Потоки информации в биосфере

Потоки энергии и вещества в биосфере неразрывно связаны с потоками информации. Возможно, что способность воспринимать, накапливать и использовать информацию является одной из главных особенностей живого вещества. Эта способность неразрывно связана с построением упорядоченных структур, то есть со способностью живой природы, используя поступающую извне энергию, уменьшать свою энтропию[1].

Благодаря биологической эволюции живые организмы выработали множество механизмов адаптации, то есть приспособления к условиям жизни. Более того, само строение и физиология организмов есть результат адаптации. Первое, чему должны были научиться живые организмы, — это различать в окружающей среде молекулы и частицы, пригодные в пищу, от инертных или опасных. Так возникли хеморецепторы, сохраненные у растений и высших животных в виде вкуса и обоняния. Это уже информационная связь организма с внешним миром. Как только образовалась живая клетка и в ней специализированные орга-неллы, потребовался обмен информацией между ними. Первоначально обмен веществ и энергией внутри клетки являлся одновременно и обменом информационными сигналами. Однако нуклеиновые кислоты (ДНК и информационная РНК) стали выполнять преимущественно информационные функции. По мере усложнения органических структур появились гормоны и гормоноподобные вещества с их чисто информационно-командными функциями. Специализированные железы внутренней секреции, генерирующие эти вещества, образовали эндокринную систему управления организмом. Мольные концентрации гормонов в живом организме ничтожны — они находятся в пределах 10“12— 10-9, но их оказывается достаточно для управления важнейшими внутренними процессами.

С увеличением размеров животные уже не могли обходиться только химическими информационными связями. Слишком медленными оказываются процессы передачи информации. Так появилась нервная система, использующая быстрые электрические сигналы, и новые органы чувств {рецепторы) — зрение и слух, дающие информацию об окружающей среде на больших расстояниях и практически мгновенно. Увеличение количества и качественные изменения поступающей извне информации, а также необходимость согласованных движений всех органов тела привели к образованию центральной нервной системы. При этом железы внутренней секреции, занимающие наивысшее положение в эндокринной системе — гипоталамус и гипофиз, расположились в головном мозге (скорее мозг возник вокруг них) и обеспечивают согласование действий нервной и эндокринной систем.

Вероятно, ещё до образования нервной системы появились механизмы информационных связей между отдельными особями в популяции. Первоначально это были химические информационные связи, которые широко используются и высшими животными. Специализированными органами таких связей являются экзокринные железы, выделяющие во внешнюю среду феромоны — вещества, несущие информацию к другим особям данного вида. К настоящему времени широко изучены феромонные связи у многих видов насекомых, особенно общественных — пчёл, муравьёв, саранчи. Чувствительность обоняния к этим веществам поразительна. По-видимому, в некоторых случаях переносчиком сигнала оказываются единичные молекулы. Существуют феромоны немедленного действия, влияющие непосредственно на нервную систему. Это феромоны тревоги или опасности, феромоны — указатели пути к пище, феромоны — аттрактанты («привлекатели»), действующие в периоды спаривания и размножения. Другие феромоны воздействуют через эндокринную систему и вызывают физиологические изменения в организме. Таким образом регулируется рост молодых особей в стаях саранчи, регулируется состав колоний пчёл, муравьёв и термитов (когда нужно, в колонии появляются рабочие особи, особи — солдаты или матки — царицы колоний). Существуют явные доказательства того, что феромоны есть и у млекопитающих, в том числе и у человека. Возможно, что именно с феромонами связаны мгновенно и «интуитивно» возникающие чувства симпатии или антипатии между людьми.

Огромная чувствительность свойственна не только обонятельным рецепторам. У многих видов развита предельно допустимая чувствительность зрения и слуха. Например, глаза кошки или совы реагируют на одиночные кванты света, а острота слуха у многих животных ограничивается молекулярными шумами.

С развитием нервной системы у животных появилась способность обмена зрительными и звуковыми сигналами, а следом за тем и способность к обучению потомства. Эта последняя способность неразрывно связана с появлением головного мозга и свободной, незаполненной изначально памяти. Накопленная живым организмом информация разделилась на врождённую, переданную химическим путём от предков, и благоприобретённую, полученную сигнальным путём за счёт обучения и собственного опыта.

Важнейшим свойством живого вещества, принципиально отличающим его от косной материи, является передача наследственной информации из поколения в поколение. Эта связь осуществляется с помощью генетического кода, носителями которого служат нуклеиновые кислоты.

Генофонд, или совокупность всей наследственной информации, накопленной в процессе эволюции, является величайшей ценностью на Земле. К настоящему времени наукой описано более 1,5 млн видов и предполагается, что всего на Земле обитает порядка 10 млн видов.

Принципиальным адаптационным шагом в эволюции оказался переход от вегетативного к половому размножению. Дело в том, что под воздействием внешних факторов, прежде всего радиационного фона, химических веществ и вирусной инфекции, в спиралях дезоксирибонуклеиновой кислоты возникают нарушения или мутации, то есть наследственная информация может портиться. При вегетативном, бесполом размножении у популяции нет иного способа исправить эти нарушения кроме гибели носителей вредных мутаций. Половое размножение даёт возможность корректировать ошибки, возникшие в генетическом коде, так как вероятность одинаковых нарушений у обоих родителей мала. Именно поэтому опасны браки между кровными родственниками, когда вероятность одинаковых хромосомных дефектов у обоих родителей резко возрастает, и, напротив, потомство отдалённых генетических линий бывает особенно сильным и жизнеспособным.

Среди множества вредных или даже летальных (то есть смертельных) мутаций появляется некое число полезных, дающих преимущества организмам-носителям. Так путём проб и ошибок происходит естественный отбор.

При вегетативном размножении говорить об индивидуальном биологическом возрасте особи в принципе бессмысленно. Понятие возраста особи возникает вместе с половым размножением, причём механизм запрограммированного старения появился, скорее всего, на поздних этапах эволюции. Такие древние виды, как крокодилы, черепахи или акулы, ещё этого механизма, по-видимому, не имеют. Они потенциально бессмертны и погибают от болезней, врагов или в силу изменения условий обитания. Запрограммированное старение и смерть от старости — пример адаптационного признака, полезного для вида в целом, но не для отдельного организма. Они обеспечивают смену поколений и отбор генофонда в популяции, позволяющие ей эффективно адаптироваться к постепенным изменениям среды обитания.

  • [1] Чем сложнее упорядоченная структура системы, тем больше данных требуется для её описания, то есть больше её информационное содержание. Одним из выдающихся достижений науки XX века можно считать понимание, что энтропия, взятая со знаком минус, характеризует количество информации, содержащееся в системе.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >