Возникновение биологической организации - Кастлер Г.
Скачать (прямая ссылка):
объема информации величину, равную 1013 бит. При этой оценке не учитывалась спецификация макромоле-кулярных и клеточных структур. Вместе с тем лишь небольшая часть изменения энтропии, связанного с созданием «строительных блоков», из которых состоит клетка, проявляется в виде образования соответствующих структур, хотя в биологическом отношении этот последний эффект значительно важнее первого. Поэтому приведенная выше оценка завышена.
Моровиц [21] подошел к оценке объема информации, руководствуясь структурными соображениями. Как известно, температуру Escherichia coli можно понизить почти до абсолютного нуля, и при последующем нагревании биологическая активность организма целиком восстановится. Отсюда можно заключить, что информация, обеспечивающая биологическую активность организма, должна полностью определяться структурой; любая динамическая программа оказалась бы уничтоженной при этой температуре. Оценка информации, необходимой для спецификации этой структуры, производится по органическим молекулам. Для каждой из них информация сводится к выбору вида молекулы и расположения этой молекулы относительно шести соседних, причем число возможных положений молекулы ограничено действием химических сил. Рассчитанный таким образом объем информации примерно равен 1012 бит, что довольно хорошо согласуется с оценкой Линшица. Так же как и эта последняя, оценка Моровица завышена, поскольку, несомненно, многие детали размещения молекул в клетке никак не влияют на нормальную жизнедеятельность клетки.
Данков и Кастлер [5] произвели несколько оценок объема информации в клетке, исходя из структурных соображений. Объем информации в любой системе не может превышать количество информации, необходимое для спецификации природы и размещения всех ее компонентов. Считая простейшим компонентом системы атом, эти авторы нашли количество информации, требуемое для отбора одного атома из всего набора атомов, входящих в состав живой системы, и для задания его положения с точностью, определяемой тепловыми колебаниями
при температуре тела. Достаточный для этих целей объем информации в расчете на один атом оказался равным 24,5 бит. Клетка Е. coli содержит примерно 2 • 10й атомов, и поэтому рассчитанный таким способом объем информации равен 5- 1012 бит. Это верхний предел. При расчете пренебрегали всеми ограничениями или связями, возникающими вследствие того, что атомы объединены в молекулы. Если учесть эти ограничения, то мы получим, что количество структурной информации в расчете на одну бактерию равно 1 • 1010 бит '.
Все оценки объема информации, основанные на структурных соображениях, по-видимому, завышены. Далеко не вся структура живого организма необходима ему, и, безусловно, значительную ее часть можно изменить без явного нарушения функций. Трудно оценить, какая именно часть структуры избыточна. Грубую оценку количества существенной (необходимой) информации можно произвести, считая, что целый ряд свойств организма обусловливается определенной организацией только одной его части, а именно генома. Объем структурной информации генома можно считать равным 2 бит на одну пару нуклеотидов; если говорить о бактерии, дезоксирибонуклеиновая цепь которой состоит примерно из 107пар нуклеотидов, то мы получим объем структурной информации, достигающий приблизительно 2-107 бит. Такую оценку нельзя считать нижним пределом, так как часть цепи ДНК может оказаться избыточной, а часть — «бессмысленной». Нижнее предельное значение объема
1 Все эти расчеты вряд ли имеют смысл. Мы ие вычисляем ин-
формации, необходимой для построения из атомов кристалла какого-
либо простого соединения, например бензола, хотя в принципе аналогичные расчеты дали бы не меньшие величины. Образование данной конфигурации атомов в молекулах и упаковка молекул в надмолекулярных образованиях подчиняются достаточно однозначным энергетическим и энтропийным законам. В этом смысле образование большинства биологических структур ничем ие отличается от образования структур мертвой материи. Вероятностные расчеты
имеют смысл тогда, когда существует возможность возникновения набора с кинетической и энергетической точки зрения априорно равновероятных структур, например различных последовательностей
мономеров в ДНК при ее спонтанном образовании из нуклеотидов.
(См. Л. А Блюменфельд, О молекулярной биологии, в сб.
«О сущности жизни», изд-во «Наука», М., 1964.) — Прим. ред.
информации устанавливается по функциональной генетической изменчивости в пределах вида. В случае бактерий для этого требуется никак не меньше 1000 бит. Отсюда мы находим нижний предел объема информации для бактерии, равный 103 бит. Полученные таким способом пределы (103—1013 бит) чрезвычайно широки, но, безусловно, истинная величина лежит между ними. Сокращение этого интервала представляется совсем нетрудным, но для наших целей оно сейчас не нужно.
Объем информации, равный 103 бит, соответствует 1000 последовательно произведенных двоичных выборов, или одному выбору из 21000 возможностей. Вероятность сделать такой выбор случайно равна 10-301. Для объема 1013 бит эта вероятность составляет 10-3'10'2.
