapter 1. History
Chapter 2. Information and Its Properties
Chapter 3. Information Systems
Chapter 4. Porism Principle
Chapter 5. Dynamics of Information
Chapter 6. Biosphere and Technogenes
Chapter 7. Can One Predict the Future
Designation of the Notions Used
ПРОЛЕГОМЕНЫ
Термин «информация»
Термин «информация» широко используется в научной литературе. Трудно найти область знаний, избежавшую соблазна его применять. Это – следствие все продолжающегося расширения смыслового поля этого термина.
В тридцатые годы и ранее слово «информация» использовали, в основном, как «сведения» или «осведомление», т.е. как прямой перевод латинского informatio. К концу сороковых годов под «информацией» начали понимать функцию статистических характеристик букв какого-либо языка. Так, согласно К. Шеннону [1], количество информации, содержащейся в каком-либо сообщении, состоящем из М букв, равно
 (1)
где п – число букв в данном языке, ар– частота встречаемости i–той буквы (i=1,2...n) в этом языке. Знак минус поставлен перед правой частью формулы для того, чтобы количество информации Н всегда было положительным.
Под влиянием работ Л. Бриллюэна [2], начиная с шестидесятых годов, возник и приобрел широкую известность «негэнтропийный принцип информации». В отличие от энтропии, рассматриваемой в качестве меры неупорядоченности той или иной системы, негэнтропией обычно называют меру упорядоченности окружающих нас систем, связывая с ней различного рода антиэнтропийные процессы, протекающие в физическом мире. В основе негэнтропийного принципа лежит формальное сходство обобщенной формулы К. Шеннона
  (2)
и знаменитой формулы Больцмана для физической энтропии S = lnW, где W - число состояний, которые может принимать система. Если микросостояния системы различны, то формула будет выглядеть так
 (3)
Л. Бриллюэн предложил выражать информацию I и энтропию S в одних и тех же единицах - информационных (битах) или энтропийных (эрг/град).
Б. Б. Кадомцев указывает [3], что величины I и S формально равны потому, что I соответствует информации одного единственного состояния из множества возможных, a S определена по множеству всех состояний. Здесь понятие информации дается в терминах физической статистики. Алгоритмическую информацию можно рассматривать как меру алгоритмической хаотичности [4]. Эти два определения практически совпадают [5].
Однако существуют области феноменов, для обозначения которых этот термин также хорошо подходит, и использование его существенно упрощает задачи их изучения.
Жизнь вокруг нас
Замечали ли вы когда-нибудь, что в русском языке нет слова, противоположного словам «живое», «жизнь»? Вернее, есть слова «мертвое», «смерть», но они означают лишь то, что когда-то было живым, а затем погибло. «Неживое» также происходит от слова «живое». И этот характерный для многих языков феномен связан, видимо, с тем, что, склонный судить о других по себе, первобытный человек одушевлял, по аналогии с собой, весь окружающий мир [6].
Со временем представления о всеобщей одушевленности сменились представлениями о постепенности переходов неживого к живому. Так, Г. Лейбниц считал, что не существует неорганического царства, а есть только одно громадное органическое, различные ступени которого представлены в минералах, растительных и животных формах. Всюду в мире наблюдается непрерывность, и всюду, где мы встречаемся с какой-нибудь организацией, существует и жизнь. Мертвая и живая материи не суть какие-нибудь противоположности, но представляют собой две формы той же материи, отличающиеся друг от друга только оттенками.
Но философы пошли еще дальше по пути аналогий. В игре сил мертвой материи, и главным образом в игре химических сил, они увидели чуть заметный зародыш тех склонностей и стремлений, которые управляют деятельностью живых существ. По их мнению, все реакции материи указывают на существование в ней какого-то сознания, способности отличать дурное от хорошего, стремиться к приятному, избегать неприятного. Таково было мнение Эмпедокла еще в древности; так же считали Д. Дидро и Ц. Кабанис. Еще на заре химии Л. Бергав, например, сравнивал реакции соединения с сознательными союзами, причем соединявшиеся «по симпатии» химические элементы чуть ли не справляли свадьбу.
Живое и неживое
Одна из особенностей живых тел – их изменяемость во времени: рождение, рост, старение, умирание и распад. Но ведь рождение и гибель касаются всех тел Вселенной – от атомов до галактик. Любой материальный объект «живет и умирает» в том смысле, что он непрерывно изменяется в одном и том же направлении, пока не достигнет состояния «вечного покоя».
Постоянство формы, рост, питание и размножение – таковы обязательные признаки жизни. Может быть, они обусловлены особым химическим строением? Но еще в середине прошлого века ученые выяснили, что протоплазма живой клетки, состоящая из углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, в химическом отношении близка к ароматическим соединениям. Сейчас досконально изученное в организме строение белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот показывает, что они не отличаются от своих неживых аналогов, образующихся под влиянием высоких температур или электрических разрядов. Их можно получать даже «в пробирках», по заранее составленному плану.
Специфичны ли для живых тел эти основные признаки? Вспомним о кристаллах. Давно известно, что каждый кристалл имеет строго определенную форму. Мало того. Если форма кристалла нарушена, например, отбит кусочек, – достаточно поместить его в раствор того же вещества, и он, подобно ящерице с оторванным хвостом, будет восстанавливать повреждение. Уже это говорит о его способности к своего рода питанию – поглощению из окружающей среды нужных ему компонентов. И только после того, как ущерб ликвидирован, кристалл будет расти, пока не исчерпает «питательность» содержащего его раствора. Так же обстоит дело и с размножением: кто не видел друзы кристаллов, образующихся из пересыщенного раствора поваренной соли или сахара?
Все это означает, что такие специфичные признаки живого (постоянство формы, рост, регенерация, питание, размножение, старение, гибель и др.) характерны не только для живых организмов, но и для ряда заведомо неживых кристаллов. Но кристаллы, скажут нам, могут сохраняться в неизменном виде неограниченно долгое время, в отличие от живых существ. А сохранность сухих зерен в египетских пирамидах или хорошо высушенных коловраток, особенно при низких температурах? Когда организмы находятся в анабиозе, в состоянии «скрытой жизни», они могут оставаться без изменения годы и годы и вновь начинают «жить» только при подходящей температуре, влажности и наличии питания. Но так же ведут себя и кристаллы! Значит, очень многие свойства живого присущи и неживым телам.
Чем же тогда, действительно, отличаются живые организмы от неживых тел? Может быть, какими-либо особенностями тех же функций, которые свойственны и неживым кристаллам, например определенными требованиями к внешней среде, температуре, концентрации каких-либо веществ? Но как экспериментально показали такие крупные химики, как Ж. Жерне, К. Дюфур, В. Освальд и другие, и в этом отношении принципиальных различий нет. Так, процессы кристаллизации или размножения кристаллов очень чувствительны к температуре, концентрации раствора и наличию примесей, подобно тому, как эти же факторы влияют на скорость размножения микроорганизмов, помещенных в питательный бульон. Более того, подбирая специальные условия среды, можно получить химические образования, ведущие себя внешне неотличимо от живых организмов.
Что же такое живое?
И все же эти размышления о свойствах живого ни на шаг не приближают нас к ответу на вопрос: что такое живое? Конечно, отдельные признаки живых организмов можно найти и у неживых объектов, но то, что разделяет их, остается непонятным. По такому пути традиционное мышление шло до самого последнего времени. И хотя сегодня мы знаем, из каких химических соединений построено живое, что представляет собой дыхание, питание, выделение «отработанных шлаков», как происходит деление клетки, размножение одноклеточных и высших организмов, какие при этом идут молекулярные процессы, точного определения живого еще нет.
«Жить – значит обладать способностью откликаться более или менее целесообразно на воздействия окружающей обстановки», – писал К. Платэ, несколько видоизменив определение живого, предложенное английским философом Г. Спенсером, который полагал, что «жизнь есть определенное сочетание разнородных изменений, одновременных и последовательных, в соответствии с внешними сосуществованиями и последовательностями». По поводу этого определения жизни наш замечательный натуралист В. В. Лункевич [7] остроумно заметил, что оно дает нам «и очень много, и ничего». Очень много, потому что объединяет в единое целое все возможные проявления жизни, и ничего, потому что оставляет в стороне вопрос о причинах, их вызывающих.
По-видимому, нужно идти другим путем. Попробуем найти такое специфическое свойство, отличающее живое от неживого, обладание которым делает объект живым. Эта искомая сущность должна объяснить все проявления жизни, включая способность к прогрессивной эволюции. Среди самых разных свойств живого должно быть одно, объединяющее все многообразие живых существ. Свойство это давно известно, но почему-то до сих пор приписывалось только человеку. Это – способность совершать целенаправленные действия.
«Учение о цели» (телеология) восходит к доаристотелевским временам, когда движение небесных светил и невидимых атомов объясняли существованием единой «движущей силы», находящейся вне «материальных оболочек» привычных и знакомых всем вещей. Лишь с течением времени физики избавили неживой мир от влияния «единого движителя», и в его ведении осталась лишь живая природа. Эта одухотворяющая сила во времена Аристотеля, т.е. более 2000 лет назад, получила наименование «энтелехия». Такие представления под другими названиями просуществовали до начала нашего века [8], но в дальнейшем энтелехия сошла со сцены. На виду осталось очевидное – способность совершать целенаправленные действия. Если не связывать эту способность с сознательным стремлением к цели, то почти не нужно доказывать, что она присуща всем без исключения живым организмам.
Целенаправленное действие и его компоненты
Чем же «целенаправленное действие» отличается от других событий, происходящих вокруг нас?
Идет гроза, ветер гнет деревья, раздается грохот грома, молния ударяет в деревянный сарай, и начинается пожар. Можем ли мы по отношению к таким событиям сказать для чего они происходят? Нет, конечно. Мы полностью объясним эти события, если ответим на вопрос: почему'?
Но таким событиям противостоят другие, которые нельзя объяснить, ответив только на вопрос «почему?» и умолчав «для чего?» Это события, идущие с участием живых организмов: когда вирусная частица, прикрепившись к поверхности бактерии, впрыскивает в нее свою ДНК; когда муравьи роют вход в подземный муравейник; когда птица строит гнездо, зверь – нору или человек засевает зерном взрыхленное поле. Во всех подобных случаях, чтобы понять действия живых существ, следует знать, для чего они это делают. Подчас этого ответа достаточно, чтобы понять природу наблюдаемого явления.
Здесь напрашивается аналогия с машинами, изготовляемыми человеком, да и другими изделиями, которые производят разные живые существа – от насекомых до высших млекопитающих: термитниками и муравейниками, гнездами и норами, различными постройками и т.п. В таких случаях прежде всего решают вопрос, для чего они предназначены, а уже затем – почему и как. Цель стоит впереди, а уж насколько то или иное изделие будет ей соответствовать, зависит от искусства его творца. Поэтому-то такие изделия и называют искусственными.
Итак, «искусственный» – термин, применяемый к объекту, изготовленному каким-либо живым организмом согласно «своему желанию», для достижения своей цели – удовлетворить потребность живого. Но таким целям служат, по существу, любые действия, совершаемые живыми организмами, как бы ни был широк их диапазон. Эти целенаправленные действия далеко не всегда однозначно связаны с «конечной целью» – той именно потребностью, которую организм стремится удовлетворить, даже не осознавая этого. Но стоит внимательно понаблюдать за любым живым существом, и станет ясно, что все «конечные цели» сводятся к одной – оставить потомство. Поэтому можно сказать, что живое – это совокупность объектов, способных совершать целенаправленные действия, конечная цель которых – самовоспроизведение.
Целенаправленное действие отличается от спонтанного течения событий прежде всего тем, что оно повышает вероятность осуществления «события цели». Насколько повысится эта вероятность – зависит от искусства исполнителя, от степени его осведомленности о путях достижения цели и о наличии в его распоряжении необходимых ресурсов. Но, независимо от этого, любое целенаправленное действие характеризуется именно повышением вероятности достижения цели, и величина эта позволяет судить об его эффективности [9].
Вторая характеристика целенаправленного действия – те дополнительные изменения в окружающей среде, которые его сопровождают. При любом целенаправленном действии всегда (в соответствии со вторым законом термодинамики) появляются «побочные продукты» – от едва заметного повышения температуры окружающей среды до накопления в этой среде веществ, отравляющих все живое. Чем совершеннее методы достижения цели, тем меньше образуется побочных продуктов.
И, наконец, самое главное в целенаправленном действии – это механизм, который его осуществляет. Такой механизм можно назвать «оператором» [10]. В искусственных устройствах – это машина, изготовленная человеком, или какое-либо иное сооружение, сделанное живыми существами, а в живых организмах это сам организм, его тело, его строение, его навыки и умение пользоваться имеющимися ресурсами для достижения своей цели. Все мы прекрасно знаем, сколь различны организмы по размеру, форме и образу действий и как превосходно они пригнаны к среде своего обитания, своей «экологической нише». И чем больше такое соответствие, тем успешнее они достигают цели и тем менее пагубны побочные продукты, это сопровождающие.
|
