Вопросы и задания для самоконтроля

Контрольные вопросы

• 9.1. Что такое информация?
• 9.2. Какими основными свойствами обладает информация?
• 9.3. Как возникает новая информация?
• 9.4. Почему в сложных динамических системах, функционирующих в условиях ограниченных ресурсов, возникает оперативная и консервативная часть системы для работы с информацией?
• 9.5. Какие основные элементы лежат в основе современной биологической картины мира?
• 9.6. Чем живое отличается от неживого?
• 9.7. Есть ли взаимосвязь между генами и эволюцией живых систем? Если есть, то в чем она проявляется?

Кейсы

Кейс 9.1.

Критическая оценка гипотез возникновения жизни Выше мы приводили пять основных теорий, объясняющих происхождение жизни: креационизм;

теория стационарного состояния; теория панспермии;

теория самопроизвольного зарождения; теория биохимической революции.

Задание. Какая из этих гипотез возникновения живого является наиболее вероятной с вашей точки зрения? Свой выбор обоснуйте.

Кейс 9.2.

Рецепция и генерация новой информации.

Генерация информации — это создание новой информации.

Новая информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных. Это определение принадлежит английскому биологу Г. Кастлсру.

Здесь следует сделать одно замечание. Словом «выбор» обозначают как процесс, так и результат этого процесса. В определении Г. Кастлера «выбор» понимается как результат процесса, но не как сам процесс.

Мы уже обсуждали выше, что в этом определении под словом «выбор» понимается случайное действие. Это значит, что новая информация запомнена случайно. Ее нельзя предсказать заранее.

«Выбор» противопоставляется «отбору», при котором происходит рецепция (восприятие) информации. Например, мы привезли в незнакомый город набор товаров и не знаем, что у нас будут покупать. В ходе торговли мы видим, какие товары пользуются спросом, а какие нет. Запомнив, что происходило на рынке, получим новую информацию. Если, имея эту информацию, мы через некоторое время вернемся сюда с тем набором, который пользовался успехом в прошлый раз, то результаты торгов сможем предвидеть заранее.

Слова «возможных и равноправных» (вариантов) обозначают, что варианты выбора принадлежат одному множеству и не сильно отличаются друг от друга.

Такая трактовка «новой информации» позволяет понять такие сложные явления, как возникновение жизни и механизмы мышления с естественнонаучной точки зрения. То есть создать связь между естественнонаучным и гуманитарным знанием.

Как уже было сказано выше, генерация информации была бы лишена смысла (целесообразности) без се рецепции — восприятия информации. Рсцсптирусмая информация может иметь или не иметь ценность. Представление о ценности информации — эго одни из важнейших параметров, характеризующих информацию. Ценность информации зависит от того, с какой целью мы собираемся ее использовать.

Для определения ценности информации V пользуются формулой (9.1).

откуда следует, что ценность информации зависит от соотношения вероятности достижения цели после получения информации (Р) и вероятности достижения цели до получения информации (р). То есть по сути р характеризует нашу предварительную осведомленность (компетентность), называемую тезаурусомК

Если после получения информации мы достигли нужной цели, то вероятность Р= 1 и ценность этой информации будет максимальной:

т.е. будет совпадать с максимальным количеством информации в данном множестве (п = 1 /р), где п — число равновероятных исходов.

Количество информации, имеющей нулевую ценность, как правило, не мало по сравнению с количеством информации, имеющей хоть какую-то ценность (положительную или отрицательную). Информация с нулевой ценностью — это есть нс что иное, как шум. И очень часто он не дает обнаружить ценную для нас информацию. Но го, что для одних воспринимается шумом, для других может быть ценной информацией, если у них другая цель. Эго значит, что ценность информации — это субъективный параметр.

Существует ли информация, которая ни для кого и никогда не может стать ценной? Нет, так как, даже если она таковой кажется, она может оказаться ценной для тех, кто пытается понять, как такая информация могла появиться. А очень часто мы думаем, что та или иная информация бессмысленна из-за того, что собирающиеся ею пользоваться имеют недостаточный тезаурус. Иначе говоря, они недостаточно образованны.

Для информатики, основанной на математической теории связи, как таковая ценность информации не важна. Однако это становится важными, когда мы пытаемся^[1]

решать задачи динамической теории информации в сложных развивающихся системах, например в рамках биологической эволюции. Особый интерес представляет ситуация, когда ценность информации задана не извне, а самой системой: когда цели спонтанно возникают в системе, то она сама определяет, какая информация является ценной для этих целей.

Рассмотрим такой пример. Пусть есть некий добротный учебник по молекулярной биологии. Мы хотим понять его ценность. Но для разных людей она будет разной. Для школьников, только начавших изучение биологии, этот учебник будет иметь нулевую ценность, так как подавляющая часть его содержания им будет просто непонятна: их уровень тезауруса слишком мал. Для специалиста, но молекулярной биологии ценность этой книги тоже нулевая, но уже потому, что он слишком много знает и в книге нет для него интересной информации. Максимальной ценностью информация, содержащаяся в книге, будет обладать для студентов того курса, которым книга предназначена.

В результате мы получили некоторую пирамиду. Информацию может получить любой на любом уровне пирамиды, но лишь для тех, кто обладает необходимым тезаурусом для извлечения из нее ценной информации, она представляет интерес. В нашем случае это студенты.

Но зато ученый не только знает учебник, но и может ставить вопросы, ответы на которые в учебниках отсутствуют. Из разных источников он получает большое количество разной информации, которая относится к другим задачам. При достаточном тезаурусе ученый может рецептировать эту информацию и па ее основе выделить возможные пути решения, двигаясь по которым можно получить новую информацию. То есть генерировать ценную информацию для своего и более низких уровней. Это значит, что рецепция и генерация информации тесно связаны друг с другом.

Информация может существовать только в зафиксированном (запомненном) виде. При этом способов ее фиксации может быть много. Например, информацию можно зафиксировать на разных языках. Способ записи есть условная информация, а собственно информация — это безусловная информация. Выбор варианта фиксации информации производится случайным образом, и закодированная информация будет тем ценнее, чем больше людей, способных пользоваться данным кодом — языком.

Например, генетическая информация записана с помощью весьма жесткого и закрытого языка. Словарь этого языка не допускает изменений, ибо любые такие изменения несут смерть для носителя информации. В отличие от большого количества языков, на которых говорят люди, генетический код един. Он един по структуре и для человека, и для растений.

Информация о реальных событиях — это безусловная информация. Она не требует согласования и может рецептироваться информационной системой даже без участия человека. Она не возникает случайно, ибо рецептируется из окружающей действительности.

Для пояснения приведем пример. Например, один геолог открыл месторождение — это безусловная информация. А другой геолог, начальник первого, ничего не открывал, но придумал для месторождения звонкое название — это генерация условной информации, хотя месторождение теперь ассоциируется с названием, придуманным другим человеком.

В сообщениях, содержащих как условную, так и безусловную информацию, их трудно разделить. Так как условная информация для повышения своей ценности и эффективности стремится к унификации. Унификация условной информации часто делает ее для восприятия безусловной.

Научное творчество в области естественных наук содержит два необходимых элемента: рецепцию безусловной информации из природы и генерацию условной (теоретической) информации. Успех зависит от того, в какой мере выбранный алгоритм описания уже принят в научном сообществе, т. е. от тезауруса этого сообщества.

В математике часто возникает вопрос: доказательство теоремы — это новая информация или нет? С одной стороны, доказательство теорем считается примером творчества (т.е. как генерация информации). С другой стороны, теорема — это выводное знание из аксиом и определений теории, в рамках которой и происходит доказательство теоремы, т. е. это рецепция (восприятие) информации, так как доказательство теоремы строится на принятых в данной области определениях и аксиомах. Есть мнение, что в доказательстве теорем есть элемент творчества, связанный с выбором пути доказательства. Выбор наиболее простого и доступного пути есть процесс генерации ценной информации.

Задание. Каково ваше мнение относительно ситуации с доказательством теорем: есть ли в нем элементы генерации нового знания или нет?

Как вы думаете, можно ли предсказать новое научное знание, его конкретное содержание?

Два студента, физик и экономист, изучают один и тот же учебник по философии. Будут ли они по окончании изучения обладать одинаковым ценным знанием, почерпнутым из этого учебника?

Кейс 9.3.

«Редактирование генома: за и против».

На портале polit.ru 19 марта 2015 г. была помещена статья Александры Брутер «Редактирование генома: за и против». Приведем ее содержание кратко.

Пожелавшие остаться неизвестными ученые рассказали сотрудникам новостного отдела журнала Nature, что некоторые научные журналы, которые также пожелали остаться неизвестными, рассматривают в данный момент возможность публикации работ о редактировании генома человеческих эмбрионов.

Эта тема вообще довольно острая и последнее время часто обсуждается. Как водится, сколько ученых — столько и мнений. И, разумеется, свое мнение по вопросу имеют не только ученые. Ажиотаж вызван тем, что появилась возможность. А вот понимания, стоит ли пользоваться этой возможностью, и если да, то как именно, как часто и для чего, — не появилось. Па сегодняшний день в странах, где у ученых есть такая техническая возможность, регулирующие органы чаще запрещают подобные эксперименты. Из 22 западноевропейских стран манипуляции с геномом человеческих эмбрионов запрещены в 15…

Само, но себе редактирование геномов не является чем-то неслыханным. Но до сих пор с практическими целями редактировали только геномы человеческих соматических клеток…

На сегодняшний день разработаны два принципиально разных метода редактирования геномов. Один создан раньше, зато другой лучше.

Сначала были придуманы генноинженерные нуклеазы. В природе многие клеточные процессы требуют взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами. В частности, вся регуляция транскрипции (то есть активности генов) основана на том, что специальные белки взаимодействуют со строго определенными последовательностями ДНК. Обычно за взаимодействие с ДНК в белках отвечают домены, называемые за форму и потребность в атомах цинка для стабилизации структуры «цинковыми пальцами». Поскольку в природе их великое множество, ученым не составило труда научиться конструировать белки, узнающие любую нужную им последовательность ДНК. Объединив домен, ответственный за узнавание ДНК, с доменом, умеющим разрезать ДНК, ученые получили фермент, способный разрезать ДНК в заранее указанном месте.

Болес новая технология редактирования генома, использованная впервые с этой целью в 2013 году… Эта система тоже позаимствована у природы, а точнее у бактерий. У них она работает чем-то вроде приобретенного противофагового (противовирусного) иммунитета. Встретившись с вирусом один раз, бактерия оставляет в своем геноме фрагменты вирусного. С этих фрагментов может синтезироваться РНК с нужными сигнальными последовательностями. Если тот же вирус снова попадет в бактериальную клетку, синтезированная бактерией РНК провзаимодействует с вирусным геномом по принципу комплементарности, а специальный бактериальный фермент Cas9 умеет разрезать такие взаимодействующие структуры. Если доставить в клетку генетическую конструкцию, кодирующую РНК, комплементарную гену, который нужно исправить, фермент Cas9 и исправленную копию гена, дальше они справляются сами. Этот метод эффективен, прост в использовании, и, скорее всего, именно он высек искру, из которой разгорелось пламя революции в области редактирования геномов.

Прежде чем задаваться вопросом, можно ли редактировать геномы человеческих эмбрионов, надо задуматься, нужно ли это.

На самом деле, потребность в таком редактировании возникает на сегодняшний день редко. Если речь идет о том, чтобы не допустить рождения у пары ребенка с генетическим заболеванием, чаще всего, достаточно оплодотворения in vitro и последующей селекции эмбрионов. Имплантировать матери будут только те эмбрионы, которые нс несут мутации. Возможно, если бы редактирование генома было единственным методом избежать рождения ребенка с болезнью, его разрешили бы быстрее.

Все остальные соображения «против» делятся на соображения безопасности и соображения этичности.

Сложно гарантировать, что коррекция генома успеет произойти до момента деления оплодотворенной яйцеклетки (хотя система CRISPR/Cas9 в этом смысле надежнее цинковых пальцев), а если коррекция будет происходить после, то часть клеток может сохранить старый генотип, а часть приобрести новый. Узнать это до рождения ребенка не выйдет, отдаленные последствия этого неизвестны. Возможный мутагенный эффект должен изучаться отдельно, в экспериментах на животных.

Соображения «против» этического плана также довольно сильны. Многим кажется недопустимым, чтобы родители заранее заказывали цвет глаз и свойства характера своих будущих детей.

На сегодняшний день складывается такая картина: редактирование генома человеческих эмбрионов в большинстве стран запрещено, но и нс нужно. Возможно, когда мы накопим больше знаний о роли генетики в некоторых заболеваниях, в которых она сегодня не очевидна, и заодно появится больше доказательств безопасности методики, ретрограды, которые считают, что редактирование надо запретить исключительно по этическим соображениям, останутся в меньшинстве.

Задание. Как вы ответите на вопрос: нужно ли редактировать геномы человеческих эмбрионов? Свой ответ обоснуйте.

Кейс 9.4.

Вероятность возникновения жизни Простой подсчет вероятности случайного возникновения простейшего живого организма из набора химических элементов показывает, что это невероятное событие.

А какова вероятность создать смартфон, имея исходные химические элементы и не имея представления о нем, комбинируя их до тех пор, пока не получится нечто, способное выполнять функции смартфона? Да та же самая — нулевая.

Но смартфон же есть. И мы знаем, в результате какого ну ги развития он появился. Никто не собирался его делать, не имея никакого представления о нем.

Вероятность возникновения жизни существенно увеличивается, если не требовать, чтобы она возникла сразу и в достаточно развитом виде.

Задание. Правильны ли эти рассуждения? Свой ответ обоснуйте.

Темы рефератов

• 9.1. Основные гипотезы возникновения жизни.
• 9.2. Гены и эволюция живого.

9.3. Значение теории вероятности в проблеме возникновения жизни. 9Л. Суть биологической картины мира.

Рекомендуемая литература.

Кастлер, Г. Возникновение биологической организации / Г. Кастлер. — М.: Мир, 1967.-91 с.

Эйген, М. Принципы самоорганизации макромолекул / М. Эйген, П. Шустер. — М.: 1982.-268 с.

• [1] Термин «тезаурус» употребляется в теории информации для обозначения совокупности всех сведений, которыми обладает субъект.