Штучні інформаційні системи допомагають розкриттю таємниць життя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Штучні інформаційні системи допомагають розкриттю таємниць життя

Вишняков Володимир Михайлович, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри кібербезбеки та комп'ютерної інженерії, Київський національний університет будівництва і архітектури

Ключові слова: інформаційні системи, інформаційні процеси у побудові живого організму, мінімальний елемент життя, роль ДНК у клітині, поява життя на Землі.

біологічний реплікація організм інформаційний

Опис проблеми та мета статті

У роботі [1] Норберта Вінера вказано: "Information is information, not matter or energy", з чого витікає, що інформацію він вважав фундаментальним поняттям, але відокремленим від таких понять, як матерія та енергія. Слід зауважити, що у даній статті дотримано стандарту ISO/IEC 2382:2015 щодо розуміння поняття інформації, як знань. Хоч збереження чи перенесення інформації без матеріального носія неможливе, але інформація не є частиною цього носія. Носій використовують істоти чи об'єкти, які відправляють чи отримують інформацію. Будь яка з характеристик носія може бути використана для перенесення інформації, про що наперед відомо відправнику та одержувачу інформації. Розбіжність між матеріальним і інформаційним є принциповою, бо матеріальне не може зникати.

Воно існує вічно в умовах перетворення одне в одне матерії та енергії. Інформація у разі руйнування матеріального носія може бути знищена. Якщо при цьому буде знищено усі її копії, то чи можливо буде її відтворення? Це питання є проблемою для усього живого, оскільки життя без інформації не існує, а втрата життєвої інформації означає загибель життя. Біологічні дослідження з кожним роком все впевненіше демонструють поєднання життя з інформацією. Багато процесів у живих істотах схожі з процесами у штучних системах, а останні мають логічне або математичне трактування у вигляді теорем та законів. Користуючись цими законами можливо надати пояснення процесам, що відбуваються у живій природі. Метою даної статті є вирішення проблеми появи життя на Землі.

Аналіз експериментальних досліджень

Клонування тварин вже набуло розповсюдження. Кожен бажаючий може замовити живу копію улюбленої кішки або собаки навіть після її смерті. Це коштує від $50.000 до $150.000. Український мандрівник та кінодокументаліст Дмитро Комаров 4 листопада 2020 року розпочав демонстрацію фільму, де показано як утворюють клони собак [2]. Для цього з яйцеклітини самиці, яку обирають сурогатною матір'ю, виймають ядро, що містить молекулу ДНК, а замість нього вводять ядро з молекулою ДНК тварини, яку клонують. Після цього клітина на деякий час втрачає життєздатність, але за допомогою електричного імпульсу життя у ній відновлюють. Потім цю клітину повертають у самицю для народження клону. Результат в одному з випадків вдалося показати, оскільки замовник поновлював живу тварину, що була відомою кінозіркою. Цій кінозірці близько 10 років, а клону декілька місяців. їх показано на рис. 1.

Рис. 1. Дмитро Комаров демонструє схожість собаки з її клоном

Дмитра вражає не тільки зовнішня абсолютна схожість тварин, але і схожість їх характерів. Лише трюкам, якім була навчена кінозірка, клону прийшлось вчитись. Схожість цих собак не можна пояснити випадковістю, бо у собаки, яку обрали за матір, колір і розміри були зовсім інші. Безперечно, що інформацію про зовнішність і характер тварини передано через молекулу ДНК.

Структура ДНК подібна комп'ютерній пам'яті у вигляді стрічки, на яку занесено послідовність з чотирьох можливих знаків. Цими знаками є елементи, які називають нуклеотидами (Nucleotides), а саме А - аденін (A - adenine) , Ц - цитозин (C - cytosine), Г - гуанін (G - guanine) та Т - тимін (T - thymine). Молекула ДНК складається з двох розміщених поруч однакових за довжиною ланцюгів. Вони обидва є носіями однієї й тієї ж інформації, оскільки поруч з елементом Ц у одному ланцюгу завжди знаходиться елемент Г у другому ланцюгу, а поруч з А завжди знаходиться Т. Це показано на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент структури молекули ДНК

Як саме відбувається побудова організму тварини за проектом, що знаходиться у молекулі ДНК, точно невідомо, але зрозуміло, що для цього необхідно виконати певну послідовність дій. Ці дії точно сплановані у часі, бо для собак незалежно від породи і розмірів процес побудови організму триває 63 доби з незначними відхиленнями. У подібних з кібернетичної точки зору автоматичних системах на виробництві є програма у вигляді ланцюга символів, що задає послідовність дій. Також повинен бути хоч один активний елемент, що грає роль рушійної сили. Це може бути комп'ютерний процесор, який крок за кроком перетворює символи з ланцюгу у команди управління виконуючими пристроями. У випадку живого організму ініціатором процесу побудови клону є запліднена клітина, а молекулі ДНК випадає пасивна роль. Подальші процеси являють собою поділ клітин на однакові або на різні типи і розміщення їх по місцях у структурі майбутнього організму. Усього в організмі налічується близько двохсот різних типів клітин, починаючи від ембріональних стовбурових і закінчуючи спеціалізованими, з яких утворюються окремі органи тіла, наприклад, шкіра, кістки, м'язи і усе інше. У кожній живій клітині запрограмована процедура поділу. Під час поділу механізми клітини повинні подвоювати молекулу ДНК і використовувати її як проект побудови нового організму.

Для отримання клону у заплідненій яйцеклітини штучно підмінюють молекулу ДНК. Ця клітина має офіційну назву зигота. У ядрі цієї клітини зазвичай поєднані гени батька і матері для побудови нового унікального організму. Поки що невідомо де у клітин знаходиться елемент, який грає роль процесора, але зрозуміло, що цей елемент сприймає вказівки, які знаходяться у молекулі ДНК під час побудови нового організму. Завдання зиготи полягає у багаторазовому поділі з метою побудови нового організму, але вона не здатна виявити штучну заміну ядра. Це підтверджує пасивну роль ядра, бо воно перенесено з клітини, де не було потреби у багаторазовому поділі. Інтенсивний поділ зиготи розпочинається незалежно від місця її знаходження, наприклад, у пробірці. У собак і багатьох інших тварин, а також у людей зигота не має достатньої кількості матеріалу для побудови нового організму, як, наприклад, у яйцях курей чи черепах. Через це у собак на початку поділу зиготи виробляється гормон, який є сигналом для організму матері про потребу у поживних речовинах. Вченими роз'яснена роль гормонів, що сприймаються клітинами як сигнали управління.

У теорії інформації сигналами вважають процеси або об'єкти, які використовують для передачі інформації від відправника одержувачу. Досліджено, що для кожного гормону є свій приймач-рецептор, який реагує лише на цей гормон. У комп'ютерних мережах приймач отримує різні сигнали, після чого відбувається їх аналіз для прийняття конкретних рішень. Сутність процесу передачі інформації у обох випадках є однаковою, бо відправнику і одержувачу наперед відоме значення сигналу. Це класичний приклад з теорії передачі інформації. У клітин є чимало рецепторів які реагують на характеристики зовнішнього середовища. Зовнішнє середовище не має намірів формувати і пересилати сигнали живим істотам. Якщо жива істота потрапляє у якесь середовище, то вона за допомогою рецепторів перетворює характеристики середовища у інформацію, яку вона надалі може зберігати і обробляти. Навіть у відомих вчених траплялись неточності у висловлюваннях про інформацію. Наприклад, вираз академіка Глушкова про те, що "інформацію несуть не тільки листи книги або людська мова, але й сонячне світло...", не можна вважати вірним. Сонце не має намірів відправляти комусь інформацію. Інформація про сонячне світло з'являється у живих істотах після рецепторів, на які воно потрапляє. Сигнал про світло формують рецептори, які знаходяться в очах, і відправляють цей сигнал у головний мозок. Тільки тоді починається те, що можна назвати процесом передачі інформації.

Порівняємо процес побудови організму за проектом із молекули ДНК з подібними процесами у штучних інформаційних системах.

Загально відомо, що побудова об'єкту за проектом потребує узгодження дій виконавців з проектом. Кожну дію ініціює керівник і доручає виконавцям. Також відомо, що бувають відхилення від проекту в тій чи іншій дозволеній мірі або такі, що призводять до аварій. Всі ці моменти є і під час побудови живого організму. Завдяки репродуктивній медицині можемо спостерігати результат дії зиготи на прикладі людського організму. При цьому запліднення робиться у пробірці шляхом поєднання жіночої яйцеклітини зі сперматозоїдом. Це означає, що зигота у даному разі утворюється поза межами жіночого організму. Далі щодоби кількість клітин подвоюється, але вони стають меншого розміру, бо загальний об'єм зародка не збільшується, як показано на рис. 3.

Рис. 3. Розвиток зародка від зиготи до морули у людини

Хоч розмір клітин зменшується, але кількість інформації у кожній з них не стає меншою, бо у перші три доби з кожної клітини може бути побудований новий організм так само, як і з першої зиготи. Цю властивість клітин називають тотипотентністю. Морулою (від. лат. morus: шовковиця) називають ембріон на 5-6 добу від початку ділення через схожість з ягодою шовковиці. Такі етапи розвитку зародка є характерними для усіх ссавців, включаючи собак. Момент появи морули пов'язаний з початком поділу клітин на два різні типи. Хоч після перших трьох поділів зиготи усі нові клітини є тотипотентними, але одна з них повинна прийняти на себе роль керівника. Керівникам треба орієнтуватись у часі для визначення моментів надання команд. Скоріш за все облік часу у клітинах базується на підрахунку кількості поділів. З цього припущення витікає, що після третього поділу зигота виробляє гормон, який є командою переходу до поділу на два типи клітин, один з яких зветься трофобластом, а другий - внутрішньою клітковою масою. Це можна вважати першим сеансом передачі інформації між клітинами, з яких формується майбутній організм.

Під час поділу через випадкові фактори деякі клітини можуть загинути або не відреагувати на появу гормону, що у репродуктивній медицині призводить до утилізації деяких зародків. У разі загибелі першої зиготи роль керівника можуть отримати одночасно дві клітини, що може призвести до появи близнюків. Передача інформації в організмі через гормони є типовим явищем. Наприклад, для активізації організму у разі виникнення небезпеки головний мозок через нервову систему відправляє сигнал органам, що виробляють гормон адреналін, який через кров потрапляє на відповідні рецептори клітин для активізації їх діяльності.

Після отримання першої команди від клітини-керівника розпочинається стадія формування бластоцисти, що має вигляд кулеподібної оболонки. Усередині знаходиться купка стовбурових клітин, які мають назву внутрішньої кліткової маси. Це показано на рис. 4.

Рис. 4. Вигляд бластоцисти зародку людини

З клітин кулеподібної оболонки надалі формується плацента, а з клітин внутрішньої маси формуються усі органи майбутньої істоти. У кожній клітині діє процес, який є аналогом комп'ютерної програми у стадії виконання. Копія цієї програми є в усіх клітинах і містить усі команд побудови організму. Перші клітини, які утворюються після поділу зиготи, називають ембріональними стовбуровими клітинами. З них може бути отримана будь-яка спеціалізована клітина. Свідченням того, що копія програми зберігається в усіх клітинах організму є можливість перетворення будь-якої зі спеціалізованих клітин у стовбурову. Це доводить, що у разі перетворення клітини у спеціалізовану усі попередні програми у ній зберігаються. Крім того, основні властивості стовбурових клітин полягають у тому, що вони здатні, як до симетричного, так і до асиметричного поділу на дві клітини різного типу, одна з яких може бути материнського типу.

Це означає, що у кожній клітині організму зберігається повний набір програмного забезпечення для перетворення в усі спеціалізовані типи клітин даного організму. Вибір того чи іншого варіанту поділу залежить від впливу зовнішніх факторів, які можуть бути фізичними чи хімічними або інформаційними (через гормони). Для побудови організму в умовах обмежень у часі треба надавати команди у потрібні моменти і у потрібних місцях, що без чіткого плану дій не уявляється можливим. Хоч кожна клітина має повну інформацію для того, щоб стати спеціалізованою, але для створення організму кожній клітині треба зайняти своє місце у певний момент часу. Інформація про ці місця і моменти також повинна копіюватись у повному обсязі під час поділу. Як проілюстровано Дмитром Комаровим (див. рис. 1), проект майбутньої тварини знаходиться у ДНК.

У цьому проекті з високою точністю передбачені ознаки тварини, що неможливо пояснити нічим іншим, як існуванням проекту. Хоч ми ще не можемо з абсолютною точністю читати проектну документацію, що закодована у ДНК, але засобам клітини цей код відомий і зрозумілий. Після поділу ембріональних стовбурових клітин на клітини кулеподібної оболонки (трофобласту) та внутрішньої кліткової маси утворюються дві групи також стовбурових клітини, але менш універсальних ніж ембріональні. З першої групи можна отримати шляхом поділу лише клітини плаценти, а з другої - клітини плоду. Плацента грає роль годувальниці, бо від неї до плоду потрапляють потрібні речовини. На рис. 5 показано місце і структура плаценти плоду людини.

Рис. 5. Місце розміщення і структура плаценти плоду людини

Клітина, яка прийняла на себе роль керівника, після відправки першої команди буде займати місце між кулеподібною оболонкою і внутрішньою клітковою масою. Надалі ця клітина поділяється на дві, які скоріш за все будуть окремими керівниками процесів формування плаценти і зародку. На той час поки відбувається симетричний поділ клітин трофобласту і кліткової маси їм не потрібні команди управління. При цьому кулька бластоцисти (див. рис. 4) поступово збільшується заповнюючись рідиною до моменту її розриву. У місці розриву клітини трофобласту приєднуються до стінки матки, де починається формування плаценти. У цей час після певної кількості поділів у внутрішній клітковій масі починається асиметричний поділ клітин, що призводить до появи трьох типів (шарів) стовбурових клітин: ектодерми, мезодерми та ендодерми. Ектодерма є поверхневим шаром, для мезодерми і ентодерми, як показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема розміщення клітин ектодерми, мезодерми і ентодерми

Слово ектодерма походить від грецького ektos, що означає «зовні», і derma, що означає «шкіра». З цих стовбурових клітин (ектодерми) надалі буде утворено клітини не тільки шкіри, але й нервової системи, а також головний та спинний мозок, очі, зуби, епітелії від ротової та носової порожнин до прямої кишки. Передача інформації від клітин-керівників за допомогою гормонів не є досконалою, бо при цьому неможливо проконтролювати результати, але інші методи передачі інформації за відсутності нервової системи нам невідомі. Цілком можливо, що інших методів на перших етапах побудови організму і не існує. Поділ клітини-керівника після відправки кожної команди, на наш погляд, призводить до передачі керівних повноважень новим клітинам-керівникам у відповідності до кожного типу стовбурових клітин. Так може відбуватись до формування нервової системи і головного мозку, бо тоді з'являються більш досконалі методи передачі інформації і централізації управління процесами в організмі.

Місце знаходження клітини-керівника під час надання першої команди можна вважати початковою точкою формування мозку. Від цієї точки можуть бути визначені місця розміщення усіх складових частин організму.

Експериментально доведено, що з клітин мезодерми утворюються кістки, м'язи, серце, видільна система, включаючи нирки, а з клітин ентодерми - легені та система перетравлення їжі, включаючи печінку і підшлункову залізу. Усі спеціалізовані клітини людського організму, а також багатьох тварин, вивчені і класифіковані. Хоч у кожній стовбуровій клітині є програмне забезпечення для перетворення у будь-яку спеціалізовану клітину, але вона самостійно не може прийняти рішення про своє перетворення з врахуванням моменту часу і місця знаходження. Відслідковувати моменти часу для відправки команд-гормонів зі свого місця знаходження є задачею клітин-керівників. Таким чином у програмі побудови організму може бути враховано, як місце, так і час утворення кожної клітини. Зауважимо, що повний набір програмного забезпечення для побудови і підтримки життя організму знаходиться у кожній його клітині.

Аналіз широко відомих експериментальних досліджень процесу побудови живого організму шляхом порівняння з подібними процесами у інформаційних системах штучного походження дозволяє зробити такі припущення:

- у кожній клітині організму є повний набір програмного забезпечення для побудови цього організму і для створення та підтримки діяльності усіх типів його клітин, включаючи процедуру їх поділу;

- кожна з клітин організму у будь-який момент часу перебуває у стадії виконання якоїсь програми зі свого програмного забезпечення і може приймати команди для переходу до виконання іншої програми;

- у програмах передбачено отримання інформації з молекули ДНК;

- на перших етапах побудови організму клітини можуть вимірювати час шляхом підрахунку кількості поділів;

- клітина, яка першою нарахувала три поділи, отримує роль керівника і надає команду (шляхом виділення спеціального гормону) для поділу на два типи стовбурових клітин: трофобласту та внутрішньої кліткової маси;

- клітина-керівник під час поділу утворює нових клітин-керівників для управління окремими ділянками побудови організму;

- місце знаходження клітини-керівника є точкою, від якої починається визначення місця для розміщення нових клітин, що з'являються після кожного наступного поділу.

Вплив випадкових факторів на результат побудови організму

Під час передачі інформації, як у штучних, так і у живих системах, бувають випадки пошкодження носія, що призводять до викривлення інформації. Таким носієм у живих системах є молекула ДНК, яка у разі поділу клітини подвоюється, але через різні причини під час її реплікації (копіювання) трапляються помилки. Коли помилки з'являються у клітинах, що призначені для утворення потомства, то це може призвести до мутації, що означає успадкування змін у ДНК певною кількістю особин. Дослідниками виявлено, що найбільш розповсюдженими є точкові мутації, які являють собою зміну у одній парі нуклеотидів, наприклад, Т...А на А...Т (див. рис. 2).

Дублювання, втрата або заміна ділянки ДНК є менш ймовірними. У випадку, який продемонстрував Дмитро Комаров (див. рис. 1), реплікація ДНК відбувалась без суттєвих помилок. Але так буває не завжди. Причинами вад у відтворенні кольорів та інших ознак клонів є помилки під час реплікації ДНК. Вади через помилки на ранніх стадіях поділу клітин можуть успадковуватись, бо вони потрапляють у клітини репродуктивних органів. Інші випадки помилок, що трапляються на пізніх стадіях поділу, призводять до вад лише у окремих особин. Аналіз помилок під час побудови організмів дозволяє виявити схожість і розбіжність принципів програмування у штучних і живих інформаційних системах. Народження дітей з хвостом, що відомо з багатьох джерел [3, 4], свідчить про те, що у молекулі ДНК збережено дані для побудови хвоста, які зазвичай не використовуються.

Це означає, що у живих системах існує проблема з утилізацією непотрібних ділянок ДНК. Це схоже з діями програміста, який не відкидає непотрібну частину програми або даних, а лише блокує звернення до них. У програмі побудови організму також є можливість блокувати ділянки даних. Розблокування цих ділянок трапляється через рідкісні помилки під час реплікації ДНК. Слід зауважити, що не існує чіткої межі між програмою, яка знаходиться у пам'яті наближеній до процесора, і даними, які знаходяться на віддалених пристроях. Будь-які дані програміст може перенести у тіло програми для пришвидшення її виконання, але це пов'язано з обсягом процесорної пам'яті, бо пристрої, що віддалені від процесора мають набагато більшу пам'ять. Існують випадки коли на руці або на нозі у людей виростають зайві пальці. Це описано у роботі [5], де наведено фото, яке показано на рис. 7.

Рис. 7. Багатопалість, або полідактилія у немовля

Багатопалість або полідактилія з'являється приблизно один раз на тисячу народжень. Експериментально доведено, що форма тіла людини, включаючи кількість пальців, запрограмована у ДНК. Цю кількість вже закладено у плода на сьомому тижні, як показано на фотографії з джерела [6] на рис. 8.

Рис. 8. Вигляд плоду на сьомому тижні вагітності

Відомі випадки не тільки зайвих пальців, але й зайвих кінцівок, а у кунсткамері можна побачити зародок з двома головами. Аналіз подібних випадків дозволяє вивчати конструкцію програм, які функціонують у живих організмах. Розглянемо випадок полідактилії, що трапляється найчастіше, а саме наявність лише одного зайвого пальця на одній руці або нозі. Причиною цього є помилка реплікації ДНК, яка також повинна траплятись найчастіше, бо частоти причин і наслідків співпадають. Найчастішою помилкою є зміна лише у одній парі нуклеотидів, бо більш суттєві зміни трапляються зі значно меншою частотою. Залишається відшукати серед відомих конструкцій комп'ютерних програм таку, що дозволяє шляхом заміни одного біту змінювати кількість створюваних елементів.

У нашому випадку цими елементами є пальці, а такою конструкцією є цикл з лічильником, де вказується у двійковому коді кількість створюваних елементів. Число 4 у двійковому коді є 100, а число 5 - 101. Достатньо замінити останній нульовий біт на одиницю і замість чотирьох пальців їх буде створено п'ять. Великий палець на руці ми не розглядаємо, бо він має іншу форму. Ще можна визначити на якому етапі поділу клітин виникла помилка реплікації. Послідовність дій побудови живого організму нагадує будівництво житлового масиву, де для кожної вулиці і провулку спочатку визначають кількість і місця будинків. Зрозуміло, що через помилку на цьому етапі може з'явитись зайвий будинок. Оскільки випадки полідактилії лише на одній руці або нозі не успадковуються, то це означає, що помилка реплікації ДНК сталася після розподілу процесу побудови організму на праву і ліву половини. Якщо б помилка була до цього розподілу, то зайвий палець був би на обох руках або ногах. Такі випадки теж відомі, включаючи багаторазове успадковування, що описано у роботі [7].

Поява ще більшої кількості пальців, як показано на фотографії (див. рис. 6), підтверджує можливість використання механізму циклів у програмах, що закладені у живих організмах. Щоб замість чотирьох у двійковому коді отримати шість достатньо також лише один нульовий біт замінити на одиничний, бо число 6 у двійковому коді буде 110. Відносно зображеного на цій фотографії випадку полідактилії виникає питання про те чому на різних ногах ми бачимо різну кількість пальців. Таке могло статись через невдалу спробу усунення помилки реплікації ДНК. Відомо, що у клітинах є механізм для виправлення помилок реплікації ДНК, що має назву репарацією ДНК. Також відомо, що не всі спроби виправлення помилок бувають успішними. Задача такого механізму полягає у виправленні перш за все помилок, які можуть загрожувати нормальному функціонуванню клітини, а полідактилію, як описано у роботі [7], володарі зайвих пальців розглядають як корисну мутацію. У штучних системах помилки у програмах не вважають як щось корисне, а у живих організмах, як бачимо, це може бути одним із методів еволюції.

Роль клітин у побудові живого організму

Експериментально доведено, що у молекулі ДНК, яка була перенесена з клітини однієї собаки у зиготу іншої, знаходилась докладна інформація про зовнішні ознаки тварини. Але, щоб цю інформацію перетворити у реальні ознаки, необхідні матеріальні структури з додатковою інформацією. Оскільки інформація у ДНК представлена у такому ж вигляді, як у пам'яті сучасних комп'ютерів, то принципи її обробки відомі розробникам інформаційних систем. Нагадаємо, що у сучасних комп'ютерних мережах інформація зберігається і пересилається у вигляді ланцюгів лише з двох елементів (бітів), які позначають цифрами 0 та 1. У цих ланцюгах щоб відшукати потрібні дані слід дізнатись кількість бітів до цих даних від якоїсь унікальної точки або комбінації бітів. У молекулі ДНК виявлено ділянки, що називають генами, де розміщені дані щодо формування певної елементарної ознаки організму або його органу. Наприклад, дані про колір очей у людей знаходяться у двох генах, які мають позначення HERC2 та EYCL1.

Клітині, яка є відповідальною за колір очей, щоб отримати потрібні дані слід відшукати ген у молекулі ДНК і у ньому знайти дані про колір. Без цього неможливо дізнатись який колір надати очам. Пошук потрібних даних завжди є послідовністю дій, які можуть бути описані алгоритмом і представлені у вигляді програми. Такі програми потрібні кожній клітині для виконання її функцій. Усі ці програми є тою інформацією, без якої клітини не зможуть функціонувати. Враховуючи важливість значення цих програм і знаючи, що найбезпечнішим місцем для зберігання інформації у клітині є молекула ДНК, то саме у структурі цієї молекули повинні зберігатись ці програми. Слід зауважити, що у клітинах існує механізм для відновлення структури молекули ДНК у разі її пошкоджень. Клітинам треба звертатись до ДНК за черговою порцією інформації у вигляді програми або даних.

При цьому кожен раз цю порцію інформації їм потрібно відшукати серед мільярдів бітів. Задачу подібного пошуку успішно вирішено у штучних інформаційних системах. Слід зауважити, що вибір місця для пошукової інформації має єдине оптимальне рішення. Цим місцем у сховищах даних, які за принципом побудови схожі на молекулу ДНК, є початок ланцюгу бітів. Пошукові дані схожі на зміст у книзі, який допомагає швидко знайти потрібний розділ. Але, як стверджується у роботі [8], інформація потрібна лише для прийняття рішень чи процедури вибору і більше вона ні для чого не потрібна. Інформація може лише грати роль керівника, який надає команди, а для їх виконання потрібні виконавці. Цими виконавцями під час побудови організму є механізми клітини, які здатні відшукувати інформацію у молекулі ДНК для виконання потрібних дій. Такими діями є поділ на однакові або різні типи клітин, а також підтримка функціонування кожного з типів клітин, які вона може приймати в різні періоди часу.

Місце знаходження та принципи функціонування вказаних механізмів поки що невідомі. Різним клітинам організму для підтримки діяльності потрібна лише частка інформації з ДНК. Наприклад, для клітини печінки не потрібні дані про колір очей і форму голови, хоч вся ця інформація у повному обсязі неодмінно присутня у молекулі ДНК. Кожна клітина після отримання сигналу щодо переходу у інший тип повинна перш за все відшукати потрібну програму і перейти до її виконання. З відомих результатів біологічних досліджень щодо клітин можна зробити такі висновки:

- жива клітина є мінімальним самодостатнім елементом життя;

- у кожній клітині є сховище життєво необхідної інформації, носієм якої є молекула ДНК;

- найменшими елементами життя є віруси, але вони не самодостатні, бо для їх розмноження потрібні живі клітини, без яких віруси не здатні вижити.

Аналіз досліджень дозволяє вважати, що у клітині зосереджені таємниці, розкриття яких допоможе визначити природу появи життя на Землі. Завдяки комп'ютерному моделюванню інформаційних процесів у живих організмах можна описати механізми обробки інформації, знання яких полегшить наступні дослідження живих клітин.

Створення комп'ютерних вірусів є доведенням здатності розмножуватись для штучних інформаційних систем. Вже нескладно уявити роботів, які здатні складати собі подібних. Треба їм лише надати потрібні складові частини. Виробництвом складових частин можуть займатись інші роботи. Життя також є ієрархічною системою. Спочатку автотрофні бактерії з неорганічних елементів виробляють органічні, якими харчуються наступні за ієрархією організми і так далі через рослини і тварини до людей. Головними елементами штучних систем можна вважати комп'ютери. їх мінімальний розмір хоч і є мікроскопічним, але клітини значно компактніше зберігають і обробляють інформацію.

Не виникає сумнівів з приводу того, що живий організм є інформаційною системою. Це означає, що для його створення крім матеріальних складових потрібна інформація. Оскільки інформація не є матеріальною, то її неможливо перетворити у матерію чи енергію. З другого боку, матерію та енергію також не можливо перетворити у інформацію, але вони можуть стати її носіями у разі якщо їх параметрам надати певні значення. Саме таке відбувається у штучних інформаційних системах. Наприклад, ланцюг з одиниць і нулів, що у вигляді оптичних або електричних імпульсів пересилаються по кабелях (оптичних або електричних), може бути кінофільмом, мелодією або командою запуску ракети. Усю інформацію, що є у штучних інформаційних системах, закладають люди, які являють собою живі інформаційні системи.

Під час побудови нових живих організмів у природі інформація копіюється через молекулу ДНК, а от яким чином інформація потрапила у перший живий організм на Землі є невідомим. Якщо людям вдасться після вивчення живих організмів створити щось подібне до живого, то це не буде дивом, але спочатку, як відомо, людей на Землі ще не було, а життя якось з'явилось. Проблема полягає у тому, що інформація не виникає сама по собі за умов наявності лише матерії та енергії. Не існує таких перетворень матерії та енергії, щоб з них виникала інформація, бо ні перше і ні друге не є інформацією, що відомо з роботи [1] Норберта Вінера. Таким чином, створити життя можливо лише за умов не тільки наявності матерії та енергії, а й володіючи певною інформацією. Без інформації, яка є необхідною складовою життя, жодну живу клітину створити неможливо.

Висновки

Завдяки вдалим результатам створення клонів тварин можна вважати доведеним роль молекули ДНК як сховища інформації щодо проекту побудови живого організму.

Експериментальні дослідження процесу побудови організму дозволяють припустити, що у кожній клітині є повний набір програмного забезпечення для побудови і підтримки діяльності усіх типів клітин даного організму. Деякі з клітини у певні періоди можуть керувати окремими етапами процесу побудови організму, вимірюючи час шляхом підрахунку кількості поділів і відправляючи команди у вигляді спеціальних гормонів.

Випадкові фактори, що призводять до відхилень від нормальної форми тіла через помилки реплікації (копіювання) ДНК, дозволяють, базуючись на знаннях з програмування, вивчати конструкцію програм, які функціонують у живих організмах.

З широко відомих біологічних досліджень витікає, що жива клітина є мінімальним самодостатнім елементом життя. Оскільки усі живі організми є інформаційними системами, то для їх створення крім матеріальних складових потрібна інформація. Не викликає подиву, що люди, володіючи інформацією, можуть створювати системи подібні до живих. Проблема виникнення життя на Землі полягає у тому, що у часи появи перших живих клітин людей ще не було, а створити будь-який елемент життя можливо лише за умов не тільки наявності матерії та енергії, а ще й володіючи певною інформацією. Без інформації, яка є необхідною складовою життя, жодну живу клітину створити неможливо.

Список використаних джерел

1. Wiener N. (1961) Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine. Paris, (Hermann & Cie) & Camb. Mass. (MIT Press) 1948, 2nd revised ed. 1961.

2. Туренко Ю. (2020) Мир наизнанку-11: Дима Комаров побывает в лаборатории будущего, которая занимается клонированием.

3. Ukranews.com (2010) У Китаї народилася дівчинка з хвостом.

4. The Tribune (2022) Baby born with 12 cm-long `human tail' in Brazil; scientists release pictures.

5. Жернов, А.О. (2022) Багатопалість, або полідактилія.

6. Health day (2017) Розвиток плоду по тижнях з фото.

7. Pleasance, C. (2017) Brazilian family all have 12 fingers and toes... and they're putting them to good use as goalkeepers and pianists!

8. Вышняков В. (2022). Информационные технологии помогают уточнению понятия информации. Грааль Науки, (11), 245-253.

Размещено на Allbest.ru