Закон жизни: информация стремится к максимуму - один из аспектов жизни

Введение

жизнь биохимия эволюция дарвинизм

Современное состояние изучения эволюционных, биохимических и биофизических проблем жизни показывает, что информационные аспекты в этих научных направлениях играют существенную роль [1-5]. В энциклопедии Британика [6] при описании определения жизни отмечается, что живыми организмами являются системы, которые содержат воспроизводимую наследственно информацию, закодированную в молекулах нуклеиновых кислот. Таким образом, наличию информации в живом организме уделяется важное и даже основополагающее значение.

В настоящей научной статье сопоставляются и анализируются известные научные положения об информации в живых организмах и эволюционная теория дарвинизма. Таким образом, был теоретически получен закон жизни, информация стремится к максимуму.

Теоретический анализ

Многообразие живых организмов на планете Земля отмечается различными аспектами, сторонами их существования. Один из наиболее важных аспектов жизни был установлен в эволюционной теории Ч. Дарвина [7].

В этой теории развитие жизни рассматривается как уникальное природное явления, которому свойственны свои законы [7]. Однако специфика именно информационных аспектов в этой теории не рассматривается. Основная задача, которой посвящена теория дарвинизма заключается в объяснении происхождения видов, эволюции жизни на Земле.

Через всю монографию Ч. Дарвина красной нитью проходит достоверно обоснованное положение о том, что «....виды не были сотворены независимо одни от других, но произошли подобно разновидностям, от других видов» [7]. Объяснение совершенного строения и коадаптации живых организмов населяющих нашу планету также были важными задачами, которые анализируются в этой монографии.

Для объяснения происхождения и развития видов Ч. Дарвином было введено понятие естественного отбора и борьбы за существование. Было показано, что «.борьба за существование неизбежно вытекает из большой скорости, с которой все органические существа имеют тенденцию увеличивать свою численность» [7]. Живые существа, дающие потомство, должны подвергаться уничтожению в какой-либо момент своей жизни, в какое-нибудь время года или в определенные годы, иначе в силу принципа возрастания в геометрической прогрессии численность его быстро достигла бы таких огромных размеров, что ни одна область обитания не могла бы вместить его потомство (закон Мальтуса). Поэтому, так как производится особей более чем может выжить, то вследствие этого должна вестись борьба за существование. Было отмечено три наиболее важных формы борьбы за существование, такие как:

1. внутривидовая борьба за существование, т. е. борьба между особями одного и того же вида;

2. межвидовая борьба за существование, т. е. борьба между особями разных видов;

3. борьба живых организмов с физическими условиями окружающей природной среды.

В результате этого в природных условиях действует фактор естественного отбора, который движет и направляет эволюцию. Движущими силами эволюции в соответствии с теорией Ч. Дарвина является наследственная изменчивость и естественный отбор. Наследственная изменчивость заключается в изменении при зарождении живого организма его признаков. Борьба за существование обычно приводит к гибели значительного числа особей в каждом поколении любого вида и к выборочному участию особей в размножении. Неизбежным результатом наследственной изменчивости организмов и борьбы за существование является естественный отбор - преимущественное выживание и участие в размножении наиболее приспособленных особей каждого вида. Следствием естественного отбора является видообразование, сопровождаемое закреплением адаптаций [7]. Таким образом, главным выводом теории дарвинизма является то, что в процессе эволюции выживают наиболее приспособленные и биологически наиболее сильные живые существа.

Теория дарвинизма сыграла важную роль для объяснения процесса эволюции и имеет важное значение и в наше время. Однако классический дарвинизм оставил нерешенным такой важный вопрос как механизм наследственности. Ч. Дарвин писал: «Законы, управляющие наследственностью по большей части неизвестны» [7]. Объяснение научной проблемы механизма наследственности было дано во время развития генетики и детализировано в молекулярной биологии. Важнейшее достижение генетики заключалось в том, что было доказано какая структура живого организма является носителем информации ответственной за наследственность. Этой структурой являются гены, участки ДНК (либо в некоторых случаях РНК). Таким образом, был обнаружен материальный носитель информации, микромеханизм ответственный за наследственность, объяснен способ передачи наследственной информации.

Еще одним важным достижением генетики было то, что было доказано, что для генетического материала являются характерными мутации. Мутациями, как известно [1, 8], являются естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Также хорошо известно, что мутационная изменчивость наряду с комбинативной создает материал для естественного отбора, который формирует виды в процессе эволюции [1,8].

В 30-х годах ХХ-го столетия были предприняты серьезные усилия для того, чтобы скомбинировать и взаимно дополнить достижения классического дарвинизма и генетики. Эти усилия привели к развитию синтетической гипотезы эволюции. В соответствии с этой теорией популяция стала рассматриваться как основополагающая, элементарная единица эволюции [1]. Мутации рассматриваются как источник наследственной изменчивости. В качестве факторов эволюции также выступают волны жизни, дрейф генов, изоляция. При этом в синтетической гипотезе эволюции естественному отбору уделяется важное и основополагающее значение.

Тогда сопоставление теории дарвинизма и перечисленных выше положений генетики указывает на следующую тенденцию. В результате влияния физических, химических либо биологических факторов на носители информации в биологических организмах, т. е. на генетический материал, в генетическом материале происходят изменения. При этом получается некоторый набор данных информации. В свою очередь в результате естественного отбора из всей совокупности живых организмов выживают биологически наиболее сильные особи. Так как именно эти особи являются биологически наиболее сильными и приспособленными к жизни, то они являются носителями наиболее ценной и значимой информации. Таким образом, из биологического набора информации в каждом поколении выживает самая ценная информация, выражаясь с помощью другого синонима, максимально ценная информация. То есть вследствие процесса естественного отбора информация стремится к максимуму. Эта тенденция определяет процесс развития информации в мире живой природы. Закон, информация стремится к максимуму, является одним из важнейших законов жизни.

Исходя из выполненного выше анализа закон жизни, информация стремится к максимуму можно сформулировать следующим образом:

В процессе эволюции выживают и развиваются живые существа, которые обладают наиболее ценной информацией.

Под обладанием информацией живым существом в данном случае имеется в виду, как наличие в живом существе генетически заложенной информации, так и информации которую живое существо освоило и использует в своей жизни. Стремление информации к максимуму означает обладание живым существом наиболее ценной информацией.

Приведенной выше формулировке закона жизни, информация стремится к максимуму, можно поставить в соответствие определенную математическую модель или представление. С этой целью представим, что мы хотим с помощью математического моделирования либо графика изобразить формирование какого-то вида живых существ в процесе эволюции. Допустим, мы строим зависимость ценности информации, которую несет в себе биологический вид от параметра (либо параметров), которые определяют особенности генной структуры данного вида. То есть такой график может быть двумерным либо многомерным в зависимости от конкретной ситуации. Так как в соответствии с теорией дарвинизма виды формируются в процессе естественного отбора, т. е. при этом выживают биологически наиболее приспособленные и сильные особи, то выживший вид обладает наиболее ценной информацией по отношению к не выжившим особям. Поэтому биологическому виду на таком графике будет соответствовать максимум, т. е. наибольшее значение ценности информации. По сторонам от этого максимума будут располагаться точки, которые соответствуют не выжившим особям, которые обладали недостаточно ценной информацией для того, чтобы успешно конкурировать в процессе естественного отбора. В соответствии с такой логикой, автор настоящей работы предлагает рассмотренный выше закон назвать законом жизни, информация стремится к максимуму так, как из математики известно, что максимумом является наибольшее значение функции среди множества значений, которые принимает функция.

Закон, информация стремится к максимуму, является максималистическим по своему содержанию, так как его формулировка связана с теоретическим положением о максимальном состоянии информации. В связи с этим возникает вопрос о том, известны ли еще из других наук законы максимали- стические по своему содержанию и насколько важны такие законы?

Этот вопрос рассматривался автором в научной статье [9]. Также были развиты определенные оригинальные положения этого научного направления.

Так нужно заметить, что из физики является хорошо известным второе начало термодинамики. В таком фундаментальном издании как пяти томный физический энциклопедический словарь [10] написано буквально следующее: «В современной термодинамике второе начало термодинамики формулируется единым и самым общим образом как закон возрастания энтропии.... В состоянии равновесия энтропия замкнутой системы достигает максимума...». По-сути, это означает, что если рассматривать процессы в замкнутой термодинамической системе в отношении их перехода от неравновесного до равновесного состояния, то смысл второго начала термодинамики заключается в том, что энтропия физической системы стремится к максимуму. То есть второе начало термодинамики можно рассматривать как максималистический по содержанию закон.

Таким образом, для неживой природы является свойственным максималистический закон о стремлении к максимуму энтропии, а для живой природы является свойственным максималистический закон о стремлении к максимуму информации.

Как отмечалось в работе [11] тенденция развития энтропии в биологической среде обладает своими особенностями, т. е. «... основным законом физики является тенденция к беспорядку, а основным законом биологии - уменьшение энтропии». Доказательством ограничения энтропии в биологической среде является присущая живым организмам организация. Так как энтропия является мерой беспорядка системы, то в системе, где есть организация энтропия не может возрастать так как в неживой природе.

Однако, как уже указывалось выше, в живой природе проявляется закон о стремлении к максимуму информации. Максимализация информации и ограничение энтропии - это характерные тенденции живой природы.

Самым ярким и наиболее развитым образцом живой природы является человек. Человек - вершина, венец эволюции живой природы. Если для живой природы свойственно стремление к максимуму информации в виде обладания наиболее ценной информацией, то тогда и в жизни и в истории человечества должен проявляться этот принцип. Информация в жизни человека, безусловно, играет важную роль. Правильность этого утверждения становится особенно наглядной при анализе определенных аспектов истории человечества.

Информационные аспекты в истории человечества проявляются при анализе исторических эпох развития человечества в зависимости от орудий труда используемых человеком определенного исторического периода.

С учетом известных исторических данных и современных тенденций развития, обращаясь к истории человечества, в зависимости от вида разработанных человеком орудий труда можно выделить следующие эпохи в развитии человечества:

- каменный век;

- медный век;

- бронзовый век;

- век обработки железа;

- век развития машин;

- эпоха развития компьютеров.

Эти эпохи последовательно развивались в истории человечества. Между некоторыми из перечисленных выше эпох существуют периоды «перекрытия», наложения во времени эпох. Но, тем не менее, в их развитии прослеживается определенная последовательность и хорошо заметна следующая тенденция. По мере перехода от каменного века до эпохи развития компьютеров наблюдается усложнение, совершенствование технологии, которые использует человек для производства орудий труда. Если в каменном веке орудия были наиболее примитивными и полученные путем подбора и непосредственной обработки камней, то в медном или бронзовом веке для получения орудий применяется методика плавления соответствующего металла. Переход от одного века к другому, эпоха в истории человечества знаменуется подъемом на одну ступень в освоении новой технологии. Человек освоил технологию плавления металла - меди либо бронзы и это возвысило его в процессе его исторического развития. Для того чтобы перейти к веку обработки железа было, нужно усовершенствовать технологию плавления в сторону плавления более тугоплавкого металла - железа. Век развития машин характеризуется уже различными применениями технологии плавления железа и других металлов для производства машин. Прослеживая развитие истории человечества возникает закономерный вопрос: что является первичным в развитии этих основополагающих технологий - сама технология или знание, информация, которая лежит в основе технологии?

Обращаясь к веку развития машин и эпохе развития компьютеров можно однозначно отметить, что первичным является информация. Только разработав первоначальное представление, т. е. выработав первоначальную информацию и затем проверив ее на опыте человек может внедрить тот или иной механизм или машину в работу.

Аналогичная ситуация имеет место и для более ранних эпох. Необходимость идеи, элементарного представления всегда связана с разработкой орудий труда.

Так как, по мере развития базисных технологий при переходе от каменного века до компьютерного века в истории развития человечества происходило огромное развитие знания, отбор необходимой и наиболее ценной информации, то можно утверждать, что с развитием человечества информация стремится к максимуму.

Информация не только развивалась, но и накапливалась. Все, что происходило в истории человечества в значительной мере запоминалось, регистрировалось в виде печатных изданий и сохранялось. В наше время благодаря накоплению этих знаний человечество обладает значительным количеством библиотек, музеев. Человечество проявляет готовность и предпринимает усилия для того, чтобы хранить свои достижения и память об их получении с помощью самых современных видов носителей информации таких так телевидение, компьютерная запись.

История развития человечества, развитие технологий, развитие науки и техники в особенности компьютеризация общества показывает, что одной из главных тенденцией, которая движет человечеством, является стремление к максимуму информации, которой овладевает человечество. На каждом из этапов своего развития человек отбирал наиболее ценную для него информацию и, таким образом, тоже происходила максимализация информации. Другой стороной максимализации информации является увеличение его общего объема в процессе развития человечества. Человечество обладает большим объемом ценной информации. Принцип информация стремится к максимуму: информация ^ max (1) является одним из основных законов развития человечества.

Выводы

Таким образом, как для развития человечества, так и в основном для всей живой природы является справедливым закон, информация стремится к максимуму.

Список литературы

1. Биологический энциклопедический словарь. М., 1986. 831 с.

2. Левченко В.Ф., Меншуткин В.В. Попытка компьютерного моделирования эволюции человеческого общества//Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2009. Т. 45. № 2. С. 252-262.

3. Москалейчик Ф.Ф. Взаимосвязь воспроизводительной способности подразделенной популяции с ее генетической структурой: компьютерная имитация. Простейшая полилокусная модель//Генетика. 2005. Т. 41. №10. С. 1419-1427.

4. Ефремов В.В. Равновесие между генетическим дрейфом и миграцией при разных величинах мутационного процесса: анализ при помощи имитационного моделирования //Генетика. 2005. Т. 41. № С. 1283-1288.

5. Серавин Л.Н. Теория информации с точки зрения биолога. ЛГУ., 1973. 160 с.

6. The New Encyclopadia Britanica. Chicago; London; Toronto, 1978. v.10. P.893.

7. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. С. П., 1991. 419 с.

8. Дубинин Н.П. Общая генетика. М., 1986. 559 с.

9. Stetsun A. Principles of nature//Journal of Modern Physics. 2018. V. 9, №3, P. 320-334.

10. Физический энциклопедический словарь. М., 1960. т.1. С.340-341.

11. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М., 1968. 173 с.

Размещено на Allbest.ru