Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Эбилинг В. -> "Физика процессов эволюции" -> 136

Физика процессов эволюции - Эбилинг В.

Эбилинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции — М.: УРСС, 2001. — 342 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikaprocessovevolucii2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 130 131 132 133 134 135 < 136 > 137 138 139 140 141 142 .. 176 >> Следующая

Какие физические ограничения существуют для функционирования информационных систем? Одно фундаментальное физическое ограничение для всех информационных процессов следует из соотношения эквивалентности: за получение 9*
информации нужно чем-то платить, и это «что-то» и есть энтропия. Один бит информации «стоит» от fcB In 2 и больше. Прием и передача информации связаны с необратимыми затратами энтропии, не зависящими от температуры. Ни одна самая хитроумная конструкция не может позволить нам обойти второе начало термодинамики. Если информационную систему подпитывать данными, то ее энтропия всегда будет возрастать, поскольку энтропия является мерой внутреннего беспорядка. Следовательно, в стационарном режиме энтропию необходимо отводить от системы, например, путем теплопроводности или излучения, что может создать определенные проблемы. Информационные системы должны экспортировать энтропию, и поэтому она соответствует процессам самоорганизации. К счастью, внутренние переходы в информационной системе могут протекать обратимо или почти обратимо, поэтому никаких принципиальных ограничений здесь не возникает. Понятие почти обратимого компьютера на протяжении нескольких лет интенсивно обсуждается физиками (Bennet, Benioff, Fredkin, Tqffoli, Landauer, Feynman).
Физические ограничения на информационные системы представляют не только технический, но и принципиальный интерес. Из современной математической теории сложности известно, что затраты на решение многих задач растут экспоненциально с увеличением числа элементов и поэтому быстро превосходят возможности имеющейся вычислительной техники. Возможно, когда-нибудь в результате совместных математико-кибернетических, физических и биологических исследований станет ясно, какие задачи действительно непреодолимо сложны и не допускают сведения к более простым задачам и где проходит граница анализа сложных систем. На пути к всеобъемлющей междисциплинарной теории информации главную роль играет исследование переработки информации в биологических системах и ее эволюции.
11.2. Информация и жизнь
Способность хранить и перерабатывать информацию принадлежит к числу наиболее важных свойств живых систем. В ходе биологической эволюции эта способность необычайноусилилась, качественно и количественно. В живых системах используются главным образом три формы информации:
1) генетическая информация;
2) информация в нервной системе и в головном мозге;
3) экстрасоматическая информация, хранящаяся вне организма в записях, книгах и т.д.
Эти три формы информации образовались последовательно, одна за другой, в ходе эволюции. Хранение генетической информации началось с возникновением жизни на Земле 3-4 миллиарда лет назад и быстро развивалось, пока примерно через 10 миллионов лет после возникновения земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих не вышло на плато на уровне около 1010 битов генетической информации (рис. 11.1). Количество информации, хранящейся в нервной системе и в головном мозге прежде всего на много порядков меньше. Лишь с появлением земноводных количество этой информации становится сравнимым с количеством генетической информации, а с появлением млекопитающих и особенно человека количество информации, хранящейся в нервной системе и в головном мозге, превосходит количество генетической информации на много порядков. Человек располагает около 10‘° битами генетической информации и более 1013 битами информации в головном мозге и нервной системе, причем обладает еще доступом к еще большему количеству экстрасоматической информации в библиотеках и других хранилищах (Sagan, 1978). История эволюции хранения информации в живых существах наглядно представлена на рис. 11.1.
! 10
2 8
1“
S
6
10
МОЗГ + НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Млекопитающие
Рептилии Простейшие Одноклеточные водоросли
Бактерии
Протовирусы 4
-----1______1__L
/V
Человек
Амфибии
-ш11 -ю10 -ю9 -ю8 -ю7 -ю6
-10
Время (годы)
Рис. 11.1. Развитие генетической и нейронной информационной емкости в ходе биологической эволюции (по Сагану (Sagan, 1978))
Экстрасоматическое хранение информации (экстрасоматическое — вне тела) развивается на протяжении примерно 103лет. Количество экстрасоматической информации уже существенно превзошло количество информации, хранимой в мозге и в нервной системе, и заведомо приведет к образованию третьего плато. Нас будет интересовать генетическая информация и физические аспекты ее хранения.
Ясно, что биологические системы в состоянии не только хранить и перерабатывать огромные количества информации, но и производить информацию. Чтобы понять, как функционируют биологические системы, проанализируем физические условия, которым должны удовлетворять информационные системы. В своем изложении мы будем следовать Волькенштейну и Чернявскому (Волькенштейн, Чер-навский, 1979; Волькенштейн, 1979).
Предыдущая << 1 .. 130 131 132 133 134 135 < 136 > 137 138 139 140 141 142 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed