Развитие информационного обмена и аппарата интерпретации информационного кода у клеточных форм жизни

Принципиальным отличием клеточной формы жизни от вирусной формы является её значительное усложнение. Оно проявилось в формировании внутри клетки, как в единой структуре, всех компонент, взаимодействие которых обеспечивает воспроизведение другой такой же формы. Конечно, для обеспечения такого внутреннего взаимодействия компонент клетки необходима возможность взаимодействия ее как целого с внешней средой, в ходе которого она получает из внешней среды вещество и энергию, поддерживающие внутреннее взаимодействие ее составных частей.

Внутренний механизм самовоспроизведения клетки является развитием механизма воспроизведения вируса. В клетке имеется основной элемент, целенаправленное информационное воздействие которого на прочие элементы приводит к построению другого такого же элемента. Но этим еще не исчерпываются его функции. Этот элемент вступает с остальными элементами клетки в такие информационные взаимодействия, которые направляют взаимодействие между ними на создание всего комплекса элементов клетки. Таким образом, можно сказать что, действуя подобно вирусу в направлении самовоспроизведения, этот основной элемент клетки организует еще и воспроизведение среды, в которой его собственное воспроизведение становится возможным.

Этот основной элемент клетки представляет собой разновидность молекулы нуклеиновой кислоты, а именно, молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Исследование строения ДНК и механизмов его взаимодействия с другими элементами клетки, - это предмет Генетики. Отметим лишь, что ДНК состоит из элементов называемых нуклеотидами, отдельные группы которых, участвуя в разных информационных взаимодействиях, организуют отдельные этапы процесса воспроизведения клетки и в совокупности организуют весь процесс.

Само первичное возникновение клетки как живой формы, произошло, потому, что оно могло произойти в определенных, хотя и очень маловероятных, ситуациях взаимодействия вируса со средой. В какой-то момент функционирование некоего вируса привело к тому, что в одной оболочке (!) оказалась его молекула ДНК и те объекты, с которыми он вступал в информационные взаимодействия, причем каждый из них мог возникать как реализация информационного взаимодействия вируса с другими объектами. Стечение всех этих обстоятельств могло случиться настолько редко, что за всю истории развития жизни на нашей планете произошло, видимо всего несколько таких случаев образования клеток, которые обладали бы достаточной устойчивостью существования и воспроизведения себя как вида. При этом устойчивость не оказалась настолько полной, чтобы воспроизведение клеток вело бы в каждом случае к появлению полной копии родительской клетки. Отсюда стали появляться новые клетки, наиболее устойчивые из которых сохранялись как виды. Это и послужило основой возникновения того многообразия форм жизни, которые сейчас существуют.

Живая клетка интересна тем, что является почти замкнутой средой с точки зрения происходящих в ней внутренних информационных взаимодействий. Число их достаточно ограничено, что дает возможность изучать каждое из них отдельно и всю взаимосвязанную их структуру в целом. Это конечно отдельная задача, достаточно успешно решаемая учёными-генетиками и микробиологами. Нам же достаточно рассмотреть (обозначить) лишь некоторые свойства этих взаимодействий, важные с точки зрения развития их значения в более сложных информационных процессах.

Информационное взаимодействие ДНК с каким либо элементом клетки опосредованно через промежуточные взаимодействия с некоторыми другими элементами. Таковыми в клетке служат несколько видов молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК). При взаимодействии с ДНК они приобретают такие свойства, которые при последующем взаимодействии их с другими элементами клетки приводят к передаче им информации уже непосредственно реализуемой в процессах поддержания жизни или воспроизведения клетки. Таким образом, коды, с помощью которых осуществляется передача информации от ДНК, не совпадают с кодами, с помощью которых принимается информация. Промежуточный этап информационного взаимодействия может быть растянут во времени, и момент передачи информации не совпадает с моментом ее получения. Наличие этого промежутка и перекодировки информации создают предпосылки искажения (в том числе и возможность потери) информации в процессе ее перехода от одного объекта к другому. Искажение информации ведет к снижению целесообразности для объекта изменений, происходящих в нем при ее реализации. Для клетки это чревато нарушением общей устойчивости ее жизнедеятельности и разрушением.

Для того, чтобы клетка сохранялась как вид в течение длительного времени, должен существовать механизм защиты информации от искажений, которые происходят время от времени. Такой механизм может иметь различную природу, но самое главное, что он должен быть заложен и в свойствах самой передаваемой информации.

Таким свойством является избыточность информации. (Это не единственная ее полезная роль в процессе информационного взаимодействия.) Избыточность может быть реализована через простое повторение кодов или более сложным образом – через самовосстанавливающиеся коды. Самовосстановление кодов основывается на том, что в передаче участвуют не только коды непосредственно несущие информацию, но и дополнительные, по которым при приеме информации, проверяется верность основных кодов, и если это необходимо и возможно, информация реализуется таким же образом, как будто коды не были искажены. Собственно восстанавливаются не сами коды, а в допустимых пределах их искажений и потерь сохраняется переносимая ими информация. Деление на основные и дополнительные коды достаточно условно. Генетические исследования показывают, что одна и та же информация может передаваться различными участками одной ДНК, и исключение каких либо из них не приводит к нарушениям ее функций. Возможность использования свойства избыточности информации, естественно, требует наличия соответствующих свойств у объекта, принимающего информацию.

Молекулы ДНК имеют большее количество групп нуклеотидов, чем это необходимо для нормального функционирования клетки. Причем доля избыточных групп возрастает по отношению к доле основных по мере усложнения функций самостоятельной клетки или организма, в который клетка входит составной частью. Соответственно при переносе информации от ДНК участвуют большее число кодов, чем это непосредственно необходимо. Представляется, что именно этим изначально обеспечивается защита информации от искажений и потерь в процессе обмена ею внутри клетки.

Во внутриклеточном обмене информации проявляется еще один фактор, который необходимо учитывать при рассмотрении этого процесса. Он присутствует в процессе взаимодействия вируса с элементами клетки. Клетка, в которую попадает вирус, является для него внешней средой. Вступая в информационный обмен с элементами клетки, вирус целенаправленно изменяет их взаимодействия и, тем самым, заставляет их создавать другой такой же вирус. Для клетки такое взаимодействие приводит к нарушению ее внутренних информационных взаимодействий. Если возникающие при этом искажения информации становятся слишком значительными, клетка теряет возможность поддерживать свое существование и разрушается. С одними искажениям информации клетка может бороться, с другими нет, а третьи могут оказаться нейтральными или даже способствующими ее существованию.

Судя по структуре вирусов, основой которых может являться молекула либо ДНК либо РНК, у них имеется несколько возможностей вмешиваться во внутриклеточный информационный обмен – либо исказить информацию в процессе ее переноса, изменив состояние клеточной РНК, либо передавать информацию, вступив в непосредственное взаимодействие с определенными элементами клетки вместо соответствующей РНК. Возможен вариант, когда молекула ДНК вируса внедряется в структуру молекулы ДНК клетки, и та начинает посылать изначально искаженную информацию.

Фактор целенаправленной передачи информации от одного объекта другому в ситуации, когда ее реализация оказывается целесообразной для первого и нецелесообразной для второго, будем называть дезинформацией.

Вообще, понятия Информация и Дезинформация, обозначают одну и ту же субстанцию, но имеют разные этические категории. Они соотносятся между собой примерно так же, как понятия разведчик и шпион. Рассмотренные с точки зрения соответствия различным целям они переходят из одного в другое.

На примере живой клетки можно разобрать еще один вид информационного взаимодействия. ДНК клетки не только посылает информацию другим элементам клетки, но и получает ее от них (сигнал обратной связи). Если рассмотренную ранее передаваемую информацию можно назвать управляющей, то последнюю можно определить как информацию слежения. Эта информация переносится с помощью РНК (тех же или других, что участвуют в переносе управляющей информации). Принимаемая ДНК информация реализуется в ней через изменение ее состояния, и таким образом обуславливает формирование управляющей информации. В результате реализуется изменение управления процессами, происходящими в клетке в соответствии с изменением условий ее существования. В частности, реализацией следящей информации может быть комплекс управляющих информационных взаимодействий ДНК с другими элементами клетки, реализуемый ими в процессе самовоспроизведения именно в тот момент, когда клетка в целом уже готова к этому.

Информации слежения играет еще одну важную роль для обеспечения устойчивости существования клетки. Взаимодействие клетки как объекта со средой, влечет за собой изменение состояний отдельных ее элементов, и соответствующая информация поступает в ДНК. Реализация такой информации в изменении управляющих информационных воздействий заставляет клетку в целом перейти в состояние наиболее адекватное для ее сохранения в данных условиях взаимодействия со средой. Каждая существующая клетка обладает такими способностями в определенных пределах просто потому, что те, которые не обладали ими, прекратили свое существование как вид.

Адекватная реакция клетки на состояние внешней среды представляет собой реализацию получаемой из внешней среды вещества, энергии и информации. Механизм этой реализации основан на изменении взаимодействий элементов внутри клетки, в том числе и информационных. То есть тех, которые приводят к изменению этих внутренних взаимодействий в направлении наиболее выгодном, для существования клетки в целом как единицы или как вида.

Каждый элемент клетки в отдельности крайне неустойчив. Его существование заключается в регулярном обновлении большой части входящих в него частей (субэлементов) и энергетической подпитке их взаимодействий. Относительная устойчивость достигается в комплексе взаимодействий всех элементов клетки по обмену веществом и энергией, изначальным источником которых является взаимодействие с внешней средой клетки. Согласованность внутренних взаимодействий по обмену веществом и энергией достигается комплексом следящих и управляющих информационных взаимодействий, центральным элементом которых является молекула ДНК.

Оказалось, что среди управляемых этими информационными взаимодействиями процессов присутствует комплекс каталитических процессов, реализуемых определенной группой элементов (или молекул)клетки – ферментами. Напомним, что каталитический процесс, как было показано ранее, - это процесс примитивнейшего информационного взаимодействия. Таким образом, информационное взаимодействие может иметь иерархическую структуру, согласованно объединяющую разные уровни взаимодействий.

Несмотря на удивительное совершенство и согласованность взаимодействий внутренних процессов, клетка всё-таки умирает. Дело в том, что даже в самых идеальных условиях внешнего взаимодействия клетки со средой (которых, в общем-то, не бывает), отдельные информационные процессы могут нарушаться (давать «сбои»). Это влияет на согласованность всех остальных процессов через потерю их значимости друг для друга. Это в свою очередь влияет на внутренние информационные взаимодействия и с определенного момента процесс их нарушения становится необратимым, клетка стареет, теряя способность обеспечивать существование своих элементов, и умирает.

Рассматривая процессы информационного взаимодействия на уровне клеток, учёные отметили важное отличие одноклеточных организмов как объектов информационного взаимодействия со средой отличаются от вирусов. Оно в том тем, что у вирусов по сравнению с клетками объём принимаемой от внешней среды информации гораздо меньше, чем передаваемой в неё. То есть вирусы являются главным образом передающей стороной, в то время как одноклеточные, наоборот, принимающей. Сообразно этому у одноклеточных более развит аппарат интерпретации информационных код, через который они принимают информацию и реализуют в своих действиях. Аппарат интерпретации информационных кодов у клеток имеет безусловный и непосредственный характер.

Безусловность его заключается в том, что одинаковые комбинации кодов всегда воспринимаются конкретной клеткой как одна и та же информация, реализуемая в одних и тех же действиях.

Непосредственность действия этого аппарата заключается в почти немедленной реализации информации. Клетка не может, сколь ни будь долго, хранить принимаемую информацию и реализовывать ее некоторое время спустя. Этапы интерпретации информационных кодов и реализации полученной информации в клетке практически не разделяются.

Можно привести простейший пример приема и интерпретации информации из внешней среды такими одноклеточными организмами как бактерии в процессе поиска ими питания.

Само событие получения питания у бактерий одновременно является событием получения информации о наличии питания. Реализация этой информации происходит через изменение длины их единичных перемещений (направление всегда случайное). Чем чаще встречается пища, тем короче пробеги. Таким образом, увеличивается вероятность, того что, попав в питательную среду, бактерии проводят в ней большее время, чем то время, которая они проводят в бедной питанием среде. Это самый примитивный способ реализации информации живой формой при ее взаимодействии с внешней средой через управление своими действиями (управление как выбор действий из имеющихся альтернативных возможностей).

Аппарат интерпретации информации получаемой клеткой из внешней среды полностью и однозначно определяется структурой молекулы ДНК (поскольку именно она управляет его построением) и передается от родительской клетки к дочерней через копию этой ДНК. Он не меняется в течение всей жизни клетки и одинаков у всех клеток одного вида.

Дата добавления: 2014-01-06