Информация как основа жизни - В. Корогодин

Соответственно этому и операторы, обеспечивающие выполнение этих функций, могут иметь либо разные считывающие устройства, и тогда они способны функционировать одновременно, либо одно, общее, считывающее устройство, и тогда должны работать "посменно". При этом роль операторов, реализующих функцию гетерокатализа, состоит в обеспечении постоянства внутренней среды информационного объекта при максимальном разнообразии внешних условий; а роль операторов, реализующих функцию аутокатализа, состоит в обеспечении осуществления этого процесса при максимально стабильных состояниях внутренней среды. В случае живых организмов удовлетворение этим требованиям операторов реальных информационных систем проявляется в том, что при удивительном разнообразии их фенотипов и условий обитания те механизмы, которые осуществляют репликацию генетических структур и прежде всего удвоение ДНК, отличаются поразительной универсальностью. Практически это используется в генетической инженерии.

И, наконец, почти очевидное требование – требование полного взаимного соответствия информации и операторов, слагающих одну информационную систему. Это должно выражаться как в общности языка, на котором записана информация и на который "настроены" считывающие и реплицирующие устройства, так и в идентичности способов фиксации информации, поступающей на "вход" информационной системы и образующейся при ее функционировании.

Но сформулированные выше требования к информации и операторам – лишь необходимые, но еще не достаточные для того, чтобы слагаемая ими информационная система могла успешно функционировать. Для этого нужно, чтобы было выполнено еще одно требование – требование комплементарности информационной системы и тех условий, в которой ей надлежит обитать.

Принцип адекватности и экологические ниши

Взаимное соответствие информации и операторов, составляющих единую информационную систему, а также комплементарность этой системы и условий той внешней среды, где ей предстоит функционировать, можно назвать "принципом адекватности", несоблюдение которого чревато разрушением и гибелью информационных систем. Чем разнообразнее внешние условия, чем больше размерность пространства режимов таких систем, тем сложнее должны быть устроены их операторы и, следовательно, тем большее количество информации требуется для их кодирования. Конкретная специфика условий будет отражаться в семантике информации и структурных особенностях операторов. Степень адекватности информации, операторов, его кодируемых, и условий внешней среды будет выражаться в ценности данной информации при ее использовании в данной точке пространства режимов.

Рассмотрим теперь более внимательно отношения, которые могут складываться между информационной системой и внешней средой. Однако, прежде чем это сделать, необходимо дать достаточно строгие определения трем уже использовавшимся нами терминам – "пространство режимов", "среда обитания" и "экологическая ниша".

Пространство режимов – это, как мы уже отмечали (глава 2), математическое многомерное пространство, по каждой оси которого отложены нарастающие значения одного из факторов, "жизненно необходимых" для осуществления события цели. Размерность этого пространства, соответственно, равна числу таких факторов. На пространстве режимов может быть распределена вероятность р спонтанного осуществления Z, а также вероятность Р его осуществления при использовании данного оператора Q,. Поверхности, описывающие такие распределения, могут не перекрываться, а могут перекрываться частично или полностью, так что объем пространства режимов, содержащий его область, где р > О, может входить в область для Р > 0, а может занимать и совершенно обособленное положение, особенно если размерности пространства режимов для спонтанного и целенаправленного осуществления Z не одинаковы.

Размерность пространства режимов какого-либо оператора -очень важная характеристика этого оператора, отражающая число факторов, с которыми ему необходимо взаимодействовать при осуществлении данного целенаправленного действия. Объем области пространства режимов, где Р > 0, отражает то разнообразие комбинаций значений жизненно необходимых факторов, при которых событие Z может осуществляться. Это зона осуществления Z. В случае спонтанного осуществления Z та область зоны осуществления, где p≈1, и есть "зона комфорта".

Особое значение имеет область зоны осуществления Z, где р или Р, отнесенные к единице времени, превышают значения р' или Р', выражающие вероятность гибели в единицу времени объектов класса Z. Это – зона мультипликации (спонтанной или индуцированной) событий класса Z.

Среда обитания, в отличие от пространства режимов, – это реальная среда, содержащая жизненно необходимые факторы в соотношениях, соответствующих зоне осуществления Z. Кроме них, среда обитания может содержать еще ряд факторов, как безразличных для осуществления Z, так и препятствующих ему.

Экологическая ниша – это та область среды обитания, в которой соотношение всех жизненно необходимых факторов соответствует зоне мультипликации Z, а давление помех не настолько выражено, чтобы существенно ее деформировать.

Таким образом, как зоны обитания, так и экологические ниши – это реальные участки пространства, разбросанные по нашей планете, причем одинаковые зоны обитания или экологические ниши идентичны только в отношении сочетаний жизненно необходимых факторов, но могут существенно различаться по факторам, безразличным или выступающим в роли помех. Число факторов, входящих в реальные зоны обитания или экологические ниши, может быть самым разным, равным или превышающим размерность пространства режимов, которая, таким образом, ограничивает его снизу. Поэтому один и тот же участок реального пространства может включать в себя несколько разных зон обитания и экологических ниш.

Теперь мы можем достаточно строго сформулировать принцип адекватности информационных систем и внешней среды. Адекватными данной информационной системе будем называть те области внешней среды, которые по отношению к ней могут выступать в роли экологических ниш. Только в таких областях информационная система может воспроизводить себя, постоянно увеличиваясь в численности. Мерой адекватности здесь, следовательно, может служить степень превышения р над р' или Р над Р' или, если речь идет о ситуациях, когда р≈0, величина ценности С информации, кодирующей данную информационную систему.

Элементарные экологические ниши

Мы уже достаточно много говорили об идентичности информационных систем 1-го рода и живых организмов, для того чтобы употреблять эти термины как синонимы. Соответственно факторы среды обитания (и, конечно, пространства режимов) можно разделить на две группы: те, происхождение которых никак не связано с деятельностью живых организмов, и те, наличие которых так или иначе обусловлено их жизнедеятельностью. Факторы первой группы будем называть абиогенными, а второй – биогенными.

Очевидно, что в период, предшествовавший зарождению жизни на нашей планете, т. е. более 4 млрд. лет назад, биогенные факторы вообще отсутствовали. Периодически возникающие в разных участках Земли зоны комфорта, где могли зарождаться и даже мультиплицироваться простейшие потенциальные носители информации, а также спонтанно складывающиеся потенциальные экологические ниши, которые могли "заселяться" простейшими информационными системами, слагались, конечно, только из факторов абиогенной природы. Биогенных факторов просто еще некому было производить.

Это позволяет нам ввести понятия "элементарные пространства режимов" и "элементарные экологические ниши", называя таковыми соответствующие объекты, не содержащие ни одного биогенного фактора. Следовательно, элементарные экологические ниши – это такие участки среды обитания, которые содержат все факторы, необходимые и достаточные для заселения их простейшими организмами, причем все эти факторы имеют абиогенную природу. Такие, еще необитаемые, но пригодные для заселения участки внешней среды будем называть потенциальными элементарными экологическими нишами.

Совершенно ясно, что абиогенное формирование потенциальных экологических ниш должно было предшествовать возникновению элементарных информационных систем, иначе таким системам, случайно и спонтанно образующимся в зонах комфорта, просто негде было бы "закрепляться" и начинать функционировать. Разнообразие элементарных экологических ниш должно было гарантировать семантическое богатство информации, кодирующей их первичных обитателей.

Элементарные организмы – обитатели 1-го яруса жизни

В главе 5 мы рассмотрели тот отрезок пути, по которому могли бы пройти наши информационные системы от спонтанного возникновения первых нуклеиновых кислот до простейших представителей живых организмов. На этом пути должно было возрастать как количество информации, приходящейся на один индивидуум, так и ее суммарное семантическое богатство. В итоге появились информационные системы 1-го рода – первичные живые организмы, способные размножаться в условиях, непригодных для спонтанного возникновения носителей кодирующей их информации.