Файл: Томпсон. Механистическая и немеханистическая наука. Исследование природы сознания и формы.pdf

Такая оценка получает дополнительное подтверждение, если мы произведем расчеты по формуле (13), подставив N = 210000, соответствующее верхнему пределу количества разных белков в

клетке млекопитающего. При таком N и ДА")<6х105 среднее

значение /(и>„) меньше или равно четырем.

Мы можем продвинуться еще дальше. Обозначим через X строку из 4,4 х 109 бит полного генетического кода высших растений и животных. Как уже говорилось ранее, такой X соответствует 264000 страниц кода по 1,7 х 104 бит на страницу. Поло-

жив N = 264000 и описав эти страницы через Y\,....,YN, мы можем произвести расчет заново20. Мы получим, что если

Ц X) < 6 х 105, то среднее 7(w„) должно быть меньше 4 бит. Это

означает, что каждая очередная страница генетического кода млекопитающего содержит в среднем не более четырех битов новой информации. Иными словами, каждая страница Y„ описывается функцией F(w,X„-\), где w принимает целые значения от 1 до 15, а Хг\ представляет предыдущую страницу. Отсюда следует однозначный вывод о том, что при данном значении X

ДГ)>6хЮ5 .

Здесь можно возразить, что, хотя X действительно обладает высокой информативностью, большая часть этой информации не имеет никакого функционального значения. Одним из оснований для такого возражения является открытие биохимиками в клетках высших организмов секций ДНК, которые не служат какой-либо определенной цели. Вероятно, подобные секции могут свободно трансформироваться в ходе мутаций и, повидимому, представляют собой хаотический шум.

В качестве ответа на данное возражение отметим, что, несмотря на возможность присутствия хаотического шума, структурные и функциональные свойства живых организмов содержат огромные объемы полезной информации. Именно на этом основано наше утверждение о том, что информационное содержание

клетки млекопитающего должно быть по меньшей мере 6 х 105 бит. К тому же биологи обнаруживают все больше структур, играющих важную роль в жизнедеятельности организмов, хотя зачастую функции этих структур не вполне ясны. Следовательно,

можно сделать вывод, что большая часть кода ДНК клеток высших организмов содержит полезную информацию.

Итак, наши оценки минимального информационного содержания клеток свидетельствуют о том, что в них представлены большие объемы информации, однако битовые строки X, к которым относятся расчеты, также содержат определенное количество бессмысленного шума. Поэтому мы введем концепцию символического описания, которое представляет биологически существенную информацию, но отсеивает шум. Примером такого описания является строка протеиновых последовательностей, хотя ей может быть присущ некоторый недостаток, заключающийся в том, что в подобной строке содержится информация о несущественных свойствах белка. В общем, символическое описание — это битовая строка, в которой закодирована биологическая информация и которая тем не менее может и не соответствовать напрямую генетическому коду организма. Такое описание включает в себя информацию о важных свойствах организма и исключает присутствующий в геномах шум.

На данной стадии развития биологии мы не можем дать подробное и адекватное символическое описание клетки. Но если бы такое описание можно было сформулировать, оно извлекало бы из каждой 17000-битовой страницы генома млекопитающего всего 24 бита полезной информации, и, следовательно, информационное содержание такого описания составляло бы по мень-

шей мере 6 х Ю6 бит.

Чтобы получить более ясное представление о сложности живых организмов, попробуем описать многообразие различных категорий органических структур. Структуры каждой из таких категорий в принципе могут быть формально определены через символические описания, включающие в себя важнейшие их свойства. Ввиду сложности и разнообразия подобных структур соответствующие символические описания должны обладать значительным информационным содержанием.

Рассмотрим иерархию структур и их функции в живых организмах.

а) Химические реакции, принимающие участие в метаболизме клеток. В эту категорию входят дыхание, синтез необходимых клетке веществ, получаемых из пищи, фотосинтез растений, процессы упорядоченного распада различных молекул. Повидимому, большая часть генетического кода бактерии E. coli

содержит информацию, обеспечивающую метаболизм клетки, поскольку деятельность бактерии ограничивается ростом и делением. Бактерия E. coli — простейший из организмов, и тем не менее ее метаболические функции весьма запутанны, а «способы осуществления молекулярных трансформаций чрезвычайно сложны. Большинство биохимиков вынуждены ограничивать свои исследования изучением лишь незначительной части таких функций»21. В этой фразе, взятой из книги Уотсона, содержится ясное указание на то, что рассматриваемые химические взаимодействия обуславливаются логической системой, сложность которой сравнима со сложностью самых современных компьютерных программ.

б) Морфология клеток. Структура бактерии E. coli сравнительно проста, однако клетки даже таких простейших, как водоросли и инфузории, обладают весьма сложной морфологией. Такова, к примеру, структура ресничек инфузории "туфельки". Управляемые такими структурами клетки, реснички движутся почти одновременно и образуют синхронно действующий гребной механизм инфузории22. Взаимодействие ресничек в клетке обусловлено упорядоченной программой, и для их образования также требуются сложнейшие молекулярные механизмы.

Множество примеров сложной морфологии мы находим и в клетках высших организмов. Так, биологами были открыты несколько типов структур, отвечающих за объединение клеток и позволяющих им сообщаться23. Эти структуры представляют собой разветвленные системы мембран, соединительных тканей и капилляров, некоторые из которых запрограммированы таким образом, что могут открываться и закрываться в соответствии с возникающими в клетках условиями. Возможность полного и точного описания такого рода систем при помощи небольших объемов информации представляется весьма сомнительной. Трудно представить себе также и процесс создания такой системы путем добавления нескольких бит информации к схеме, скажем, энзима, регулирующего дыхательный цикл Кребса клетки.

в) Многообразие клеток, образующих ткани высших организмов. Сюда входят мускульные и нервные клетки, различные виды кровяных клеток, клетки печени и так далее. Вероятно, исследование конкретного типа таких клеток — занятие само по себе чисто академическое, и целые диссертации порой посвящаются

изучению подробностей какой-то частной детали структуры или функционирования клетки. Инструкции, в соответствии с которыми создаются клетки, содержатся в генетическом коде любого высшего организма — во всяком случае так принято считать в современной биологии. Генетический код должен также содержать инструкции, определяющие рост клеток в ходе развития эмбриона.

г) Структура и функции органов высших растений и животных. Различные органы тела осуществляют множество сложных функций, большинство из которых в настоящее время плохо изучено. В качестве примеров можно привести иммунную систему крови, формирование изображения на сетчатке глаза, мозг, систему эндокринных желез, а также сердце и систему кровообращения. Функции любого органа осуществляются путем согласованного действия огромного количества сложных подсистем. Например, к подсистемам глаза относятся хрусталик, мускулы хрусталика, радужная оболочка глаза, сетчатка, пучки нервов, а также мышечная система, которая поворачивает глазное яблоко. Многие из этих подсистем невероятно сложны. Например, в систему радужной оболочки входят мышцы, обеспечивающие открытие и закрытие зрачка; хрусталик должен иметь такую прозрачность и форму, чтобы фокусировать на сетчатке четкое изображение; сетчатка содержит в себе подсистемы клеток и нервов, предназначенных для распознавания элементарных визуальных структур — например линий и полос; светочувствительные клетки содержат сложные химические системы, реагирующие на различные цвета, и так далее. Совершенно неудивительно, что для представления каждой из этих систем в виде комбинаций заложенных в их основу клеточных компонентов потребовалось бы значительное количество информации. Таким образом, мы вправе считать, что основные системы органов имеют высокое информационное содержание,

д) Поведение животных (исключая человека). Низшие животные проявляют многообразные схемы сложного поведения. Достаточно упомянуть, к примеру, об общественных системах пчел и муравьев, о навыке плетения паутины, о трансконтинентальных перелетах птиц. Биологи обычно полагают, что это схемы инстинктивного поведения, встроенные в организмы на генетическом уровне. Если это так, то они должны быть представлены

биохимически в виде серий логических инструкций типа «если - то», аналогичных программе компьютера.

Для исследователя, изучающего поведение животных, было бы интересно попытаться написать компьютерные программы, моделирующие поведение какого-либо конкретного животного. Чтобы получить понятие о трудностях, с которыми пришлось бы столкнуться в такой работе, рассмотрим проблему распознавания образов. Многие птицы обладают способностью с невероятной точностью распознавать окраску и формы тела других птиц. Это значит, что они способны улавливать тончайшие различия образов окраски и формы. В то же самое время достаточно трудно запрограммировать компьютер даже для распознавания простейших геометрических фигур, и такие программы включают в себя множество отдельных процедур. Например, одна из таких программ, «Робот МТИ (Массачусетский технологический ин-

ститут)», состоит из 3.6x106 бит программных инструкций24. Очевидно, что закодированные инструкции, определяющие поведение животного, должны содержать огромное количество информации.

е) Личность человека. Вероятно, из всех перечисленных вопросов этот представляет самую большую сложность и в настоящее время не вмещается в рамки редукционистской методологии современной науки. У нас есть весьма серьезные основания считать, что «сознающее Я» невозможно описать физическим языком и, следовательно, поведение разумных существ также нельзя полностью объяснить через физические процессы. Тем не менее стоящие на позициях механистического мировоззрения ученые утверждают, будто бы любой аспект личности может быть описан в рамках межмолекулярного взаимодействия.

Давайте предположим, что данное утверждение истинно, и посмотрим, что из этого получится. Вопрос состоит в следующем: какой объем информации требуется для изложения символического описания основных свойств личности?

Такое символическое описание должно охватывать человеческий интеллект, объяснять способность выражать мысли, способности к художественному и музыкальному творчеству. Помимо этого такого рода описание должно представлять основные качества, относящиеся к общественному поведению. Примеры, приведенные ниже, могут дать некоторое представление об этих качествах: