Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Эбилинг В. -> "Физика процессов эволюции" -> 137

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 .. 131 132 133 134 135 136 < 137 > 138 139 140 141 142 143 .. 176 >> Следующая

1. Система должна быть мультистационарной. В простейшем случае должны были бы существовать два стабильных стационарных состояния, а между ними одно нестабильное стационарное состояние. Такая система с двумя стабильными состояниями может хранить один бит информации. Разумеется, в системах с многими стационарными состояниями может храниться большее число битов информации. В мультистабильных системах в отличие от бистабильных систем существует много аттракторов, к которым притягиваются все траектории, принадлежащие некоторой определенной области. Число состояний-аттракторов всегда дискретно, и в конечной информационной системе оно, разумеется, конечно. Если N — число аттракторов, то информационная емкость системы, измеренная в битах, составляет величину
I = log2 N.
(11.7)
2. Система должна быть диссипативной. Вследствие требуемой устойчивости аттракторов должны существовать диссипативные механизмы, препятствующие покиданию траекториями занятой ими области аттрактора. Если система оказывается в области определенного аттрактора, то перейти в область другого аттрактора она может только в результате внешнего воздействия. Именно в этом и заключается механизм памяти информационных систем (Landauer, 1976, 1978).
9в Ззк. IIW
3. Обусловленные флуктуациями переходы, принципиально всегда возможные, должны происходить настолько редко, что за характерное время функционирования системы они практически не встречаются. Из этого условия возникают определенные ограничения на размеры фазового пространства (чтобы исключить квантовомеханические эффекты), на число частиц (чтобы флуктуации относительно среднего числа частиц можно было считать малыми), а также на температуру и уровень внешнего шума.
4. В пространстве состояний должна существовать область, из которой достижимы все N аттракторов. К области какого аттрактора направится траектория из этой нейтральной области зависит от флуктуаций или внешних воздействий. Эго и есть механизм производства и хранения информации.
Перечисленные физические условия показывают, что отнюдь не любая система способна к производству, хранению и переработке информации. Например, сразу же отпадают обширные классы консервативных гамильтоновых систем. К системам, удовлетворяющим условиям 1—4, относятся переключательные схемы электроники и микроэлектроники, а также мультистабильные реакции. В ходе естественной эволюции последний класс информационных систем выдвинулся на передний план. Идеальными информационными системами естественной эволюции являются реакции синтеза биополимеров. Биомолекулы представляют собой гетерополимеры с длиной цепи от 102 до 106 элементарных звеньев. Последние в случае полинуклеотидов состоят из 4 сортов нуклеотидов (А, Ц, Г и Т или У), а в случае полипептидов — из 20 сортов аминокислот (А, С, D, Е,..., V, W, Y). Нейтральное исходное состояние реакции синтеза представляет собой смесь свободных элементарных звеньев необходимого брутго-состава. Состояния-аттракторы этой информационной системы соответствуют химически устойчивым конфигурациям биополимеров. Для линейного полимера, состоящего из А элементарных звеньев, существуют
(11.8)
вариантов полимера, где v — его длина. В общем случае число W невообразимо велико. Например, если мы рассмотрим полинуклеотид длины v = 1000, то получим
W = 41000 ~ Ю600 (11.9)
способов расположения нуклеотидов в цепи. Чтобы как-то упорядочить это огромное множество и сделать его более обозримым, целесообразно представить множество последовательностей геометрически в пространстве последовательностей. Такое представление позволяет наглядно упорядочить первичные структуры биополимеров. Вторичные и третичные структуры мы рассматривать не будем, а интересующихся читателей отошлем к литературе (Лифшиц, 1973; Волькенштейн, 1975; Damaschun, Buder, 1978; Blumenfeld, 1977). В дальнейшем мы рассмотрим взаимосвязь между физической структурой генетических носителей информации, т. е. первичной структурой полинуклеотидов и полипептидов, и некоторыми количественными аспектами хранящихся сообщений. Для этого нам понадобятся элементы теории передачи сообщений, теории сложности и теории языков, однако мы не ставим перед собой задачи построения биологически ориентированной теории информации (см. Тет-brock, 1971, 1977; Hassenstein, 1970; Allan, 1972; KUppers, 1986; Волькенштейн, 1986). Нас в первую очередь будут интересовать физические аспекты проблемы, однако мы не считаем разумным проведение строгих границ.
Открытие молекулярных основ и принципа кодирования наследственной информации по праву может считаться одним из важнейших результатов естествознания за последние 50 лет. При решении этой загадки существенную помощь современной биологии оказали такие физики, как Дельбрюк, Шрёдингер и Гамов.
Хранение, переработку и накопление информации можно рассматривать как характерные особенности живого. Живые организмы и образуемые ими структуры (биоценозы, трофические системы, общественные, социальные, экономические структуры и т.д.) отличаются столь высокой сложностью, что их построение, поддержание и дальнейшее развитие было бы немыслимо без хранения и передачи информации (накопленного опыта, чертежей конструкций, памяти). С другой стороны, не известна ни одна система, перерабатывающая информацию (за исключением тривиальных случаев), которая существовала бы вне и независимо от живого. Разумеется, компьютер может осуществлять некоторые информационные процессы независимо от людей, но в конечном счете эта информация имеет значение только в рамках технических и научных систем человека. Вопрос о том, где в процессе возникновения жизни лежит начало живого, согласно современным представлениям часто связывают с накоплением информации в химических соединениях.
Предыдущая << 1 .. 131 132 133 134 135 136 < 137 > 138 139 140 141 142 143 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed