Жизнь - это бесценный дар материального и виртуального мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЖИЗНЬ - ЭТО БЕСЦЕННЫЙ ДАР МАТЕРИАЛЬНОГО И ВИРТУАЛЬНОГО МИРА

Калашников Юрий Яковлевич

Аннотация

Известно, что наследственная информация обеспечивает не только структурную организацию живых систем, но и управление всеми их биологическими функциями. Следовательно, самоорганизация живых систем держится не только на базе вещественно-энергетических отношений материального мира, потому, что главной их составляющей является не материальная, а информационная - виртуальная часть. “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. Вот и получается, что при изучении явлений жизни должно превалировать не материальное, физико-химическое представление, которое традиционно доминирует в естествознании, а, прежде всего, нематериальное мировоззрение, основанное на информационном подходе к молекулярно-биологическим проблемам.

виртуальный мир информационный реальность

1. Общие сведения

Удивительно, но приходится констатировать, что новый 21 век, называемый веком цифровых систем и информационных технологий, не принес ожидаемых результатов в изучении информационной природы живой материи. И это несмотря на то, что особенность современной биологии, по словам профессора ИЦиГ СО РАН Колчанова Н. А., состоит в том, “что она, образно говоря, стоит на “двух китах” - экспериментальных исследованиях и использовании высоких информационных технологий, реализованных в огромном разнообразии программного обеспечения для анализа этих данных и моделирования биологических систем и процессов”. Ясно, что эти технологии являются всего лишь мощным техническим подспорьем в изучении биологической формы движения материи. Однако, к сожалению, новая дисциплина - информационная биология, несмотря на многообещающее название, не может объяснить информационную основу самих живых систем. А открытия наследственной информации и генетического кода, осуществленные еще в прошлом веке, только подчеркивают значительное отставание в изучении информационной природы живого.

Поэтому естественные науки сегодняшнего дня уже не имеют права игнорировать те информационные явления на молекулярном и биологическом уровнях, которые не только существуют в живых системах, но и являются ключевым движителем всех жизненных процессов. Только на основе изучения и исследования информационных основ биохимических и молекулярных процессов, и никак иначе, мы можем познать общую картину информационных отношений живой материи. А виртуальная сущность информации дает нам возможность проникнуть в неведомый и таинственный нематериальный мир живого и определить его организующее и созидающее начало.

Очевидно, что здесь на первый план выступает наследственная информация, которая обеспечивает не только структурную (вещественно-энергетическую) организацию живых систем, но и выполнение всех их биологических функций. Значит, организация живых систем осуществляется не только на базе вещественно-энергетических взаимодействий материального мира, но и, что особенно поражает наше воображение, так это то, что основой организации живой системы является её не материальная, а информационная (виртуальная) часть. Получается, что при изучении явлений жизни должно превалировать не материальное, физико-химическое представление, которое традиционно доминирует в естествознании, а, прежде всего, нематериальное мировоззрение, основанное на информационном подходе к молекулярно-биологическим проблемам.

Очевидно, что здесь к нематериальной части живого мы можем отнести не ту мифическую “животворящую силу творца”, которая декларативно заявляется приверженцами религии, а ту реально существующую информационную часть живого, которая заключена в программном обеспечении генома, в генетических информационных сообщениях, во всевозможных командах, данных, молекулярных кодовых сигналах различного назначения, инструкциях и т. д. Ясно, что в основе организации всех живых систем лежат не только вещественные, но и виртуальные - информационные отношения. Отсюда становится очевидным, что жизнь - это бесценный дар не только материального мира нашей Вселенной, но и виртуального - нематериального мира, а сами мы: люди, животные, растения и даже микробы, являемся детьми этих двух миров. Однако, как это неудивительно, но таинственный и необъятный мир молекулярно-биологической информатики до сих пор не поддается исследованию и изучению.

2. Виртуальный мир информации

Информацией в её классическом виде можно назвать совокупность закодированных сведений или данных о любом факте, явлении или объекте, которые вырабатываются, передаются и воспринимаются той или иной системой. Здесь информация обозначена как содержательные данные или сведения тех или иных сообщений, которые представлены только в закодированной форме.

Очевидно, что информация всегда существует и передается только в закодированной форме, то есть сама информация как некая сущность является виртуальной субстанцией. Другого вида природной информации просто не существует. Мы всего лишь думаем, что информация в закодированном виде существует только в сложных технических или биологических системах, а на самом деле всю жизнь тем и занимаемся, что информацию, записанную одним кодом (языком), переводим в информацию другого кода (языка). Более того, не только все проявления жизни, но и само её зарождение напрямую связано только с появлением различных молекулярных кодов.

Интересно, что в процессе длительной эволюции именно информационные коды стали основой мыслительного процесса. Ясно, что кодируемая информация обладает свойством виртуальности, потому что её смысловое содержание передается определенным кодом и понятно только своему приёмнику (или получателю). Поэтому недаром еще в свое время Н. Винер заметил, что “Информация - это информация, а не материя или энергия”. Однако следует отметить, что, несмотря на нематериальность информации, она при передаче становится независимым виртуальным спутником своего носителя - материи, энергии, вещества, поля и т. д. Более того, информационные сообщения в качестве своего средства передачи (сигнала) всегда используют материально-энергетические переносчики. Например, в технических информационных системах наиболее широко используются электрические сигналы с переносчиком в виде синусоидального или импульсного тока и напряжения.

Поэтому информация всегда существует в сцеплении только с теми материально-энергетическими средствами, при помощи которых осуществляется её запись, передача, хранение или преобразование. При этом, хотя информация не зависит от физических свойств своего носителя, а подчиняется только своим специфическим законам, однако при разрушении переносчика сообщений сразу же исчезает и та информация, которая была записана на этом носителе. Несмотря на то, что информация пользуется для своего воплощения различными материально-энергетическими средствами, тем не менее, она всегда выступает в качестве отдельного виртуального спутника и независимого природного явления, она всегда несёт определенное значение, поэтому имеет виртуальный (смысловой) характер.

C понятием “Информация” у нас в Интернете и в литературе сложилась такая путаница, что некоторые исследователи начали вычислять, сколько информации заключено в том или ином косном материальном объекте. Даже в учебниках встречается утверждение того, что, например, каменный уголь содержит всю информацию своего появления (!?).Очевидно, что любой материальный объект, или процесс косной природы, имеет свои индивидуальные физические или химические характеристики, которые подчиняются всем известным физическим или химическим законам. Однако, ясно, что никакими тестами и приборами наличие кодируемых сведений и данных у этих объектов обнаружить нельзя. Одно дело наличие и реальность материального мира и совсем другое - получение о его характеристиках информации, весь процесс которого связан не только с отбором нужных сведений и данных, но и с их переработкой, - с процессами кодирования, преобразования и передачей сообщений.

Поэтому, по моему мнению, неправомерно, на бытовом уровне понимания информации, говорить о том, что в любом косном объекте или процессе заключена некая информация. Любой косный объект обладает лишь своими физическими характеристиками, а информация о нем - это уже сущность другой - смысловой, умозрительной природы. Информация - это закодированные данные и сведения об объекте, которых, сам по себе, любой объект косной природы вырабатывать не может. Вещество всегда живет по своим физико-химическим законам, однако, попадая, к примеру, в живую систему оно, в соответствии с информационными процессами, действительно, может попасть в сферу ускоренного преобразования. Получить информацию об объекте можно только с помощью соответствующих датчиков, технических (или биологических) информационных преобразователей и систем передачи и приёма.

Как известно, для обозначения различных предметов, понятий и действий пользуются словами. Для построения слов, как правило, применяется определенный набор букв (символов или знаков), который называется алфавитом. Например, в цифровой технике для этих целей пользуются кодовыми словами. Особенность этих слов состоит в том, что все они имеют одинаковую длину (то есть последовательность букв одинаковой длины). А для их построения используется простейший алфавит, состоящий всего лишь из двух букв, которые принято обозначать символами 1 и 0. Таким образом, кодовое слово в цифровой технике есть последовательность символов 1 и 0 определенной длины, например, 10101011. Поэтому информация, которая передается между отдельными узлами (блоками) сложного цифрового устройства, представляется в виде кодовых слов. Здесь применяется дискретная форма передачи, когда сообщения представляются некоторым фиксированным набором определенных элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются определенные последовательности.

Поэтому важным является не физическая природа элементов, а то обстоятельство, что комбинационный набор элементов конечен и потому любое дискретное сообщение передает определенное число значений некоторой величины. Набор этих элементов (букв, символов или знаков) образует алфавит. Здесь под буквами, в отличие от обычного представления, понимаются любые элементы (обычные буквы, символы, цифры, математические или синтаксические знаки и т. д.), используемые для представления дискретных сообщений. Если любому из элементов присваивается соответствующее числовое (цифровое) значение, тогда представляемая информация приобретает чисто цифровой характер.

Если в живых клетках в качестве элементов используются аминокислоты (химические буквы), которые кодируются генетическим кодом, то представляемая информация приобретает молекулярно-биологический характер и т. д. При дискретной форме представления сообщений, как правило, соблюдается условие их виртуальности и независимости от физических или химических свойств своего носителя, поэтому кодируемая часть сообщения всегда имеет статус информации. Разумеется, следует считать, что никаких информационных кодов о своих физико-химических характеристиках объекты неживой природы не посылают. Получить информацию об объекте можно только с помощью соответствующих датчиков, технических (или биологических) информационных преобразователей и систем передачи и приёма.

Однако известно, что основной смысл информационных сообщений состоит “не в выбранном коде, форме символов или методах передачи (письменных, акустических, электрических, тактильных или обонятельных сигналов), а в его значении (семантике). Заметим, что этот центральный аспект информации не играет никакой роли в её хранении или передаче. Именно значение превращает определенный код или кодовую последовательность букв или символов в информационное сообщение. Эти значения не связаны ни с материей, ни с энергией - они связаны с определенным смысловым содержанием” [1]. Примером смыслового значения является генетический код, когда кодовая группу из трех оснований иРНК (а, значит, и ДНК) определяет правильное расположение аминокислот в полипептидной цепочке белка. А проблема действия генов сводится к расшифровке закодированных в них сообщений.

Поэтому основной характеристикой живых систем является содержащаяся в них информация, которая обеспечивает все их физико-химические и биологические процессы. В силу этих обстоятельств, хотя материя и энергия являются основами жизни, но сами они не могут определить принципиальную разницу между живыми и неживыми системами. Не секрет, что эту разницу обуславливает только системная организация и беспрерывная циркуляция наследственной информации в живой системе. Здесь и следует искать все феномены жизни. Генетические сообщения обеспечивают и загружают в макромолекулы не только структурные, но и программные компоненты биоорганического вещества. Все эти процессы практически обеспечивают в живой системе феномен единства вещества, энергии и информации. Очевидно, что рассматриваемая триада компонентов выступает в роли универсального фактора, обеспечивающего все жизненные процессы и биологические свойства живой материи.

3. Различные подходы к информационным проблемам

Чем глубже ученые внедряются в детализацию физико-химических процессов, тем больше у них возникает сомнений в познаваемости живого. Учитывая сложно-зависимые физические, химические и иные процессы, протекающие в живой системе, многие исследователи и сегодня пессимистически относятся к реальности познания феномена жизни. И всем становится ясно, что молекулярные биологические науки зашли в мировоззренческий тупик. Между тем, уже давно известно, что наряду с вещественной и энергетической составляющими живой материи имеется ещё одна, не менее важная составляющая, - информационная, и только она в молекулярно-биологических процессах играет ведущую и организующую роль.

Наука показывает, что жизнь на нашей Земле существует, поддерживается и развивается благодаря наследственной информации. Поэтому живые организмы по своей сути не могут ни функционировать, ни существовать, ни развиваться только лишь на физико-химической основе [2]. Причем, как нельзя объяснить работу компьютера с помощью законов электротехники, точно так же нельзя понять и причины функционирования живых систем с помощью одних физико-химических закономерностей. Здесь нужен другой подход, который бы учитывал и информационную составляющую живого. В силу этих обстоятельств, несмотря на усилия многих естественных наук, до сих пор существует полный пробел в знаниях о главном, - о взаимосвязи между информацией, структурой и функцией в различных биологических процессах. Загадочной остаётся и главная проблема, - что такое молекулярная информация, и как она действует в биологической системе?

Игнорирование биологами информационной составляющей биологических систем до крайности тормозит изучение и исследование живой материи. Отсюда, как следствие, наблюдается мировоззренческое отставание и топтание на месте. По всей вероятности, это результат господствующего влияния культа физико-химического направления, традиционно доминирующего в молекулярной биологии. . Многие исследователи уже давно убеждены, что без информационной составляющей существование живого немыслимо.

Поэтому сейчас в Интернете можно найти различные теории и гипотезы существования информации живого: от синергической теории - до голографической; от лазерной, квантовой, волновой концепций и до обычной двоичной, шифруемой единицами и нулями. И неудивительно, что самой актуальной задачей в молекулярной биологии становится не только поиск переносчика информации, но и определение средств её хранения, обработки (перекодирования), передачи и реализации. Нынче все кому не лень пинают “священную корову генетики”, забывая о том, каким каторжным трудом были добыты крупицы молекулярно-биологических знаний. Забывают и о том, что главная молекула жизни - ДНК и молекулярные принципы реализации генетической информации на самом деле оказались намного проще, чем многие предлагаемые прожекты и гипотезы. Как мы видим, с концепциями информационного происхождения и существования живого в настоящее время происходит то же самое.

Новое информационное мировоззрение чрезвычайно трудно пробивает себе дорогу не из-за отсутствия идей и концепций, а, наоборот, из-за их великого разнообразия и количества. Несмотря “на совпадение во взглядах на информационную сущность живого у исследователей имеются принципиальные расхождения”. К примеру, я считаю, что все волновые, полевые, световые, акустические и иные проявления живой материи являются вторичными, хотя, безусловно, что они вполне могли бы служить переносчиками информации. Если бы в действительности очень слабые волновые, полевые, световые и другие проявления в живой системе были бы носителями генетической информации, то они фактически были бы заблокированы внешними земными и космическими источниками и полями и, в особенности, мощными источниками техногенного характера.

4. Дискретная молекулярная биохимическая логика и информатика

Достижения биохимии, генетики и молекулярной биологии в изучении живой материи, бесспорны. Однако под напором информационных идей, доказывающих свое право на существование, физико-химическое направление в естественных науках должно уступить сферу приоритета новому направлению - дискретной молекулярно-биологической информатике. Поэтому автор данной статьи придерживается классической точки зрения о том, 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 содержится не только описание алгоритмов структурного преобразования, но и сама программа функционального поведения белковых молекул. А далее, соответствующие ферменты, в свою очередь, автоматически строят и программируют структуру и функции других биологических макромолекул. Причем, по аналогии с ранее существующим типографским набором, живая клетка использует “россыпи молекулярного биологического шрифта” - отдельных биохимических букв или символов, и в автоматическом режиме группирует их в информационные передачи, - последовательности букв или символов молекулярной цепи. При этом каждый элемент (буква или символ) несёт свой элементарный химический и структурно-рельефный (стерический) сигнал, переносчиком которого является его боковая группа (или группы). Кроме того, каждый элемент может также иметь различное смысловое значение, которое зависит от его позиционной фиксации в молекулярной цепи [3].

Таким образом, для кодирования молекулярной биологической информации в живой клетке применяется позиционная система представления с фиксированными дискретными данными. Очевидно, что в молекулярных биологических системах используется дискретная форма представления информации и химический или стереохимический (пространственный) принцип её записи. Для дискретных сообщений характерно наличие фиксированного набора букв или символов, из которых формируются различные последовательности. А информационные сообщения (программы), транслированные на полипептидные цепи, “сами” обеспечивают построение ферментов и других клеточных белков, которые являются основой аппаратной части живых клеток. Таким длинным и сложным путём идёт физико-химическое (структурное) воплощение генетической информации в биологическую форму материи. Кроме того, автор полагает, что в качестве элементарных сигналов в живых клетках используются химические сигналы различных био-логических элементов - нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других типовых мономеров с переносчиком информации в виде их боковых атомных групп.

Отсюда следует, что элементарной единицей информации в биологической макромолекуле является любой биохимический элемент (мономер), входные и выходные цепи (функциональные группы) которого служат для фиксации элемента в молекулярной цепи. А боковая атомная группа (или группы) био-логического элемента как раз и является тем элементарным физико-химическим сигналом, с помощью которого осуществляется воплощение информации, то есть её кодовая форма записи! Вспомним: сообщение в цепи ДНК или РНК кодируется в виде последовательности нуклеотидов, а переносчиками генетической информации являются азотистые основания - “боковые” атомные группы нуклеотидов. Следовательно, и в полипептидной цепи белка это сообщение записывается в виде последовательности аминокислот, где элементарными переносчиками информации являются их боковые R-группы [4].

Поэтому важно подчеркнуть, что 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. Удивительно, что вся информация живого записывается с помощью одного и того же общего молекулярного алфавита - стандартного набора более чем трёх десятков химических букв и символов (типовых био-логических элементов). В состав этого универсального алфавита входят:

· 1) восемь нуклеотидов, - “четыре из них играют роль кодирующих букв ДНК, а другие четыре используются для записи информации в структуре РНК” [3];

· 2) двадцать различных стандартных аминокислот, которые служат для записи информации в полипептидные цепи белковых молекул;

· 3) несколько жирных кислот, - сравнительно небольшое число простых стандартных органических молекул, служащих для построения липидов и для записи в их структуру функциональной информации;

· 4) родоначальниками большинства полисахаридов является несколько простых сахаров (моносахаридов).

Все эти химические буквы и символы (био-логические элементы) были отобраны в процессе эволюции, вследствие их уникальной пригодности к выполнению различных - химических, энергетических, молекулярных, информационных и других биологических функций в живых клетках. Как мы видим, основой каждой системы являются свои индивидуальные молекулярные био-логические (биохимические) элементы. А на базе различных систем био-логических элементов, - молекулярных алфавитов, могут быть “сконструированы” разнообразные макромолекулы клетки - ДНК, РНК, белки, полисахариды и липиды.

Поэтому элементная база представляет собой те системы биохимических элементов, используя которые живая клетка способна информационным путём строить различные биологические макромолекулы, записывать в них информацию, а затем с помощью этих средств осуществлять любые биологические функции и химические превращения [3]. В связи с этим, запись и перекодирование информации осуществляется при помощи химических букв или символов (мономеров) 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. При этом закодированная последовательность букв или символов любого сообщения передаётся не однократно, а с многократным повторением, что ведёт к повышению помехоустойчивости информационной системы живой клетки (организма). Для дискретных сообщений характерно наличие фиксированного набора элементов (букв или символов) из которых формируются различные последовательности.

К примеру, информационные сообщения в данной статье кодируются с помощью 33 букв алфавита русского языка. При этом различные буквы соответствующим образом группируются на бумаге в слова, фразы и предложения. Общий алфавит живой формы материи также состоит из более 30 химических букв и символов, с помощью которых кодируется биологическая информация. Поэтому возможность построения различных биологических молекул из химических букв и символов общего алфавита живой формы материи также неисчерпаема, как и возможность составления различных слов и фраз при помощи букв алфавита русского языка.

Только при использовании общего алфавита у живой клетки появляется способность хранить, передавать, и преобразовывать информационные сообщения. 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 биомолекул;

· 4) возможность обработки сигнальной информации субстратных молекул и т. д.

Заметим, что информационные взаимодействия боковых радикалов и концевых групп аминокислотных остатков “линейной” цепи вызывают формирование особых трёхмерных образований с упорядоченной внутренней и внешней структурой.

Поэтому, к примеру, пространственный метод преобразования белка заключается в кодировании расположения полипептидной цепи в пространственной решетке. По такому принципу осуществляется пространственное кодирование белковых (как, впрочем, и других) молекул. Таким путём идёт формирование их структурных, информационных и функциональных молекулярных биологических средств [4].

Причем, каждое сообщение, при передаче информации в цепи белка передаётся своим кодом (кодовыми комбинациями аминокислот). Поэтому структура линейной кодовой посылки полипептидной цепи всегда содержит различные информационные сообщения. Очевидно, что информация в цепи имеет свою адресную, “операционную”, структурную и текстовую (информационную) части. Следовательно, различные информационные сообщения в полипептидных цепях могут быть представлены различными сигналами - молекулярными кодами и кодовыми комбинациями аминокислотных остатков.

В кодовых посылках структуры полипептидной цепи могут быть заключены:

· 1) адресные кодовые комбинации аминокислотных остатков, которые являются основой формирования адресных стереохимических кодов активного центра фермента (для коммуникативного взаимодействия с молекулами субстрата);

· 2) “операционная” кодовая комбинация аминокислот - служит основой формирования кода операции активного центра, указывающего характер химической реакции;

· 3) структурная часть кодовой комбинации аминокислотных остатков, которая кодирует построение и осуществляет программное обеспечение исполнительных органов и механизмов белковых молекул;

· 4) текстовая часть - кодирует и программирует средства информационной коммуникации белка с другими биомолекулами клетки (локальные или поверхностные рельефные микроматрицы) [4,5].

Поэтому биологические макромолекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их функциональное поведение в живых системах. Биологи до сих пор предпочитают говорить только о синтезе биополимерных цепей биологических молекул, забывая о том, что это, в первую очередь, - информационные сообщения, записанные химическим способом.

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. 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 [6]. Очевидно, что если живая клетка строит молекулярные цепи различных биомолекул с применением химических букв или символов, значит, она записывает в их структуру информацию. Вернее, даже наоборот - информационные сообщения, то есть фиксированная позиционная последовательность химических букв или символов и их состав в молекулярной цепи определяет структурную, а поэтому и функциональную организацию самой биомолекулы. То есть гены сами несут необходимую информацию о структурных и функциональных особенностях различных биологических молекул. Этот момент также является ключевым в молекулярной биологической информатике.

По сути дела, генетическая информация, во время трансляции, диктует программу построения ферментов и других белковых молекул живой клетки. А генетический код при этом служит тем ключом, с помощью которого информация, записанная в форме иРНК, переводится в информацию белковых молекул, то есть в совершенно другую молекулярную форму. Таким путём обеспечивается программирование структур и функций белков и ферментов. А далее, соответствующие ферменты, в свою очередь, строят и программируют структуру и функции других биологических молекул.

Сейчас акцент информационной сущности биомолекул сместился на уникальные свойства воды, которая является важной частью клеточной микросреды. Вода, - это в первую очередь, та молекулярная среда, которая является не только важной составляющей живого, но и тем физическим средством передачи сигналов, при помощи которых биологические молекулы обмениваются друг с другом информацией. Без воды организация живого так же немыслима, как и без наследственной информации. Точно так же, как мы свободно узнаём любую букву русского алфавита по её очертаниям, так и управляющая система живой клетки легко тестирует и узнаёт любой биохимический элемент по составу его функциональных и боковых атомных групп, их строению, форме и химическим свойствам.

Кроме отличительных химических свойств каждая буква или символ биологического алфавита обладает ещё и своим структурным и стерическим рельефом, который как бы дополняет его химическую информационную составляющую. Получается так, что если, к примеру, информация в структурном рельефе обыкновенного ключа является его основной характеристикой, то информация биохимических элементов состоит и слагается из разных составляющих - структурной и химической. А эти компоненты, как известно, играют ведущую роль при комплементарных - информационных взаимодействиях.

То есть, как структурная, так и физико-химическая составляющие каждого элемента являются его информационными параметрами. Иными словами, в основе представления молекулярной биологической информации лежит принцип эквивалентности структурно-химических и информационных компонентов. Это свойство можно назвать принципом тождественности вещества и информации. "Формула тождественности" говорит о том, что все биологические структуры и процессы можно рассматривать с двух точек зрения - или с физико-химической (вещественной), или же с информационной. Это как две стороны одной медали. Значит все био-логические элементы в живой системе, с одной стороны, могут играть роль строительных блоков, а с другой - кодирующих, программирующих и функциональных единиц молекулярной информации. То есть уже на этом уровне наглядно соблюдаются условия единства вещества и информации.

Потенциальная энергия в клетке представлена главным образом в форме химической энергии связей между атомами в молекулах органических соединений. А центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он, как известно, включает в себя реакции расщепления сахаров, жирных кислот, аминокислот и использования выделяемой энергии для синтеза химической энергии в виде АТФ. Иными словами, все биохимические элементы вносят свой существенный вклад и в энергетику живой клетки. Таким образом, следует, что "принцип триединства вещества, энергии и информации" в живой системе начинает осуществляться на элементарном уровне и поэтому распространяется на все биологические молекулы и структуры живой материи [7].

В живой клетке функционируют только трёхмерные биомолекулы и структуры, поэтому "одномерная" информация, записанная в "линейных" молекулярных цепях должна быть преобразована в трёхмерную стереохимическую информацию биологических молекул. Метод пространственного (стереохимического) кодирования основан на предварительном преобразовании линейной кодовой комбинации элементов цепей биомолекул в трёхмерную кодовую координатную организацию этих элементов и их боковых атомных групп в пространственной решетке.

Такая организация биомолекул не обладает сильной структурной жесткостью, а всегда достаточно лабильна в тех пределах, которые необходимы для выполнения их биологических функций. Причем, природа взаимодействий боковых атомных группировок, определяющих конформационные особенности и внутреннюю динамику макромолекулы, имеет химическую основу и носит информационный характер. Макромолекула как бы стабилизируется самосогласованным сжимающим информационным полем, обусловленным силами притяжения между мономерами (элементами).

Поэтому функциональное поведение макромолекулы, при взаимодействии её с молекулярными партнёрами, определяется свободной энергией и результатом информационного взаимодействия как внутренних, так и внешних составляющих её элементов. Динамическая реактивность макромолекулы связана с кооперативным изменением сил притяжения и отталкивания, поэтому свободная энергия взаимодействия элементов в составе макромолекулы и определяет её функциональное поведение. К примеру, линейная кодовая информация полипептидных цепей (как, впрочем, и других цепей биомолекул) всегда содержит конкретный алгоритм стереохимического преобразования белковых молекул.

В результате этих преобразований в структуре белковой молекулы формируются соответствующие молекулярные органы и исполнительные механизмы, а на локальных и поверхностных участках возникает такая пространственно-упорядоченная организация боковых атомных R-групп элементов, которая в живой системе играет роль стереохимических кодовых информационных сигналов. К таким сигналам, например, могут относиться: стереохимические команды управления активного центра фермента (адресный код и код химической операции); различные сигнальные и регуляторные кодовые компоненты, коммуникативные локальные и поверхностные кодовые биохимические матрицы (микроматрицы), служащие для информационного взаимодействия биомолекул с их молекулярными партнёрами и т. д. При этом, сама программа функционирования белковой молекулы коммутируется лабильными физико-химическими силами, связями и взаимодействиями между боковыми R-группами элементов (аминокислот) в составе её трёхмерной структуры.

Поэтому процесс описания конкретного функционального алгоритма белковой молекулы на языке "стереохимических кодовых команд" можно было бы назвать - "программированием в стереохимических кодах". И всё это стало возможным благодаря действующему в молекулярной биологии принципу единства вещества, энергии и информации. В результате преобразований каждый белок клетки получает своё индивидуальное функциональное, энергетическое и информационное обеспечение. Как мы видим, стереохимический принцип кодирования молекулярной биологической информации применяется живой природой для размещения в одной макромолекуле различных по своему назначению сигналов, сообщений, команд управления, а также органов и механизмов их реализации. Ясно, что для молекулярной биологической информатики здесь открывается большое поле деятельности [5].

5. Те же химические буквы и символы, которые служат для записи информации, в то же время становятся еще и строительными блоками, при помощи которых осуществляется конструирование живой материи

Самым поразительным и удивительным явлением в живой информационной системе является то, что одни и те же мономеры служат как для записи информации, так и для построения биологических макромолекул. Этот феномен используется только в живых системах и не еще не достигнут в технических устройствах. 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 в молекулярно-биологическом воплощении [6]. 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. 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 молекулярно-биологического воплощения! По сути дела наши материальные тела созданы из тех же вещественных носителей информации, которые были использованы для переноса наследственной информации. Информация в любой биомолекуле указывает её путь, функциональное поведение в клеточной среде, а значит, и всю её биологическую судьбу. После выполнения своих информационных функций любая биомолекула заменяется на другую, способную выполнить те функции, которые необходимы живой клетке в данное время и в данном месте.

Все эти процессы обеспечиваются энергией и информацией, а вещество биомолекулы (т. е. сами носители информации) выступает в качестве молекулярного механизма для выполнения тех или иных биологических функций. По такому удивительному сценарию живая клетка не только передает информацию, но и одновременно снабжает себя материально-энергетическими компонентами и механизмами. Биологи наблюдают только материальную часть этого процесса, не замечая главного - передачи программной наследственной информации.

Очевидно, что природа биоорганического вещества живой системы характеризуется двумя сторонами - материальной, которая достаточно хорошо изучена естественными науками и информационной, которая по своей сути представляет собой виртуальную часть живого. К сожалению, эта вторая и “таинственная” сторона живого вещества, по значению не уступающая первой - материальной, естественными науками оказалась незамеченной и поэтому практически неизученной. Удивительно, но информация, - это именно тот виртуальный посредник, который с самого начала зарождения жизни, связывает материальную часть нашего мира с нематериальной его частью.

Особенно заметно это проявляется при рассмотрении живой материи. И, действительно, обратим внимание на то, что живая природа здесь пошла по пути использования, как самой информации, так и средств её молекулярных носителей. То есть она пошла по пути связывания друг с другом материальных, энергетических и виртуальных компонентов (программ, данных, команд). Причем, долевое участие каждого из этих составляющих в системную организацию живого велико и практически немыслимо без каждого из них.

Следовательно, назначение клеточного вещества не исчерпывается уже изученными физико-химическими процессами, потому что, оно подчинено еще и законам молекулярной биохимической логики и информатики. Поэтому молекулярная информация существенно отличается от общепринятого нами понятия информации, во-первых, необыкновенным “сращиванием (слиянием)” её со своим молекулярным носителем и, во-вторых, она отличается своим чисто биологическим назначением и применением. Ясно, что используется она только в мире живых систем.

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). 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. Как мы видим, живая природа пошла по пути использования, как самой информации, так и средств её молекулярных носителей. Посредством оперативной памяти иРНК, молекулярного алфавита и соответствующих аппаратно-программных средств (трансляции) информация загружается в структуру белковых молекул, где она диктует биомолекулам не только структурное содержание, но и правила их поведения.

Таким образом, циркуляция информации в клетке определяет не только структурную, но и программную часть всех компонентов клетки. Кроме того, заметим, что движение информационных сообщений в живой клетке никогда не может осуществляться без движения их молекулярных носителей. Этот факт, по-видимому, и является первопричиной, побуждающей клетку строить свои вещественные отношения таким образом, чтобы движения информации всегда были бы обеспечены вещественными носителями! Напрашиваются и другие “еретические” мысли и обобщения. Например, следует закономерный вывод о том, что все универсальные свойства, приписываемые сегодня биологической форме движения 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.

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 наследственной информации. 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 [6].

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 компонентов (программ, данных, кодовых сигналов и т. д.) [8]. 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 проявлениям, которые особенно ярко проявляются у людей.