Триада жизни (вещество, энергия, информация)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТРИАДА ЖИЗНИ (вещество, энергия, информация)

Калашников Юрий Яковлевич

В настоящее время триединство вещества, энергии и информации для исследователей живой материи становится всё более и более очевидным. И ведь, действительно, эта триада составляющих способна обеспечить в клетке не только все её биологические свойства, но и сам феномен живого состояния. Вопрос о сущности и причинах живого состояния до сих пор остаётся мировой загадкой. Ясно лишь одно, что жизнь построена на системной организации и совокупности свойств органического вещества, химической энергии и молекулярной информации. Биоорганическое вещество, по мнению автора статьи, является не только носителем материальной сущности живого, - в первую очередь, оно является носителем химической энергии и молекулярной информации. Следовательно, вещество в живой системе занимает не главную (как декларирует наука), а подчиненную роль, зависимую от наследственной информации. В данной статье рассматривается вопрос о долевом участии вклада каждого из составляющих в организацию живого. вещество энергия информация живой

1. Вклад вещества в организацию живого. На первый взгляд, такая постановка вопроса в данном заголовке, выглядит немного наивной. Потому, что ключевая роль вещества в организации живого никем не оспаривалась и никогда не подвергалась сомнению, она всегда считалась естественной и очевидной. Биоорганическое вещество как основа жизни, уже давно изучается разными биологическими науками. И ведь, действительно, мы сейчас знаем, что информация в клетке имеет химическую форму записи, поэтому она заключена в структурах биоорганического вещества. А процесс образования энергии также представляется как синтез ещё одного вещества - АТФ. Поэтому потребности живой системы всегда можно рассматривать как потребности исключительно в веществах. Благодаря этому, роль вещества в построении живого сейчас абсолютизирована, а при его изучении и в настоящее время доминирует только физико-химическое направление. Однако посмотрим, всё ли в познании живой материи так благополучно и однозначно, как это представляется. Попытаемся в этом разобраться. Период изучения химического состава живой материи и реакций, связанных с обменом веществ, начался, по-видимому, около 200 лет назад. Оказалось, что биологические молекулы по своей природе идентичны соединениям, которые были ранее уже известны химикам. В силу этих обстоятельств, наиболее широкую известность получили соединения, относящиеся к классу белков, жиров, полисахаридов, полинуклеиновых кислот и т. д. Все они образуются в клетках, но некоторые из них были синтезированы и получены в лабораториях. Так, были построены ферменты и другие клеточные белки из остатков аминокислот, нуклеиновые кислоты из углеводов, остатков фосфорной кислоты и некоторых пиримидинов и пуринов и т. д. Важно подчеркнуть, что основные законы биохимических процессов - это те же законы, которым следуют и реакции, протекающие просто в пробирке. Между тем, многообещающий биохимический этап в изучении живой материи позволил философам даже открыть формулу жизни. Жизнь стала определяться как «особая форма движения материи». А «физическая картина живого мира довольно долгое время считалась синонимом материализма и естествознания». Очевидно, что «если бы биохимики поставили перед собой задачу выделить, охарактеризовать и синтезировать все органические молекулы, входящие в состав живых организмов, то это было бы совершенно безнадёжным делом. Однако, как это ни парадоксально, всё огромное разнообразие органических молекул в живых организмах сводится к довольно простой картине. Это связано с тем, что все макромолекулы в клетке состоят из простых и небольших молекул нескольких типов, используемых в качестве строительных блоков, которые связываются в длинные цепи, содержащие от 50 до многих тысяч звеньев» [1]. Ясно, что живая природа нашла удивительно удачный набор исходных элементарных веществ, которые имеют простую структуру и используются не только для биосинтеза различных биологических молекул, но и для построения всевозможных форм живых существ. Причем, как это ни удивительно, но состав всех важнейших соединений, строение некоторых макромолекул и даже типы характерных реакций оказались однотипными или сходными не только у животных, но и у растений и даже у бактерий. В этом можно убедиться, сравнивая учебники по «Биологической химии» и «Биохимии растений». Поэтому управляемый характер биохимических реакций в живых системах, позволяет автору, во второй части этой статьи, говорить о типовой информационной сути любых биологических процессов «В белках строительными блоками служат 20 различных аминокислот; все они содержат карбоксильную группу и аминогруппу, которые связаны с одним с одним и тем же атомом углерода. Аминокислоты отличаются, друг от друга строением только одной части молекулы, а именно боковой группы, обозначаемой обычно символом R. Все нуклеиновые кислоты образуются из восьми повторяющихся структурных единиц - нуклеотидов; четыре из них играют роль структурных единиц ДНК, а другие четыре используются при построении РНК. Каждый нуклеотид состоит из трёх более мелких единиц: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного сахара и 3) фосфорной кислоты. Наиболее часто встречающиеся в природе полисахариды, крахмал и целлюлоза, состоят из повторяющихся единиц D-глюкозы. Липиды также построены из сравнительно небольшого числа типов органических молекул. Большинство молекул липидов содержит одну или несколько длинноцепочечных жирных кислот, производных пальминовой или олеиновой кислот. Кроме того, многие липиды содержат спирты, например глицерин, а некоторые ещё и фосфорную кислоту. Таким образом, большая часть биомолекул построена примерно из трёх десятков органических соединений» [1], представляющих собой элементную базу или молекулярный алфавит живой материи. Следовательно, мономеры, играющие роль строительных блоков во время биосинтеза, являются, по существу, родоначальниками большинства макромолекул, используемых в живых системах. Наличие мономеров и их типовых функциональных и боковых атомных групп позволяет живой клетке организовать синтез биологических молекулы химическим способом. Поэтому нет сомнения в том, что для построения, реконструкции и расщепления веществ, клетка использует простые типовые химические реакции. Сотни протекающих в клетке биохимических процессов организованы в виде множества различных последовательностей, идущих друг за другом химических реакций. Каждая из типовых реакций обеспечивается своим ферментом и имеет динамический, «взрывной» характер. Причем, все эти последовательности взаимосвязанных ферментативных реакций в своей совокупности представляют собой клеточный метаболизм. Очевидно, что каждая химическая реакция, каждое отдельное изучаемое вещество не являются чем-то необычным, но то, что представляет собой совокупность процессов, - только одними химическими закономерностями не объяснить! Потому, что живая клетка представляет собой сложную динамическую структуру, которая поддерживается ходом непрерывных управляемых реакций, связанных с постоянным движением вещества и энергии. Обмениваются отдельные атомы, целые группы атомов, распадаются и тут же создаются различные компоненты биологических структур клетки. Живая система сама разыскивает нужные ей органические вещества и энергию, получает из них строительный материал, аккумулирует энергию в виде молекул АТФ и непрерывно заменяет свои химические части новыми, которые изготовляет из полученных компонентов. Живая клетка, своей многосложностью в организации и строгой упорядоченностью химических процессов, действительно способна поразить воображение любого исследователя, скрупулезно изучающего клетку. Как мы видим, «хрупкие» макромолекулы клетки построены из простых органических молекул (био-логических элементов), в связи с чем, они не могут выдержать большое атмосферное давление, высокую температуру, значительный электрический ток или действие сильных кислот. Следовательно, все химические реакции в клетке должны протекать при нормальном атмосферном давлении, постоянной температуре и нормальных физиологических условиях микросреды. Удивительно, но все эти, быстро и успешно протекающие в клеточной среде реакции, не могут быть достигнуты нынешними искусственными химическими технологиями, несмотря на современную техническую оснащенность химической промышленности. Химические технологии для синтеза полимеров до сих пор применяют высокие температуры, большое давление, высокоактивные катализаторы и другие специальные условия. Очевидно, что вся суперхимия живых систем, базируется на естественных упорядоченных биохимических технологиях, основная тайна которых до сих пор ещё не раскрыта. Решением этой мировой загадки и исследованием отдельных реакций занимается биологическая химия - химия наиболее высокоорганизованной материи. Долгое время ученые надеялись на успехи физико-химической биологии, изучающей состав и основы живой материи. Однако если тайны живого состояния оказались неподвластны биохимикам, то многие химические реакции, в результате длительного и кропотливого труда, были тщательно изучены. Поэтому познание закономерностей синтеза и распада живого вещества намного продвинуло биологическую науку вперёд. Физико-химическое направление до сих пор преобладает во всех молекулярных биологических науках. Однако дальнейшее развитие биохимии заметно приостановилось. Бесперспективность познания тайн жизни только физико-химическими методами стала очевидной. Оказалось, что мир живого настолько сложен и разнообразен, что его нельзя свести только к физическим и химическим закономерностям. Ясно, что разгадка секретов технологии суперхимии живого состояния могли бы помочь открыть не только принципы и механизмы функционирования живых систем, но и революционизировать нашу химическую промышленность, открыть производство лекарственных веществ на новой биохимической основе, поставить медицину и здравоохранение на качественно новый уровень. Молекулярная биология и биохимия находятся на распутье. Можно сказать, что конечная цель биохимии, которая заключается в познании тайны жизни во всех её конкретных проявлениях, оказалась для биохимиков непосильной. Культ физико-химической науки в биологии не принёс ожидаемых результатов! Очевидно, что законы физики и химии, действующие в любой живой системе, не отменяются. Однако, как оказалось, их необходимо дополнить новыми, пока еще неизвестными знаниями и закономерностями. Итоги физико-химических исследований заставили исследователей по новому взглянуть на достижения биофизики и биохимии и более целенаправленно искать другие подходы и пути к пониманию феномена живого состояния материи. Поэтому особые надежды биологи связывали с открытием сделанным Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в 1953 г., - построением модели ДНК (двойной спирали). Стало ясно, что ДНК, - это и есть та, самая главная биомолекула, которая хранит все секреты жизни. «Следующей сенсацией явилось открытие того, что наследственность заключена в линейном сообщении, представляющим собой последовательность четырёх оснований, - последовательность, обеспечивающую практически бесконечное число комбинаций. Возникло понятие кода, потом кодона. Кодон - последовательность, состоящая из трёх оснований. Был расшифрован код, отражающий связь между триплетом оснований и аминокислотой. Последовательность аминокислот в белке, его первичная структура, определяется порядком расположения кодонов. Более того, оказалось, что некоторые кодоны соответствуют не аминокислотам, а «знакам препинания»: они обозначают место начала или окончания последовательности оснований, соответствующей определённому белку. Между тем ДНК не формирует непосредственно белок, а направляет синтез комплементарной ей РНК, которая служит посредником; эта РНК прикрепляется к рибосоме. К иРНК присоединяются «активированные» аминокислоты. Чтобы соединиться в полипептидную цепь, каждую аминокислоту переносит специфическая, так называемая транспортная РНК» [2]. Таким образом, были открыты и исследованы некоторые фрагменты переноса и преобразования генетической информации. Исключительным сюрпризом для биологов явилось то, что генетическая информация закодирована, а продуктом её расшифровки через посредство информационной РНК является белок. Чрезвычайно важной оказалась и концепция генетического кода, так как именно из неё вытекает представление о целостной системе передачи информации в живых клетках и организмах. Поэтому все последующие годы исследователей занимал вопрос использования информации в живых системах. К сожалению, история открытия наследственной информации и генетического кода не получила надлежащего продолжения. Об этом ясно говорит центральная догма молекулярной биологии: «наследственная информация, закодированная в нуклеотидной последовательности, переводится в аминокислотные последовательности белков… Белковые молекулы представляют своего рода «ловушку» в потоке генетической информации» [3]. Таким образом, сложилось мнение, что в дальнейших биохимических процессах информация просто не участвует. Поэтому до сегодняшнего дня остаётся живучим тезис о том, что: «гены контролируют клеточный метаболизм за счет содержащейся в них информации о структуре ферментов и других клеточных белков, а ферменты выступают в роли биокатализаторов, управляющих всеми процессами в живых организмах» [3]. Однако эти туманные рассуждения не раскрывают ни сущности, ни механизмов биологических явлений. Потому, что строгое упорядочение и управление процессами при высокой избирательности и производительности не могут быть обеспечены химическими катализаторами, какими бы замечательными и уникальными свойствами они не обладали. Забегая вперед, можно сказать, что эти клеточные процессы могут быть обеспечены лишь молекулярными биологическими автоматами с программной биохимической логикой управления, которыми на самом деле и являются - ферменты и другие клеточные белки [4]. Как мы видим, изучение прохождения информации в живых клетках почему-то остановилось на этапе синтеза белковых молекул. В связи с этим, хотя и были исследованы отдельные фрагменты, но не была открыта общая картина прохождения и реализации генетической информации. Молекулярные науки до сих пор не могут ответить на вопрос - как, и каким образом, генетическая информация осуществляет управление сложными химическими процессами обмена веществ и получения энергии? Как осуществляется информационное управление живой клеткой? Все эти вопросы уже давно попали в список таинственных «мировых загадок» и неразрешимых проблем современного естествознания. К сожалению, несмотря на усилия естественных наук, в настоящее время существует полный пробел в знаниях о главном: о взаимосвязи между информацией, структурой и функцией в различных биологических процессах [4]. Чтобы преодолеть стагнацию молекулярной биологии, которая весьма зависима от биофизики, биохимии и других дисциплин, лаборатории биологов сейчас буквально заполнены вторгшимися в них физиками, химиками, математиками, специалистами по информатике. Данный раздел статьи не случайно назван: «вклад вещества в организацию живого». Хотя, мне могут возразить, что роль вещества в составе клеток и организмов давно уже изучена естественными науками и отражена в различных учебниках по биохимии, биофизике, молекулярной биологии и т. д. Однако это далеко не так. Беру на себя смелость возразить и напомнить о том, что биоорганическое вещество является не только носителем материальной сущности живых систем. Следовательно, назначение клеточного вещества не исчерпывается уже изученными химическими процессами! Потому что, в живой клетке (как и в целостном организме), макромолекулы, в первую очередь, являются носителями химической энергии и молекулярной биологической информации. Кроме физических и химических законов они подчиняются еще и особым принципам и правилам, которые автор назвал закономерностями молекулярной биохимической логики и информатики! К сожалению, эта вторая и «таинственная» сторона биоорганического вещества - информационная (по важности не уступающая первой - вещественной), естественными науками оказалась, по сути дела, незамеченной и поэтому практически неизученной. На этот факт следует обратить внимание. 2. Энергия - важный и необходимый компонент в организации живого. Энергия в любой системе связана со способностью совершать работу. «Различают потенциальную энергию, зависящую от положения или состояния тела, и кинетическую энергию, то есть энергию движения. В живых системах потенциальная энергия представлена главным образом в форме химической энергии связей между атомами в молекулах биоорганических соединений. Потенциальная энергия химических связей обусловлена расположением валентных электронов на орбиталях с высоким энергетическим уровнем, куда они попадают при образовании молекул биоорганических соединений в процессе химических реакций. При метаболических превращениях электроны образующие химические связи в молекулах первичных веществ, переходят с более высокого на более низкий энергетический уровень. Кинетическая энергия потоков электронов, скатывающихся по энергетическим уровням, в дальнейшем может быть использована для образования новых химических связей или же с помощью специальных биологических преобразователей превратиться в другие виды кинетической энергии» [5]. Первичным источником энергии для живых систем является солнечная энергия, которая при фотосинтезе используется для образования органических соединений. Для фотосинтезирующих клеток источником энергии служит улавливаемая ими энергия солнечного света. Для гетеротрофных клеток источником свободной энергии, получаемой в химической форме, служит процесс расщепления, или катаболизм, пищевых молекул. Поэтому главным связующим звеном между клеточными реакциями, идущими с выделением и с потреблением энергии, служит аденозинтрифосфат (АТФ). В процессе биологического окисления при расщеплении органических молекул эта энергия освобождается и аккумулируется в фосфатных связях АТФ. Для энергетических нужд в живой клетке постоянно поддерживается дозовая циркуляция энергии в форме АТФ к «потребителю», а АДФ и фосфата - к митохондриям, для нового восстановления их до АТФ. Как ни удивительно, энергия в живой системе всегда находится в структурах биоорганического вещества. Поток электронов, движущийся по ступеням биологического окисления, - это ничто иное, как слабый электрический ток. В свое время это позволило известному биохимику А. Сент-Дьерди утверждать, что «жизнью движут небольшие электрические токи, поддерживаемые солнечным светом» [5]. Таким образом, все энергетические процессы в живых системах связаны с движением электронов, то есть с наличием электрического тока, пусть даже слабого, но «говорящего» о том, что для энергетического обеспечения живого используются те же физические принципы, которые применяются и для технических систем. Правда, если технические устройства подключены к источнику питания «по постоянной схеме», то в живой клетке используется и применяется «дозовая циркуляция» энергии в виде молекул АТФ. АТФ - это своего рода «гибкий» источник энергии, позволяющий получить нужные дозы её для использования в нужном месте. Поэтому, при недостатке свободной энергии макромолекула, к примеру, белка, способна адресно (информационно) связываться молекулой АТФ, которая в живой системе играет роль аккумулятора химической энергии. Ясно, что без энергетических процессов не может идти речи ни о каких информационных взаимодействиях, тем более, ни о каких функциональных биологических процессах. Энергия необходима для механической работы при сокращении мышц, для электрической работы - при генерации и передаче импульсов, для химической работы - при образовании новых химических связей между атомами в процессах биосинтеза сложных органических соединений и т. д. Все процессы катаболизма и анаболизма управляются информационным путем, следовательно, и процессы получения и использования энергии в клеточной системе так же управляются и регулируются информацией. Таким образом, циркуляция информации в живой клетке определяет движение, как вещества, так и энергии. Причем только вещество является переносчиком и энергии, и информации. 3. Биоорганические соединения в живой системе являются средством передачи (переносчиком) информации. Информационную систему живой клетки можно представить в виде «черного ящика». Какие процессы происходили в процессе эволюции на входе и внутри этого черного ящика сейчас уже трудно представить. Можно лишь судить о том, что мы имеем сегодня. А фактов об информационной организации живого уже накопилось достаточно много. Во-первых, известно, что наследственная информация живой системы закодирована и передается в виде линейной, одномерной, последовательности нуклеотидов - строительных блоков ДНК. Однако живые клетки имеют трехмерную структуру и состоят из трехмерных компонентов. «Поэтому «одномерная» информация, заключенная в ДНК, преобразуется в «трехмерную» информацию, присущую живым организмам, путем трансляции (т. е. перевода с одного языка на другой) структуры ДНК в структуру белка. В этом процессе принимает участие рибонуклеиновая кислота (РНК). В отличие от молекул ДНК, имеющих в основном одинаковую структурную форму, молекулы разных белков самопроизвольно свертываются характерным для данного белка способом, образуя самые разнообразные трехмерные структуры, каждая из которых выполняет специфическую функцию. Точная геометрия молекул данного белка определяется его аминокислотной последовательностью, которая в свою очередь определяется нуклеотидной последовательностью соответствующего участка ДНК» [1]. Любая живая клетка имеет свои системы перекодирования линейной, одномерной информации в трехмерную стереохимическую информацию биологических молекул. Стереохимическая форма записи информации, так же как и линейная химическая форма записи, являются основными формами кодирования молекулярной информации в биологических молекулах. Поэтому информация в живой системе повсеместно имеет молекулярный базис представления. Попробуем вникнуть в суть данной проблемы. Хранилищем информации в клетке, как известно, является генетическая память, обладающая феноменальными информационными возможностями. Причем, все функциональные биомолекулы и структуры, представляющие собой, по мнению автора статьи, программно-аппаратную часть живого, являются носителями управляющей информации, а все субстратные биомолекулы (в том числе и питательные органические вещества) являются носителями сигнальной (осведомляющей) информации. Этот феномен возник не сразу, а является итогом наличия универсальной элементной базы и длительного эволюционного развития живой материи. Поэтому, на любом этапе своего развития живая клетка пользуется той молекулярной информацией, которая заранее была загружена в её макромолекулы и структуры. Благодаря чему, все живые системы, в своей организации и деятельности, приобретают строгую упорядоченность процессов и структур. Более подробно данная тема раскрыта в статьях автора, ранее депонированных в ВИНИТИ РАН или опубликованных на сайтах Интернета (см. список литературы) [6,7].

Таким образом, живая клетка как сложная информационная система, состоит из совокупности биологических молекулярно-аппаратных средств управления и различного рода локально рассредоточенных объектов управления (субстратов). В связи с этим, все они, с одной стороны, относятся к материальной части системы. Однако в то же время, с другой стороны, - они же являются носителями управляющей и сигнальной информации. Потому, что все они, как мы уже отметили, строятся и программируются на основе типовых молекулярных био-логических элементов: нуклеотидов, аминокислот, жирных кислот, простых сахаров и других мономеров (химических букв и символов). А в качестве элементарных информационных сигналов в живых клетках используются «химические сигналы» боковых атомных групп этих элементов. Таким образом, живые молекулярные системы используют химический принцип записи информации. А элементарные химические информационные сигналы определяются соответствующими элементами, выступающими в качестве кодовых единиц молекулярной информации [8]. Очевидно, что информационная концепция построения и функционального поведения биомолекул может базироваться только на универсальных свойствах и правилах применения таких био-логических единиц. Поэтому, мы убеждаемся в том, что элементарный состав биологических молекул определяет не только структуру, то есть материальную часть живого вещества; но он же, тождественно, является и эквивалентом генетического сообщения. Информация в живой системе кодируется в цепях биологических макромолекул, следовательно, тот же элементарный состав одновременно определяет и информационную часть живого вещества. В связи с этим, живое вещество всегда является носителем определенной молекулярной информации. Так как молекулярная биологическая информация, точно так же, как и любая другая информация обладает свойством виртуальности, то получается, что живая материя состоит из материальных и виртуальных компонентов. Закодированная информация в цепочках химических букв и символов - это та умозрительная реальность, существование которой мы можем мысленно себе представить, то есть для нас это виртуальная реальность. Однако здесь информация кодируется при помощи элементарной формы органического вещества, она записывается в линейные и трёхмерные структуры биологических молекул и реально существует только молекулярно-биологическом воплощении. Поэтому для самих молекул, - это структурная и программная реальность, данная биомолекулам для построения (самоорганизации) и функционирования. Виртуальная реальность информации здесь - это реальность и значимость отдельного дискретного молекулярного объекта, которая обусловлена эффектом сложения (слияния) трёх активных составляющих живого: вещества, энергии и информации. А живая материя (биомолекулы) - это уже объективная реальность, данная нам в ощущениях. Виртуальная реальность сейчас определяется как актуальная, событийная реальность, которая реально значима в настоящий момент времени. В технических системах общепринято, что к аппаратным средствам относится всё, что принадлежит к материальной части системы, в том числе и те электронные логические элементы, которые входят в состав микропроцессорных комплектов. Следовательно, к аппаратному обеспечению, в прямом смысле, относится всё то, что является материальным и имеет отношение к реальной части системы. Значительно сложнее дело обстоит с живыми системами. Здесь сами био-логические элементы одновременно играют роль и структурных звеньев живого, и носителя его информации. Такое универсальное свойство живого позволяет говорить о единстве (слиянии) вещества и информации, несмотря на то, что это разные философские понятия. Вещество является материальным компонентом живого, а информация - это его нематериальная (виртуальная) часть - программы, сообщения, команды, сигналы различного назначения, которые всегда загружены в структуру биоорганического вещества. Важно здесь подчеркнуть, что мономеры (химические буквы и символы молекулярного алфавита), составляющие вещество, - это и есть та материальная часть, которая по своему статусу является носителем нематериальной части - информации. Поэтому отношения между ними в макромолекуле складываются такими же, как между информацией и её материальным носителем. А именно: каждый из них «живёт» по своим собственным законам. Биоорганическое вещество подчиняется своим физико-химическим законам, а информация подчиняется только своим специфическим закономерностям. Однако при этом следует отметить важное отличие, которое существует в любой живой системе: информация не зависит от свойств своего носителя (вещества), а вот судьба вещества полностью зависит от той информации, которая записана в его структуре. Более того, все свойства и состав макромолекул полностью зависят от той информации, которая загружается в их структуру во время биосинтеза. Следовательно, информация не только руководит структурной организацией вещества, но и использует его физико-химические свойства для своего воплощения! В связи с тем, что информация, воплощенная в некоторой материальной форме, называется сообщением, то можно сказать, что любая макромолекула клетки является переносчиком некоторого сообщения. Кстати, все эти сообщения, в первую очередь, сначала определяют пути и способы организации самих биомолекул, а затем, выполняют роль того внутримолекулярного программного обеспечения, которое определяет функциональное поведение любой макромолекулы! Причем, отношения между информацией, её переносчиком и энергией в живой системе являются той базовой основой, на которой возникают и держатся все биологические свойства живой материи. Хотя информация не зависит от свойств свого носителя, однако Физико-химические основы представления молекулярной биологической информации, естественно, зависят от свойств тех мономеров (химических букв или символов), посредством которых она кодируется. В силу этих причин, живая клетка может использовать одни и те же биохимические матрицы для различных функциональных нужд. Например, активные центры ферментов одновременно применяются как для информационной коммуникации (с молекулой субстрата), так и для полифункционального катализа. Этому способствуют трехмерная организация реакционноспособных боковых R-групп аминокислот, входящих в состав активного центра того или иного фермента (адресный код и код операции). Здесь информация обозначена как закодированные сведения тех или иных сообщений, которые вырабатываются, передаются и воспринимаются той или иной живой системой. Из центральной догмы Н Винера - «информация - есть информация, а не материя и не энергия», вытекает тот факт, который нас больше всего удивляет: «информация» не является физической величиной, несмотря на то, что лежит в основе жизни и играет роль одной из ключевых субстанций нашего мира. Она, хотя и пользуется для своего воплощения различными материально-энергетическими средствами, тем не менее, всегда выступает в качестве отдельного спутника и независимого природного явления. Кроме того, несмотря на то, что информация является нематериальной категорией, однако существовать и воспроизводиться она может только на базе тех или иных материальных или энергетических носителей. Информация всегда предполагает наличие той или иной системы, где она может кодироваться, генерироваться и передаваться. Поэтому в соответствии с «центральной догмой» Н. Винера, информация в системе всегда выступает как отдельное и самостоятельное явление, имеющее виртуальный характер [9].

Сосуществование и взаимодействие материальных и виртуальных компонентов, с самого начала зарождения живой материи стало не только главной реальностью и смысловым содержанием жизни, но и причиной её бурного развития и широкого распространения. Информация стала определяющей мерой многих вещей и явлений, потому, что она выступила в роли универсального критерия направленности многих природных процессов и, в первую очередь, функциональных биохимических процессов живых систем, а затем, и процессов их эволюционного развития. Отсюда напрашиваются и другие «еретические» мысли и обобщения. Например, следует закономерный вывод о том, что все универсальные свойства, приписываемые сегодня биологической материи, на самом деле относятся к информации, заключенной в её структурах. К этим свойствам, в первую очередь, относится способность живых систем к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению. Ясно, что эти уникальные способности живого обеспечиваются только информацией, существующей на основе биоорганического вещества, но никак не самим веществом, какими бы уникальными физическими или химическими свойствами оно не обладало. Физико-химические свойства биоорганического вещества просто оказались незаменимыми при построении функциональных биологических средств и устройств, используемых управляющей системой клетки для реализации биохимических процессов. При этом, вся организационная часть по созданию и применению этих средств, как известно, возложена на генетическую информацию. А генетические сообщения обеспечивают и закладывают в макромолекулы не только структурные, но и программные компоненты биоорганического вещества. Все эти процессы практически обеспечивают феномен единства вещества, энергии и информации. Очевидно, что рассматриваемая триада компонентов выступает в роли универсального фактора, обеспечивающего все жизненные процессы и биологические свойства вещества. Нет сомнений в том, что информация, это тот виртуальный посредник, который с самого начала жизни, связывает материальную часть нашего мира с виртуальной, нематериальной его частью. При этом информация не зависит от физических свойств своего носителя и подчиняется только своим специфическим принципам и правилам. Информация в живой системе, в зависимости от её назначения, может записываться различными буквами и символами (мономерами), и поэтому, естественно, что информационные сообщения могут существовать в различных вещественных воплощениях. Удивительно, что информация, находящаяся в структурах биологических молекул стала не только направляющей и организующей силой всех биохимических процессов, именно от её содержания зависят все показатели живой материи: её химический и структурный состав, все её качественные и количественные показатели. Очевидно, что только от информации зависит и содержание, то есть состав самого вещества. Следовательно, вещество в любой живой системе занимает, увы, не главную, как декларирует биологическая наука, а подчинённую роль! Это звучит неожиданно, однако вспомним, что информация, заключенная в генах, до мельчайших подробностей определяет аминокислотный состав и, соответственно, функциональное поведение белковых молекул. Структурный состав веществ целостного организма также всецело зависит от информации. И ведь, действительно, сейчас уже никто не сомневается, что только от наследственной информации зависит, кто вылупится из яйца: крокодил, страус, змея или цыплёнок? В связи с этим следует констатировать, что главнейшей функциональной и направляющей доминантой в организации живой материи является - информация! Поэтому все взаимоотношения между этих двумя составляющими следует рассматривать виртуально, то есть в таком их виде, который всегда существовал между информацией и её переносчиком. Этот факт четко просматривается при рассмотрении и изучении, как самой биологической информации, так и свойств её молекулярного носителя. К сожалению, мы еще полностью не осознали, что «информация» является отдельной самостоятельной сущностью, и подчиняется она не законам материального мира, а только своим специфическим принципам и правилам! Игнорирование этого факта неизбежно ведёт к познавательным коллизиям и часто приводит к серьезным теоретическим и практическим упущениям и ошибкам. Например, мы забываем (или не знаем), что построение и функциональное поведение любых биологических макромолекул в живой системе подчинено не только всем известным законам физики и химии. В первую очередь, оно подчинено закономерностям молекулярной биохимической логики и информатики, иными словами, - информации, закодированной (загруженной) в структурах биологических макромолекул. Следовательно, изучением живой материи должны заниматься не только биофизика, биохимия, молекулярная биология, но и молекулярная информатика [10].

К сожалению, этот факт биологами пока еще не осознается и, как показывает практика, не воспринимается, что, на мой взгляд, является причиной мировоззренческого застоя и отставания в изучении биологической формы движения материи. Далее рассмотрим, какими принципами и правилами молекулярной биохимической логики пользуется живая система при воплощении информации. Отметим роль молекулярного алфавита и кратко ознакомимся с физико-химическими основами его информационного применения и действия. Тем самым откроем чистую страницу в изучении живой материи, посвященную анализу роли биоорганического вещества в качестве переносчика (носителя) молекулярной биологической информации. 4. Роль молекулярного алфавита и информации в организации живого. Следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что все секреты живой материи оказались напрямую связанными с многофункциональными свойствами типовых мономеров, которые в своей совокупности представляют собой ничто иное, как элементную базу или общий молекулярный алфавит живой материи. Все био-логические элементы оказались наделенными такими химическими и физическими качествами и свойствами, сочетание которых позволяет им функционировать в живой системе не только в качестве строительных блоков или кодирующих элементов - химических букв и символов, но служить ещё и теми программными элементами, с помощью которых строятся различные алгоритмы программного поведения биологических молекул! Вследствие чего, мы приходим к заключению, что любая химическая буква (или символ), входящая в состав биомолекулы, является тождественным эквивалентом такой био-логической единицы, которая выполняет роль и типового структурного строительного блока, и элементарного информационного сигнала, и программного элемента, и функциональной единицы молекулярного кода. Сама же биологическая функция возникает путём активации всей совокупности качеств и свойств био-логических элементов, входящих в состав биологических молекул. Поэтому программная, информационная и функциональная деятельность биологических молекул в клетке осуществляется благодаря применению таких био-логических единиц. Причем, активация биологических молекул возникает только на основе их информационного взаимодействия друг с другом. Важно отметить, что указанные качества и свойства стали неотделимыми спутниками всех типовых био-логических элементов, они являются разными сторонами одной и той же молекулярной базы. А сочетание разных характеристик молекулярных элементов оказалось идеально приспособленным для выполнения различных биологических функций в живых клетках [8]. Можно без преувеличения сказать, что только совокупность универсальных свойств элементной базы (молекулярного алфавита) обеспечила возможность строительства (кодирования и программирования) из молекулярных мономеров (химических букв и символов) неограниченного множества различных, по своей конструкции, назначению и функциональным свойствам биологических макромолекул (вещества). А главное, генетическая информация, загруженная в белковые макромолекулы и другие клеточные структуры, обеспечивает процессы управления обменом энергии и веществ, и принципиальную возможность претворения в жизнь процессов саморегуляции и самовоспроизведения живой материи. Похоже, исследователи немного поспешили, когда приписали эти фундаментальные свойства самой материи. К сожалению, биологи до сих пор предпочитают говорить только о синтезе биополимерных цепей биологических молекул, забывая о том, что это, в первую очередь, - информационные сообщения, записанное химическим способом. Со всей очевидностью можно констатировать, что для кодирования молекулярной информации в живых клетках широко применяется комбинационный принцип использования химических букв или символов общего алфавита и позиционная система представления информации с фиксированными дискретными данными. А все химические буквы и символы общего алфавита (мономеры) являются натуральными единицами молекулярной информации [8]. Автор этой статьи уже давно придерживается мнения, что первичная биологическая информация, находящаяся в структурах ДНК живой клетки, представляет собой закодированные генетические сообщения и послания. Поэтому, путём транскрипции (переписывания) и трансляции (перекодирования) этих сообщений на аминокислотный код, в полипептидные цепи записываются (загружаются) те текстовые предписания, в которых содержатся не только описания алгоритмов структурного преобразования, но и сама программа функционального поведения белковых молекул. А посредством ферментов и других белковых молекул кодируются и программируются все остальные макромолекулы и структуры живой клетки. Здесь, как мы видим, все основные свойства живой материи обязаны такому феномену, как способности одной и той же информации существовать в различных её видах и формах. Причем, это одно из ключевых и фундаментальных свойств информации. Поэтому линейная генетическая информация способна сначала переводиться на линейные полипептидные цепи белковых молекул. А, затем, преобразовываться в стереохимическую информацию трёхмерных белковых молекул. Только в такой форме информация становится пригодной к использованию в различных биологических процессах. Причем, переводом информации из одной её системы кодирования в другую, обычно занимаются различные устройства: дешифраторы, трансляторы, преобразователи и т. д. [11].

Как мы видим, информация в живых системах имеет молекулярный базис представления и передается так же, как и в любой языковой системе с помощью алфавитного набора букв и символов, упорядоченных использованием кода. Здесь запись и перекодирование информации осуществляется при помощи химических букв или символов общего молекулярного алфавита. Молекулярным кодированием в живой клетке можно назвать процесс представления данных последовательностью химических букв или символов. Причем, информация в клетке передается не только одним генетическим кодом. В передаче биологической информации участвуют и другие молекулярные коды, и кодовые последовательности, основу которых составляет определенный комбинационный набор химических букв или символов. А содержащаяся в молекулярных цепях информация обеспечивает функционирование биологических молекул [11]. При этом закодированная последовательность букв или символов любого сообщения передаётся не однократно, а с многократным повторением, что ведёт к повышению помехоустойчивости информационной системы. Несмотря на то, что информация является нематериальной категорией, однако существовать и воспроизводиться она может только на базе системной организации и на основе тех или иных материально-энергетических носителей. Информация всегда предполагает наличие той или иной системы, где она может кодироваться, генерироваться и передаваться. Поэтому в соответствии с «центральной догмой» Н Винера, информация в системе всегда выступает как отдельное и самостоятельное явление, имеющее виртуальный характер [9]. Именно с кодированием связаны многие замечательные свойства живых клеток: 1) возможность хранения, передачи и переработки управляющей генетической информации; 2) возможность структурно-функционального программирования биологических молекул и клеточных структур; 3) совмещение программно-аппаратных средств в структурах белков, нуклеиновых кислот и других функциональных биомолекулах; 4) возможность обработки сигнальной информации субстратных молекул и т. д. Поэтому биологические макромолекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их структуру и функциональное поведение в живых системах. Заметим, что кодирование сообщений оказалось настолько эффективным способом записи и передачи информации, что первоначально эти принципы были «разработаны» и развиты в молекулярных системах живой природы и в дальнейшем применены для сложных биологических систем. Закодированная информация в цепочках химических букв и символов биологических молекул - это та умозрительная сущность, существование которой мы можем мысленно себе представить, то есть для нас это виртуальная реальность. Однако для самих биомолекул, это структурная и программная реальность, данная биомолекулам для построения и функционирования. Поэтому виртуальная реальность сейчас определяется как актуальная, событийная реальность, которая реально значима в настоящий момент времени. Из «центральной догмы» Н. Винера вытекает тот факт, который нас больше всего интригует и изумляет: «информация» не является физической величиной, несмотря на то, что лежит в основе самой жизни и играет роль одной из ключевых субстанций нашего мира. Она, хотя и пользуется для своего воплощения различными материально-энергетическими средствами, тем не менее, всегда выступает в качестве отдельного спутника и независимого природного явления. Отсюда следует, что кодируемая информация, по своей природе, сущность не материальная, а виртуальная. То есть она и не вещество, и не энергия, а что-то другое, данное живой (материи) природе и нам в представление. Причем, важно отметить, что, несмотря на её виртуальность, она обладает способностью к селективному отбору, эволюционному разнообразию и подчиняется не физическим законам, а только своим специфическим принципам и правилам (закономерностям информатики). Причем, информация, как правило, всегда выступает главной доминантой во всех функциональных процессах той или иной системы [9].

Поразительно, что общие законы и принципы кодирования информации стали не только фундаментальными основами жизни, но и, впоследствии, заново были «открыты» человеком и нашли широкое распространение во многих областях человеческой деятельности: в технике, в науке, в управлении, в экономике, в социальной и общественной сфере и т. д. Кодированием стал называться процесс преобразования тех или иных сведений и данных в совокупность букв (символов, цифр или знаков), определяемую кодом. А любой код стал ключом для перевода информации из одной её формы в другую. Оказывается, живая природа на миллиарды лет опередила не только появление искусственных информационных систем, но, и по сути дела, определила пути их развития. 5. Информация - самый стабильный компонент живого. К исключительным, на мой взгляд, свойствам генетической информации относится её способность бесчисленное количество раз передаваться из поколения в поколение, путём простой смены своих материальных носителей! Мы живем, благодаря полученной наследственной информации от наших далеких и близких предков. В нашем организме нескончаемым потоком идут процессы обмена веществ и энергии, с возрастом мы постоянно меняемся, и у нас в теле не остается ни одной биомолекулы, с которыми мы появились на свет при рождении! Очевидно, что и сами гены как материальный субстрат, также участвуют в метаболических процессах. Поэтому самым стабильным компонентом в живой системе является не вещество, а - информация. А все метаболические процессы, по своей сути, служат одной единственной цели: для того, чтобы как можно дольше сохранить первичную наследственную информацию и более целенаправленно и экономично использовать её ресурсы. Ясно, что биоорганическое вещество «приносится в жертву» сохранения генетической информации. Поэтому, к концу жизни, как правило, неизменным остаётся только наше «Я» и та генетическая информация, благодаря которой мы существуем и развиваемся! Таковы долевые вклады в организацию живой системы отдельных составляющих: информации и биоорганического вещества, играющего роль переносчика. Очевидно, отсюда хорошо видно - «кто кого использует, и кто в доме хозяин?». В силу этих удивительных обстоятельств, на первый план в живой системе выступает уникальная способность генетической информации двигать потоками энергии и вещества, но при этом самой оставаться неизменной или почти неизменной. Наследственная информация является фундаментальной основой любой живой системы! Поэтому деятельность любой системы всегда направлена на сохранение своей основы. Очевидно, что информация всегда существует в сцеплении только с теми материально-энергетическими средствами, при помощи которых осуществляется её запись, передача, хранение или преобразование. Поэтому при разрушении переносчика сообщений сразу же исчезает и та информация, которая была записана на этом носителе. Очень важное свойство информации заключается также в том, что она способна быть действующей силой только в той системе, которая воспринимает её как истинную смысловую реальность, то есть, где она становится реально значимой сущностью. Нет сомнений в том, что информация, это именно тот виртуальный посредник, который с самого начала зарождения жизни, связывает материальную часть нашего мира с нематериальной его частью! В связи с этим, у нас появляется обоснованная возможность говорить о параллельном сосуществовании двух миров. Потому что, хотим мы этого или не хотим, - окружающий нас мир уже достаточно давно делится как бы на два параллельно существующих и взаимодействующих друг с другом мира. Один из них - это безграничный и разнообразнейший по форме материальный мир нашей Вселенной. Другой - это загадочный и ошеломляюще разнообразнейший мир виртуальной информации. Сосуществование и взаимодействие материального и виртуального миров, с самого начала зарождения живой материи, стало не только главной реальностью и смысловым содержанием жизни, но и причиной её бурного развития и широкого распространения. Мы являемся детьми этих двух миров, потому что состоим из материальных и виртуальных (программ, данных, кодовых сигналов и т. д.) компонентов [12].

А информация стала определяющей мерой многих вещей и явлений, она выступила в роли универсального критерия направленности многих природных процессов и, в первую очередь, - процессов биологической эволюции. Приходится только констатировать, что в настоящее время, все биологические, технические, научные, общественные и другие процессы составляют главную содержательную часть этих двух миров. Виртуальный мир существует внутри нас, причем не только благодаря виртуальности молекулярно-биологической информации, но и благодаря её высшим творческим проявлениям, которые особенно ярко проявляются у людей. Таким, как способности человека к сознательному и разумному поведению, к эмоциональным проявлениям, способности к познавательным и созидательным процессам, запоминанию, к интеллектуальному мышлению, к труду, творчеству, духовности и т. д. Безмерно изумляет и вдохновляет, что на виртуальных крыльях информации, берет старт с нашей планеты Жизнь - великое чудо Вселенной. Буйным цветом различных красок расцвела Биосфера Земли, а за ней на тех же удивительных крыльях информации поднимается Техносфера, Ноосфера, Инфоноосфера. И трудно теперь представить, что же еще ожидает нас в перспективе? Очевидно, что работа живых и сложных технических систем может быть обеспечена потоками и циркуляцией только той информации, которая реально значима и дееспособна в этих системах. В связи с этим, любая сложная система способна пользоваться лишь той информацией, которая свойственна и присуща её природе! Поэтому в каждой системе, например, в живом организме циркулирует только «своя информация». А информация биомолекул другого организма является чуждой для данного организма, в связи с чем, она всегда отторгается и отвергается. Вспомним защитную реакцию иммунной системы. Это тоже очень важное качество, которое входит в круг основных свойств и принципов информации [9].