Возникновение биологической организации - Кастлер Г.
Скачать (прямая ссылка):
В этой книге я пытался разработать теорию биологической организации. Такая теория должна в конечном итоге распространяться на все уровни организации, от макромолекул до организма млекопитающих, но в настоящее время намечены только первые ее разделы. Даже и эти разделы остались незаконченными: некоторые проблемы, разработанные достаточно глубоко, переплетаются с рядом других, обрисованных лишь в самом общем виде. В этом смысле предлагаемые читателю заметки следует рассматривать как работу, написанную с целью постановки вопроса. Составление этих заметок оказалось полезным для автора и, быть может, принесет пользу и читателю.
Для отдельных компонентов биологической системы проблема организации — это в первую очередь проблема спецификации, иными словами, вопрос об объеме содержащейся в этих компонентах информации. Мы убедимся в этом при рассмотрении вопроса о спецификации нуклеиновых кислот в индивидуальном организме и о формировании этой спецификации в процессе эволюция При изучении пар компонентов возникает ряд проблем, связанных с функцией, передачей информации, действием или взаимодействием информации и т. д. Эти проблемы мы рассмотрим, когда будем говорить о каталитической роли белков. Следующий уровень нашего анализа касается взаимодействия функций; здесь нас будут интересовать взаимосвязи (внутри клетки) нуклеиновых кислот, контролирующих синтез функциональных белков. Пока анализ доведен нами до этого уровня. Вопросы эволюции рассматриваются на всех уровнях, поскольку ее история чрезвычайно существенна для всех живых организмов.
Генри Кастлер
Брукхейвенская национальная лаборатория
Глава /
ИНФОРМАЦИЯ
БИОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
Акт создания. Дл'я живых систем характерна высокая упорядоченность, значительно более высокая, чем у любых известных нам неживых систем. Даже простейшие живые организмы чрезвычайно сложны. Обращаясь к масштабу упорядоченных структур, мы убеждаемся в том, что дистанция между бактерией и человеком значительно меньше, чем, например, между бактерией и гигантским электронным мозгом. При обычном течении событий упорядоченность имеет тенденцию к уменьшению, и поэтому нелегко понять, как живое могло возникнуть из неживых предшественников. Было предложено несколько объяснений этому, но не все они могут служить предметом научного исследования Среди тех гипотез, которые заслуживают научного обсуждения, наиболее привлекательно предположение о том, что неживые компоненты приняли конфигурации, совместимые с жизнью, в результате какого-то счастливого случая.
Для того чтобы какая-то конфигурация оказалась совместимой с жизнью, в ней должна сочетаться способность к метаболической активности с устойчивостью и даже с приспособляемостью. Кроме того, она должна обладать способностью воспроизводить себя из отдельных компонентов, имеющихся в окружающей среде. Это трудно выполнимые требования. Чтобы должным образом оценить их значение, займемся исследованием того, что представляется нам критическим этапом в возникновении жизни. Пусть у нас (Имеется «густой, теплый, соленый бульон», содержаний различные органические молекулы — аминокислоты, сахара, полифосфаты,
пиримидины, пурины и т. д. Какова вероятность наступления такого события, при котором какая-то случайная конфигурация из этих молекул окажется совместимой с жизнью? Для оценки этой вероятности нужно знать две величины: вероятность того, что любая данная конфигурация совместима с жизнью, и число случаев, при которых могут возникать конфигурации.
Объем информации в живой системе Множество молекул, необходимых для создания живого организма, способно образовывать огромное число возможных конфигураций. Только ничтожная часть последних, по-види-мому, совместима с жизнью. Число альтернатив при отборе из всех возможных конфигураций тех конфигураций, которые совместимы с жизнью, можно выразить через объем информации. Обозначим через Н объем информации какой-либо структуры, связанный с упорядоченностью одного из ее компонентов. Тогда вероятность того, что при случайном отборе из совокупности всех возможных структур данного типа мы выберем одну, удовлетворяющую сформулированному выше условию, равна 2~н. Таким образом, мы можем выражать вероятность того, что любая молекулярная конфигурация совместима с жизнью, через количество информации, содержащееся в живых организмах. Было осуществлено несколько попыток определить или, вернее, приблизительно оценить объем информации живых систем. В данном случае мы будем рассматривать относительно простой организм, обладающий, однако, всем, что ему нужно для самостоятельного существования, например бактериальную клетку. Такой выбор объекта исследований отражает нашу уверенность в следующем: для того чтобы подобная клетка, коль скоро она уже возникла, могла породить весь разнообразнейший мир живых организмов, существующих в наши дни, необходим лишь про-цес эволюции, действующий в течение двух миллиардов лет.
Линшиц [17] произвел оценку изменения энтропии, происходящего при превращении простых предшественников в органические молекулы, из которых построена бактерия. Перевод энтропии в вероятность, а вероятности— в эквивалентное число двоичных выборов дал для
