ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория информации и биология из "Молекулярная биофизика" Стационарное состояние неустойчиво в случае автокатали-тической реакции. Показано, что такие нестабильности лежат в основе роста и эволюции. Пригожин и его сотрудники установили, что сочетание автокаталитических реакций и процессов транспорта может привести в условиях, далеких от равновесия, к образованию упорядоченных диссипативных структур, определяемых диссипацией энергии, а не консервативными молекулярными силами [21, 26]. Эйген построил на этой основе молекулярную теорию самоорганизации биополимеров, их естественного отбора и эволюции [13]. [c.29] Феноменологическое рассмотрение живых систем, естественно, пользуется понятиями теории информации. Существование и развитие клетки и организма, являющихся открытыми и саморегулируемыми системами, требует генерации и передачи информации по каналам прямой и обратной связи. [c.29] Теория связи применяет количественную меру уже имеющейся информации, т. е. меру количества сведений, содержащихся в некотором сообщении. Такая теория исследует способы кодирования сообщения, использования избыточности (см. далее), оптимизации, преодоления шумов и т. д. [c.29] Единицей информации служит один бит, отвечающ,ий одному выбору из двух равновероятных возможностей (т. е. Яо = 2). При бросании кости / = log2 6 = 2,585 бит. [c.30] Принятое определение информации соответствует двоичной системе исчисления, в которой любое число записывается в виде степеней числа 2 посредством цифр О и 1. Одна десятичная единица дает 3,32 бит, т. е. двоичная запись числа требует в среднем в 3,32 раза больше цифр, чем десятичная. [c.30] Если исходные события не равновероятны и распределение вероятностей задано, то количество информации при выборе ОДНОГО или нескольких событий меньше, чем в случае равновероятности. Задание распределения вероятностей означает наличие некоторой предварительной информации о получаемом сообщении. Эта предварительная информация вычитается из получаемой. [c.30] В действительности настоящий языковый текст содержит меньшее количество информации, так как в нем имеются добавочные ограничения. Вероятности последовательного появления букв взаимосвязаны — они образуют цепь Маркова, т. е. вероятность появления данной буквы зависит от того, какие буквы ей предшествовали. Так, в русском языке появление гласной вслед за гласной гораздо менее вероятно, чем после согласной. Любая корреляция событий уменьшает количество информации, содержащееся в сообщении о них. [c.31] Полученное выражение совпадает с формулой Шеннона. Один бит информации эквивалентен 1п2, т. е. 10 эрг-град — весьма малой величине. [c.32] В таком определении нет ничего субъективного. Получение информации о физической системе требует реальных физических воздействий на нее. Нельзя получить информацию о событиях в адиабатически изолированной системе. Любой опыт, дающий информацию о некоторой системе, приводит к увеличению энтропии системы или ее окружения, причем, в соответствии со вторым началом, это увеличение энтропии всегда превышает количество полученной информации. Информация оплачивается энтропией, так как наблюдение связано с увеличением энтропии, с необратимым процессом. [c.32] Анализируя второе начало термодинамики, Максвелл предложил фантастический мысленный опыт. Представим себе сосуд с газом, разделенный на две части перегородкой с дверцей. Дверцей управляет демон , находящийся в одной половине сосуда. Он пропускает в свою половину быстрые молекулы и выпускает из нее медленные. В результате возникает разность температур между двумя половинами сосуда, что противоречит второму началу термодинамики, так как демон не затрачивает никакой энергии. [c.33] Бриллюэн рассмотрел этот парадокс с позиций теории информации [28]. Для того чтобы увидеть молекулу, демон должен ее осветить, т. е. располагать источником излучения, не находящимся в равновесии с окружающей средой. Такой источник имеет меньшую энтропию, чем среда, т. е. обладает негэн-тропией, которую демон превращает в информацию. Полученная информация используется для понижения энтропии газа, т. е. для увеличения негэнтропии. Расчет полного изменения энтропии показывает, что энтропия системы в целом (газ и источник света) не уменьшится, а возрастет, и, следовательно, второе начало справедливо. [c.33] Как уже говорилось (стр. 16), Эльзассер утверждал, что развитие многоклеточного организма из зиготы несовместимо с законами физики. Он считал возрастание запаса информации при морфогенезе, при росте организма, биотонным . Эти представления об эпигенезе в развитии противостоят концепции преформизма, согласно которой вся информация о будущем организме уже заключена в зиготе. [c.33] Оценить количество информации, содержащееся в клетке и в организме, трудно. Можно считать, что информация (т. е. упорядоченность), обеспечивающая биологическую функциональность, полностью определяется атомной структурой [29, 30]. Данков и Кастлер оценили количество информации, требуемое для отбора одного атома из всего набора атомов в клетке и задания его положения с точностью, определяемой тепловыми колебаниями при температуре тела [30]. По их оценке на один атом приходится 24,5 бит, на одну клетку Е8кег1сЫа соИ — порядка 10 бит, на одну зиготу млекопитающего — порядка 10 бит, на человеческий организм — порядка 10 бит (т. е. [c.33] Информация в организме передается молекулами и ионами, она имеет химическую природу. Рецепция информации сводится к узнаванию молекул молекулами, она определяется их взаимодействиями. Именно в таком смысле организм есть химическая машина, и в этом его отличие от роботов , созданных руками человека. В современных кибернетических устройствах сигналы имеют электрическую или магнитную природу, в организме сигналами служат молекулы. [c.35] Кастлер ввел в рассмотрение молекулярной информации принцип сигнатуры [29]. Взаимодействие молекул означает пе редачу информации. При этом обычно передается не вся инфор мация, содержащаяся в молекуле, но лишь некоторая ее часть именуемая сигнатурой. Сигнатурой молекулы служат те ее осо бенности, благодаря которым она участвует в данной реакции Понятия однозначности и многозначности молекулярных сигна тур, надежности их действия имеют реальный физический смысл. [c.35] Всякая передача информации не идеальна — в ходе передачи происходит частичное разрушение информации вследствие помех или ошибок. Такие помехи или ошибки называются шумами. Рассмотрим передачу генетической информации (см. [36]). [c.35] Вернуться к основной статье