Моделювання інформаційних систем прояснює питання появи життя на Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет будівництва і архітектури

МОДЕЛЮВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ ПРОЯСНЮЄ ПИТАННЯ ПОЯВИ ЖИТТЯ НА ЗЕМЛІ

Вишняков Володимир Михайлович

канд. техн. наук, доцент,

доцент кафедри кібербезбеки

та комп'ютерної інженерії

Анотація

клітина модель інформаційний система

У статті на основі логічної моделі інформаційних системи класифіковано живі клітини за рівнем складності відповідно до кількості інформації, якою вони володіють і побудовано модель передавання інформації від дочірніх клітин до батьківських. Показано, що у батьківській клітині повинно бути не менше інформації ніж у дочірній. Доведено неможливість побудови клітин вищих рівнів клітинами нижчих рівнів. Проаналізовано виробництво інформаційної та матеріальної продукції і показано, що матеріалом для інформаційної продукції не може бути матерія чи енергія. Аналіз експериментальних досліджень властивостей живих клітин довів, що життя не може утворюватись само по собі з неживої матерії, а було занесено на Землю з космосу.

Ключові слова: поява життя на Землі, інформаційна система, технологічна інформація, створення інформації, живі інформаційні системи.

Виклад основного матеріалу

Мета цієї статті полягає у з'ясуванні умов та можливих варіантів появи життя на Землі. Оскільки життя являє собою інформаційну систему, то для дослідження обрано логічну модель такої системи. Розглянуто рівні володіння інформацією у цих системах та процеси утворення, передавання та закладання інформації.

Термін інформація будемо сприймати як знання, що відповідає стандарту ISO/IEC 2382:2015.

Логічна модель інформаційної системи. Оскільки загально прийнято, що життя є інформаційною системою, то для дослідження його можливостей обрано логічну модель, яку запропоновано у роботі [1]. Ця модель представлена у табл. 1, де описані фундаментальні властивості всіх інформаційних систем незалежно від їх походження.

Таблиця 1

Мінімально необхідні властивості інформаційної системи

Важливою особливістю таких систем є те, що вся без винятку інформація, яка обробляється процесором, представлена у двійковому коді, який описується послідовністю одиниць і нулів. При цьому існує чітке розділення блоків зберігання та обробки інформації. Вчені на момент розробки цих систем ще не знали, що їх блок-схема з абсолютною точністю відповідає живій клітині. Це стало очевидним після серії експериментів із зиготою та іншими клітинами, що здатні до самостійного розмноження.

По-перше, фахівці з клонування тварин та генної інженерії освоїли заміну і модифікацію молекули ДНК в зиготі. За допомогою цього практично вдалося довести, що молекула ДНК є носієм інформації про всі ознаки організму.

По-друге, структура молекули ДНК являє собою послідовність з чотирьох варіантів нуклеотидів, які в двійковому коді можна описати як 00, 01, 10 і 11, що вказує на представлення інформації в двійковому коді.

По-третє, молекула ДНК може бути тимчасово вилучена з клітини для модифікації або заміни подібною молекулою з іншого організму. Це свідчить про те, що механізми обробки інформації в клітині відокремлені від носія інформації так само, як блок зберігання інформації відокремлений від блоку обробки.

По-четверте, в структурі клітини є рецептори, які є чутливими елементами, а також виконуючі органи, оскільки кожна клітина виконує певні дії.

За всіма перерахованими ознаками жива клітина повністю відповідає моделі інформаційної системи, що є експериментальним доведенням того, що живі системи можна вважати інформаційними.

Спотворюючі фактори в штучних системах не вважаються чимось корисним, але в живих системах вони є однією з причин еволюції живих істот. Еволюцією вважається вдосконалення в результаті змін генетичного коду. Все матеріальне, включаючи комп'ютерну пам'ять і ДНК, піддається випадковим змінам. З ними борються, як в комп'ютерних системах, так і в живих клітинах, але завжди залишається деяка ймовірність спотворень інформації. Для того, щоб ці випадкові спотворення можна було використовувати для покращення видів організмів, необхідно мати значний обсяг надлишкової інформації та відкидати невдалі результати за методом спроб і помилок. Цей підхід поки що не використовують для розвитку програмного забезпечення в комп'ютерних системах.

Поява перших живих клітин на Землі. У роботі [3] описано результат експериментального пошуку мінімального набору генів живої клітини, яка здатна розмножуватись, а саме вказано таке: "Craig Venter створив синтетичну клітину, яка містить найменший геном з усіх відомих незалежних організмів. Функціонуючи з 473 генами, клітина є важливою віхою в 20-річних пошуках його команди, щоб звести життя до його найнеобхіднішого і, як наслідок, створити життя з нуля". Кінець цитування. Слід зауважити, що це описане створення відбувалось не з хімічних елементів, а з живої бактерії, у яку було вмонтовано синтезовану молекулу ДНК. Остаточно у мінімізованій молекулі ДНК залишилось 531 000 нуклеотидів і налічувалось 473 гени, з яких 149 виконували якусь незрозумілу функцію. Серед цих 149 генів було багато таких, які зустрічались у інших істотах, а також у людей. Ще слід додати, що були видалені гени, що відповідальні за синтез речовин, які потрібні для харчування клітини. Ці речовини було додано у середовище, де розмножувалась клітина. її поділ відбувався орієнтовно кожні 3 години.

Отриманий результат цього експерименту свідчить про те, що у нашому житті, яке побудовано на носії інформації у вигляді молекули ДНК, існує мінімальний геном. Цей геном у двійковому вимірі налічує близько одного мільйону бітів. Будь-які спроби зменшити цей геном призводять до втрати здатності клітин до розмноження, що означає загибель життя.

Цей результат не залишає шансів на успіх гіпотезам про спонтанне виникнення життя на Землі шляхом випадкового поєднання речовин. Суть в тому, що молекула ДНК є основним носієм інформації у всіх без винятку клітинах, що розмножуються, починаючи з найдавніших мікробів. Навіть якщо припустити, що молекула ДНК правильної структури могла утворитися випадково, то це не буде означати появу життя. Сама молекула ДНК не здатна виконувати жодних дій, оскільки містить лише команди, які жива клітина розпізнає та виконує. Іншими словами, для появи життя необхідно, щоб одночасно з молекулою ДНК, де записані команди, з'явилася клітина, яка має органи для розпізнавання і виконання цих команд. Те, що в [3] називається синтетичною клітиною, обмежується лише синтезом молекули ДНК. Синтез всієї живої клітини в цілому поки невідомий, але люди, які накопичили інформацію про будову і функціонування клітин, можливо, коли-небудь досягнуть успіху у цьому, але це не буде означати самозародження життя. Тому найімовірніше, що життя прилетіло на Землю з космосу, бо клітини в космосі перебувають в стані анабіозу і успішно оживають у сприятливих умовах. З історії планети Земля відомо, що її вік з точністю до 1% становить 4540 мільйонів років, а бактерії з'явилися на Землі 3700 мільйонів років тому. За ці 840 мільйонів років Земля перетворилася з гарячого безводного космічного тіла на планету, населену бактеріями. Відомо, що 75-80% маси бактерій становить вода. Поява води на Землі стала результатом падіння астероїдів і комет [4]. З цих космічних тіл перші бактерії могли потрапити на Землю. Проти випадкового утворення бактерій на Землі свідчить те, що синтез довгих молекул ДНК здійснюється на твердому носії, оскільки ці молекули швидко розпадаються у воді. Тому вода не може бути середовищем для синтезу довгих молекул ДНК, а структура клітини, яка повинна бути отримана в тому ж місці і в той же час, на 75-80% складається з води.

Завдяки чисельним експериментальним підтвердженням можна вважати доведеним, що життя є інформаційною системою, яка не могла сама по собі утворитись на Землі. Це означає, що перші живі клітини потрапили на Землю з космосу в результаті падіння комет або астероїдів.

Призначення та створення технологічної інформації. На прикладі творчої діяльності людей можна проаналізувати роль і місце технологічної інформації. Загальновідомо, що створення будь-якого продукту включає три складові:

- матеріал (сировина або деталі);

- технологічна інформація у вигляді послідовності інструкцій або команд, які у сукупності є знаннями про те, як створити виріб з матеріалу;

- виконавці, які виконують ці вказівки чи команди.

Інструменти та технологічне обладнання ми розглядаємо як доповнення до виконавців, не виділяючи їх у окрему складову.

Термін «технологічна інформація» було введено через те, що термін «технологія» постійно змінюється в процесі вдосконалення [5]. Він був відомий з 17 століття і означав «знання про те, як робити речі», але зараз термін «технологія» має на увазі ще й технологічне обладнання. Також існує багато тлумачень цього терміну в різних галузях знань.

У разі виробництва інформаційної продукції матеріалом може бути лише інформація. Наприклад, при виконанні обчислень на калькуляторі введення числа можна розглядати як подачу матеріалу, а натискання клавіш як команди. Калькулятор являє собою інформаційну систему з чутливими органами у вигляді клавіш і виконавчим механізмом у вигляді екрана. Людина, яка вміє рахувати, може в деяких випадках успішно обійтися без калькулятора. Справа в тому, що люди є інформаційними системами, які володіють неосяжною кількістю інформації та незліченними можливостями її обробки. Використовуючи метод спроб та помилок люди постійно добувають, створюють та накопичують інформацію.

Важливо відзначити, що якщо матеріал інформаційний, то і продукція буде інформаційною. Не існує виробництва, яке б виробляло матерію або енергію з інформації. У свою чергу, все матеріальне виробляється тільки з матеріального. Не буває такого, щоб інформаційне вироблялося з матеріального.

До появи верстатів з програмним керуванням виконавцями завжди були лише люди. Ремісники могли зберігати всю технологічну інформацію в своїх головах. З розвитком виробництва технологічну інформацію почали фіксувати у кресленнях та на різних інших носіях. Роботизація вимагала перетворення технологічної інформації в комп'ютерні команди, що у всіх випадках виявилося можливим. Така можливість свідчить про властивість інформації, яка принципово відрізняє її від матеріального, оскільки ні матерія, ні енергія не можуть бути перетворені в комп'ютерні команди. Виробництво складних виробів без технологічної інформації, яку готують дизайнери, є невідомим і уявляється неможливим. Це свідчить про те, що виробництво живих клітин неможливе без проекту, оскільки вони безумовно є надскладними. Більш того, будь яке виробництво неможливе без технологічної інформації. Навіть якщо людині здається, що вона може щось зробити без технологічною інформації, то слід нагадати, що ця інформація обов'язково присутня у її думках. Технологічна інформація не потрапляє у виріб, бо вона є лише вказівками на дії, які треба виконувати під час виробництва. У разі виробництва інформаційних систем, крім створення їх матеріальної структури, в них закладається інформація. Хоч інформація завжди перебуває на матеріальному носії, але її виробництво здійснюється окремими фахівцями. Будь-який комп'ютер без інформації являє собою "мертве залізо". Вигаданий вченими розподіл на технічне і програмне забезпечення, як стало відомо, існує у кожній живій клітині. У молекулі ДНК є технологічна інформація щодо створення усіх компонентів, з яких складається клітина. Механізми клітини є виконавцями послідовності дій, що закодовані у молекулі ДНК. Коли у клітині буде вироблено надмірну (не менш, ніж удвічі) кількість її компонентів, вона стає готовою до мітозу (розподілу).

Таким чином, аналіз виробничого процесу доводить неможливість отримання матеріального продукту з інформації, а також інформації з матеріальної сировини. Технологічна інформація, необхідна для забезпечення вибору певних дій у процесі виробництва. Вона створюється дизайнерами. Для виробництва технологічної та іншої інформації, крім людей, можуть бути задіяні інші інформаційні системи, наприклад, штучний інтелект. Технологічну і будь - яку іншу інформацію можуть виробляти лише інформаційні системи, у яких закладена послідовність команд для цього вироблення. Оскільки життя є постійно діючою системою виробництва інформаційних систем, то на нього повинні розповсюджуватись фундаментальні закони виробництва.

Найімовірніші етапи розвитку життя на Землі. Поява бактерій і процеси їх життєдіяльності на Землі сприяли створенню умов для життя більш складних організмів. Як тільки створилися відповідні умови для цих організмів, подібно до занесення бактерій, заносяться інші більш складні організми. На все це потрібен час, тому що поки не з'являться потрібні умови, більш складні організми, будучі занесеними на Землю, не зможуть вижити. Як на Землі з'являються розумні організми, що здатні до самонавчання і саморозвитку, ми, швидше за все, зможемо побачити на прикладі міжпланетних мандрівок людей. Відомо, що Ілон Маск вже готує ракети для місії на Марс. Важко сказати, на що взагалі здатен розум, оскільки його можливості уявляються безмежними.

Висновки

За допомогою логічної моделі інформаційних систем показано, що батьківські живі клітини не можуть володіти меншою кількістю інформації за дочірні на момент їх створення.

Завдяки аналізу результатів біологічних експериментів на живих клітинах та відомостей з історії розвитку Землі доведено, що життя не могло зародитись на Землі само по собі, а було занесено на Землю з космосу.

Проаналізовано роль технологічної інформації у процесі виробництва та доведено, що інформацію можуть виробляти лише інформаційні системи, у яких закладена послідовність інструкцій або команд для цього вироблення. Через те, що життя являє собою систему виробництва інформаційних систем, то на нього повинні розповсюджуватись фундаментальні закони виробництва.

На засадах проведеного дослідження наведено припущення щодо найбільш ймовірних етапів розвитку життя на Землі.

Список використаних джерел

1. Вишняков, В. (2023). Принципи розвитку інформаційних систем. Grail of Science, (27), 347-353. https://doi.org/!0.36074/grail-of-science.12.05.2023.054.

2. Вишняков, В. (2023). Штучні інформаційні системи допомагають розкриттю таємниць життя. Grail of Science, (24), 351-363. https://doi.org/10.36074/grail-of-science.17.02.2023.064.

3. Ewen Gallaway and Nature magazine (2016). Scientists Synthesize Bacteria with Smallest Genome Yet, Scientific American, March 25, 2016.

4. https://www.scientificamerican.com/article/scientists-synthesize-bacteria-with-smallestgenome-yet.

5. Nola Taylor Redd (2019). Where did Earth's water come from? Astronomy https://www.astronomy.com/science/where-did-earths-water-come-from/.

6. Jean - Jacques Salomon (2008). What is technology? The issue of its origins and definitions. Centre Science, Technolog, Vol. 1, pp. 113-156, Published online: 30 Jun 2008 https://doi.org/!0.1080/07341518408581618.

Размещено на Allbest.ru