Информация как основа жизни - В. Корогодин

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.

Простейших гипотетических представителей первичных живых организмов будем называть элементарными, а условия, пригодные для их обитания – элементарными экологическими нишами. Признаком элементарности таких организмов будет их независимость от жизнедеятельности других живых существ, обладающих иными генотипами, а признаком элементарности экологических ниш - их абиогенное происхождение. Элементарные живые организмы, таким образом, "разрабатывая" свои элементарные экологические ниши и трансформируя их компоненты в живое вещество и продукты своей жизнедеятельности, составляли первый ярус строящегося здания жизни, или, точнее, его фундамент.

Можно представить себе, что на молодой Земле зон комфорта было довольно много, и из них по разным направлениям весьма длительное время распространялись потенциальные носители генетической информации. Попадая в подходящие условия, они в непосредственном своем окружении индуцировали различные химические реакции (благодаря свойству гетерокатализа), в том числе так или иначе влияющие на их собственное воспроизведение. Удачные сочетания компонентов этих носителей отражали условия их обитания. В силу полипотентности информации, а также в результате комбинаторной ее изменчивости воссоздать истинный генезис того или иного генотипа никогда не удастся. Однако то и другое должно было обеспечить высокую экспансивность первичных живых существ. В результате этого, можно думать, процесс "освоения" потенциальных экологических ниш происходил весьма бурно и, раз начавшись, доложен был завершиться в относительно непродолжительные сроки.

По крайней мере, уже 3-3,5 млрд. лет назад на Земле существовали сообщества синезеленых водорослей и бактерий, которые образовывали мощные строматотиты, в которые входили, по-видимому, как фотосинтетики, так и хемосинтетики, ведущие интенсивную разработку поверхности Земли. Одновременно, в результате жизнедеятельности элементарных живых существ, шел и другой процесс – процесс "построения" новых потенциальных экологических ниш, уже включающих биогенные компоненты и предназначенных для заселения обитателями уже второго яруса жизни.

Здесь следует заметить, что представление об элементарных организмах и элементарных экологических нишах может не соответствовать действительности, если эти термины понимать буквально. Дело в том, что абиогенная органика, как теперь известно, должна была быть весьма распространенным химическим компонентом молодой Земли [10] и могла служить одним из основных источников материала как для "блочной" сборки в зоне комфорта первичных носителей информации, так и для построения операторов первичных информационных систем. Но в таком случае продукты деятельности элементарных организмов и продукты их распада (после гибели) мало чем отличались от таких абиогенных "кирпичиков" и могли сразу же включиться в биологический круговорот вещества. Здание жизни росло не как "древо", а как сложно сплетенная многомерная сеть. Но обусловленная этим сложность картины не меняет сути дела хотя бы потому, что само существование живых организмов и многоярусность жизни непосредственно следует из основных законов динамики информации.

Побочные продукты работы операторов и потенциальные экологические ниши

Уже для простейших информационных систем, представляющих собою, как мы предположили, такие полимерные молекулы, гетерокаталитическая активность которых при определенных условиях могла повышать вероятность осуществления их аутокатализа, ярко выраженным должно было быть возникновение и накопление в их окружении побочных продуктов их деятельности. Некоторые из этих побочных продуктов могли оказаться "полезными", и тогда создание их закреплялось в программе и подвергалось дальнейшему совершенствованию – выход w уменьшался, а КПДQ возрастал. Другие побочные продукты могли быть бесполезными и даже вредными, но, в силу своей незапрограммированности, неизбежно накапливались в окружающей среде. В случае живых организмов такими побочными продуктами воспроизведения кодирующей их информации являются – все без исключения! – продукты их жизнедеятельности, включая их собственные тела и разрушающиеся носители их информации.

Изменения, связанные с действием w на среду обитания продуцирующих их организмов, могут вызвать самые различные последствия. Так, накопление w может просто привести к гибели их продуцентов, а также любых других организмов, – типичный пример самоотравления живых систем; w могут действовать как мощные мутагены, заставляя мутировать их продуцентов, что обычно приводит к постепенному вырождению; наконец, w могут быть таковы, что их смогут утилизировать, в качестве нового ресурса, какие-либо другие организмы или мутанты исходных форм, создающих, таким образом, компоненты новых потенциальных экологических ниш. Это означает, что в подобном случае отдельные побочные продукты или их комплексы, в сочетании с теми или иными предшествовавшими уже факторами внешней среды, могли образовывать новые потенциальные экологические ниши все более высоких ярусов жизни.

Если в такие условия обитания попадали комплементарные им эмигранты из зоны комфорта или же в ходе размножения организмов, заселяющих низлежащие ярусы жизни, случайно возникали варианты, способные утилизировать (или как-то иначе использовать) такие новые факторы, они начинали разрабатывать эти экологические ниши, содержащие уже биогенные компоненты. Другими словами, элементарные живые организмы в ходе своей жизнедеятельности сами создавали потенциальные экологические ниши 2-го яруса жизни, а продукты жизнедеятельности заселяющих их организмов, в свою очередь, формировали потенциальные экологические ниши все более высоких ярусов.

Совершенно ясно, что если w будут приводить к гибели продуцирующих их объектов и не смогут быть утилизированы другими объектами, популяция продуцентов данных w отомрет и никаких последствий для живого мира это иметь не будет. Поэтому мы вправе рассматривать только третий случай, когда w, не вызывая быстрого отмирания своих продуцентов, смогут быть использованы другими организмами и будут служить компонентами их экологических ниш.

Изложенный выше принцип формирования многоярусного строения жизни отражает как структуру феномена жизни, так и процесс его построения, согласно которому появлению обитателей какого-либо яруса жизни обязательно должно предшествовать возникновение комплементарной ему потенциальной экологической ниши.

Принцип автогенеза информации. Эволюция семантики информации.

Вспомним теперь, что побочные продукты w являются неизбежными спутниками любого целенаправленного действия. Согласно второму закону термодинамики, КПД оператора всегда меньше единицы, и поэтому любая информационная система, функционируя, всегда и неизбежно будет изменять среду своего обитания, создавая компоненты новых потенциальных экологических ниш. Это означает, что многоярусное здание жизни может базироваться даже на одной единственной элементарной экологической нише; для его построения, вообще говоря, совершенно не обязательно исходное экологическое разнообразие.

Тот термодинамический закон, согласно которому КПД никакой машины никогда не достигает единицы, может служить основой для формулирования принципа автогенеза информации: раз возникнув, информация, в ходе деятельности кодируемых ею операторов, неизбежно сама создает условия для своего дальнейшего развития. Эволюция информации, реализующая эту возможность, столь же неизбежно должна иметь ярусный характер. Ярусный характер эволюции касается и семантики информации.