Алексей Шилейко - Информация или интуиция?

Заканчивая главу, посвященную информации в биологических системах, мы вправе задать вопрос: проливает ли все то, что мы узнали, какой-либо дополнительный свет на то, в каких единицах следует измерять количество информации?Каждая клетка и каждый живой организм — это физическая система, которая реализуется одним-единственным способом (система, состоящая из намагниченных и нумерованных шаров). Статистический вес такой системы равен единице, а энтропия нулю. Поэтому применительно к биологическим системам просто нельзя использовать в качестве меры количества информации статистический вес. Правда, если статистический вес, скажем, системы «человек» равен единице, то система «человечество» может быть реализована огромным числом различных способов. Число способов в данном случае равно числу возможных сочетаний из общего количества людей, населяющих Землю (не существует двух полностью одинаковых людей так же, как не существует двух полностью одинаковых клеток). Это огромное число. И все же оно исчезающе мало по сравнению с количеством способов, которым может быть реализовано некоторое состояние газа, занимающего сравнимый объем.Отсюда окончательный вывод: методы, основанные на статистическом весе, и вообще энтропийные методы не применимы для оценки количества информации в биологических системах. Такой вывод был подготовлен всем ходом наших рассуждений.Хуже другое. В биологических системах нельзя также использовать в качестве меры количества информации количество энергии или совершенной механической работы, поскольку даже применительно к клетке энергетические соотношения не являются основными, определяющими ее жизнедеятельность. В этой главе нам придется ограничиться таким малооптимистическим выводом.

Последний вопрос, который мы хотим рассмотреть в этой главе, это вопрос о надежности биологических систем. Современные наука и техника знают два пути увеличения надежности. Один из них предусматривает увеличение надежности системы за счет увеличения надежности составляющих ее элементов. Этот путь быстро теряет свое значение по мере увеличения сложности системы. Действительно, как бы ни мала была вероятность выхода из строя одного какого-либо элемента, вероятность выхода из строя системы быстро растет с увеличением числа элементов. Для организмов, состоящих из многих миллиардов отдельных клеток, такой путь явно непригоден.Второй путь, наиболее широко используемый в настоящее время, — это так называемое резервирование. В сложных системах рассматривают отдельно аппаратное и информационное резервирование.Наконец, еще один принцип из числа тех, на которых основывается теория надежности, состоит в том, что чем большую роль играет данная часть системы для работы всей системы, тем в большей степени она должна быть защищена от возможных вредных воздействий окружающей среды.В живых организмах широко используются все три метода повышения надежности. Метод аппаратного резервирования можно проиллюстрировать хотя бы примерами с зародышами, когда разрушение семи восьмых зародыша все-таки не приводит к изменениям конечного результата. То же самое справедливо применительно к взрослым организмам. Известно, что даже при очень больших кровопотерях организм человека продолжает функционировать. Кроме того, включаются в действие механизмы «саморемонта», достаточно быстро восстанавливающие нормальное количество крови.Однако самая большая избыточность — информационная. Мы уже не раз говорили, что организм содержит столько своих собственных чертежей, сколько в нем имеется клеток. Это позволяет, в частности, при местных поражениях тут же производить восстановление (заживление раны, например), не обращаясь при этом к некоему центральному архиву, как это наверняка имело бы место в системах технических.Наконец, очень явно просматривается в биологических системах защита главных хранилищ информации. Такими хранилищами являются хромосомы в клеточных ядрах. Вспомним теперь, что хромосомы сами не участвуют в процессах синтеза белка. Они участвуют лишь в создании собственных копий — молекул РНК. Эти копии затем уже используются в процессе синтеза. Если при взаимодействии с веществами цитоплазмы одна такая копия окажется разрушенной, соответствующая информация все равно сохранится в хромосоме.И еще одна весьма интересная деталь. Все клетки организма в процессе жизнедеятельности потребляют энергию. В технических системах, как правило, энергия поступает к системе в одном каком-либо месте и затем по специальным каналам распределяется между отдельными элементами. Следовательно, каналы передачи энергии также оказываются источниками отказов. Для радиотехнических систем и особенно систем, занимающихся переработкой информации (ЭВМ), большая доля отказов приходится как раз на неисправности цепей питания и помехи, распространяющиеся по этим цепям.В организме человека энергия передается общим кровотоком. При этом каждая клетка находится как бы в энергетической ванне — она окружена некоторым запасом энергии. Даже временная приостановка кровотока не приводит к немедленному прекращению функционирования клетки. Этому обстоятельству мы обязаны, в частности, возможностью реанимации в течение достаточно длительных промежутков времени после клинической смерти.