Текст книги "Информация как основа жизни"

Автор книги: В. Корогодин

Соавторы: В. Корогодина
сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 17 страниц)

Корогодин В. И., Корогодина В. Л.
Информация как основа жизни

Оглавление

Пролегомены

Глава первая. Историческая справка

Глава вторая. Информация и её свойства

Глава третья. Информационные системы

Глава четвертая. Принцип поризма

Глава пятая. Динамика информации

Глава шестая. Биосфера и техногенез

Глава седьмая. Предвидимо ли будущее?

Обозначение используемых понятий

Contents

Prolegomenon

Chapter 1. History

Chapter 2. Information and Its Properties

Chapter 3. Information Systems

Chapter 4. Porism Principle

Chapter 5. Dynamics of Information

Chapter 6. Biosphere and Technogenes

Chapter 7. Can One Predict the Future

Designation of the Notions Used

ПРОЛЕГОМЕНЫ

Термин «информация»

Термин «информация» широко используется в научной литературе. Трудно найти область знаний, избежавшую соблазна его применять. Это – следствие все продолжающегося расширения смыслового поля этого термина.

В тридцатые годы и ранее слово "информация" использовали, в основном, как "сведения" или "осведомление", т. е. как прямой перевод латинского informatio. К концу сороковых годов под «информацией» начали понимать функцию статистических характеристик букв какого-либо языка. Так, согласно К. Шеннону [1], количество информации, содержащейся в каком-либо сообщении, состоящем из М букв, равно (1):

где n – число букв в данном языке, а p – частота встречаемости i–той буквы ( i=1,2...n) в этом языке. Знак минус поставлен перед правой частью формулы для того, чтобы количество информации Н всегда было положительным.

Под влиянием работ Л. Бриллюэна [2], начиная с шестидесятых годов, возник и приобрел широкую известность "негэнтропийный принцип информации". В отличие от энтропии, рассматриваемой в качестве меры неупорядоченности той или иной системы, негэнтропией обычно называют меру упорядоченности окружающих нас систем, связывая с ней различного рода антиэнтропийные процессы, протекающие в физическом мире. В основе негэнтропийного принципа лежит формальное сходство обобщенной формулы К. Шеннона (2):

и знаменитой формулы Больцмана для физической энтропии S = lnW, где W – число состояний, которые может принимать система. Если микросостояния системы различны, то формула будет выглядеть так (3):

Л. Бриллюэн предложил выражать информацию I и энтропию S в одних и тех же единицах – информационных (битах) или энтропийных (эрг/град).

Б. Б. Кадомцев указывает [3], что величины I и S формально равны потому, что I соответствует информации одного единственного состояния из множества возможных, a S определена по множеству всех состояний. Здесь понятие информации дается в терминах физической статистики. Алгоритмическую информацию можно рассматривать как меру алгоритмической хаотичности [4]. Эти два определения практически совпадают [5].

Однако существуют области феноменов, для обозначения которых этот термин также хорошо подходит, и использование его существенно упрощает задачи их изучения.

Жизнь вокруг нас

Замечали ли вы когда-нибудь, что в русском языке нет слова, противоположного словам «живое», «жизнь»? Вернее, есть слова «мертвое», «смерть», но они означают лишь то, что когда-то было живым, а затем погибло. «Неживое» также происходит от слова «живое». И этот характерный для многих языков феномен связан, видимо, с тем, что, склонный судить о других по себе, первобытный человек одушевлял, по аналогии с собой, весь окружающий мир [6].

Со временем представления о всеобщей одушевленности сменились представлениями о постепенности переходов неживого к живому. Так, Г. Лейбниц считал, что не существует неорганического царства, а есть только одно громадное органическое, различные ступени которого представлены в минералах, растительных и животных формах. Всюду в мире наблюдается непрерывность, и всюду, где мы встречаемся с какой-нибудь организацией, существует и жизнь. Мертвая и живая материи не суть какие-нибудь противоположности, но представляют собой две формы той же материи, отличающиеся друг от друга только оттенками.

Но философы пошли еще дальше по пути аналогий. В игре сил мертвой материи, и главным образом в игре химических сил, они увидели чуть заметный зародыш тех склонностей и стремлений, которые управляют деятельностью живых существ. По их мнению, все реакции материи указывают на существование в ней какого-то сознания, способности отличать дурное от хорошего, стремиться к приятному, избегать неприятного. Таково было мнение Эмпедокла еще в древности; так же считали Д. Дидро и Ц. Кабанис. Еще на заре химии Л. Бергав, например, сравнивал реакции соединения с сознательными союзами, причем соединявшиеся "по симпатии" химические элементы чуть ли не справляли свадьбу.

Живое и неживое

Одна из особенностей живых тел – их изменяемость во времени: рождение, рост, старение, умирание и распад. Но ведь рождение и гибель касаются всех тел Вселенной – от атомов до галактик. Любой материальный объект «живет и умирает» в том смысле, что он непрерывно изменяется в одном и том же направлении, пока не достигнет состояния «вечного покоя».

Постоянство формы, рост, питание и размножение – таковы обязательные признаки жизни. Может быть, они обусловлены особым химическим строением? Но еще в середине прошлого века ученые выяснили, что протоплазма живой клетки, состоящая из углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, в химическом отношении близка к ароматическим соединениям. Сейчас досконально изученное в организме строение белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот показывает, что они не отличаются от своих неживых аналогов, образующихся под влиянием высоких температур или электрических разрядов. Их можно получать даже "в пробирках", по заранее составленному плану.

Специфичны ли для живых тел эти основные признаки? Вспомним о кристаллах. Давно известно, что каждый кристалл имеет строго определенную форму. Мало того. Если форма кристалла нарушена, например, отбит кусочек, – достаточно поместить его в раствор того же вещества, и он, подобно ящерице с оторванным хвостом, будет восстанавливать повреждение. Уже это говорит о его способности к своего рода питанию – поглощению из окружающей среды нужных ему компонентов. И только после того, как ущерб ликвидирован, кристалл будет расти, пока не исчерпает "питательность" содержащего его раствора. Так же обстоит дело и с размножением: кто не видел друзы кристаллов, образующихся из пересыщенного раствора поваренной соли или сахара?

Все это означает, что такие специфичные признаки живого (постоянство формы, рост, регенерация, питание, размножение, старение, гибель и др.) характерны не только для живых организмов, но и для ряда заведомо неживых кристаллов. Но кристаллы, скажут нам, могут сохраняться в неизменном виде неограниченно долгое время, в отличие от живых существ. А сохранность сухих зерен в египетских пирамидах или хорошо высушенных коловраток, особенно при низких температурах? Когда организмы находятся в анабиозе, в состоянии "скрытой жизни", они могут оставаться без изменения годы и годы и вновь начинают "жить" только при подходящей температуре, влажности и наличии питания. Но так же ведут себя и кристаллы! Значит, очень многие свойства живого присущи и неживым телам.

Чем же тогда, действительно, отличаются живые организмы от неживых тел? Может быть, какими-либо особенностями тех же функций, которые свойственны и неживым кристаллам, например определенными требованиями к внешней среде, температуре, концентрации каких-либо веществ? Но как экспериментально показали такие крупные химики, как Ж. Жерне, К. Дюфур, В. Освальд и другие, и в этом отношении принципиальных различий нет. Так, процессы кристаллизации или размножения кристаллов очень чувствительны к температуре, концентрации раствора и наличию примесей, подобно тому, как эти же факторы влияют на скорость размножения микроорганизмов, помещенных в питательный бульон. Более того, подбирая специальные условия среды, можно получить химические образования, ведущие себя внешне неотличимо от живых организмов.

Что же такое живое?

И все же эти размышления о свойствах живого ни на шаг не приближают нас к ответу на вопрос: что такое живое? Конечно, отдельные признаки живых организмов можно найти и у неживых объектов, но то, что разделяет их, остается непонятным. По такому пути традиционное мышление шло до самого последнего времени. И хотя сегодня мы знаем, из каких химических соединений построено живое, что представляет собой дыхание, питание, выделение «отработанных шлаков», как происходит деление клетки, размножение одноклеточных и высших организмов, какие при этом идут молекулярные процессы, точного определения живого еще нет.

"Жить – значит обладать способностью откликаться более или менее целесообразно на воздействия окружающей обстановки", – писал К. Платэ, несколько видоизменив определение живого, предложенное английским философом Г. Спенсером, который полагал, что "жизнь есть определенное сочетание разнородных изменений, одновременных и последовательных, в соответствии с внешними сосуществованиями и последовательностями". По поводу этого определения жизни наш замечательный натуралист В. В. Лункевич [7] остроумно заметил, что оно дает нам "и очень много, и ничего". Очень много, потому что объединяет в единое целое все возможные проявления жизни, и ничего, потому что оставляет в стороне вопрос о причинах, их вызывающих.

По-видимому, нужно идти другим путем. Попробуем найти такое специфическое свойство, отличающее живое от неживого, обладание которым делает объект живым. Эта искомая сущность должна объяснить все проявления жизни, включая способность к прогрессивной эволюции. Среди самых разных свойств живого должно быть одно, объединяющее все многообразие живых существ. Свойство это давно известно, но почему-то до сих пор приписывалось только человеку. Это – способность совершать целенаправленные действия.

"Учение о цели" (телеология) восходит к доаристотелевским временам, когда движение небесных светил и невидимых атомов объясняли существованием единой "движущей силы", находящейся вне "материальных оболочек" привычных и знакомых всем вещей. Лишь с течением времени физики избавили неживой мир от влияния "единого движителя", и в его ведении осталась лишь живая природа. Эта одухотворяющая сила во времена Аристотеля, т. е. более 2000 лет назад, получила наименование "энтелехия". Такие представления под другими названиями просуществовали до начала нашего века [8], но в дальнейшем энтелехия сошла со сцены. На виду осталось очевидное – способность совершать целенаправленные действия. Если не связывать эту способность с сознательным стремлением к цели, то почти не нужно доказывать, что она присуща всем без исключения живым организмам.

Целенаправленное действие и его компоненты

Чем же «целенаправленное действие» отличается от других событий, происходящих вокруг нас?

Идет гроза, ветер гнет деревья, раздается грохот грома, молния ударяет в деревянный сарай, и начинается пожар. Можем ли мы по отношению к таким событиям сказать для чего они происходят? Нет, конечно. Мы полностью объясним эти события, если ответим на вопрос: почему'?

Но таким событиям противостоят другие, которые нельзя объяснить, ответив только на вопрос "почему?" и умолчав "для чего?" Это события, идущие с участием живых организмов: когда вирусная частица, прикрепившись к поверхности бактерии, впрыскивает в нее свою ДНК; когда муравьи роют вход в подземный муравейник; когда птица строит гнездо, зверь – нору или человек засевает зерном взрыхленное поле. Во всех подобных случаях, чтобы понять действия живых существ, следует знать, для чего они это делают. Подчас этого ответа достаточно, чтобы понять природу наблюдаемого явления.

Здесь напрашивается аналогия с машинами, изготовляемыми человеком, да и другими изделиями, которые производят разные живые существа – от насекомых до высших млекопитающих: термитниками и муравейниками, гнездами и норами, различными постройками и т. п. В таких случаях прежде всего решают вопрос, для чего они предназначены, а уже затем – почему и как. Цель стоит впереди, а уж насколько то или иное изделие будет ей соответствовать, зависит от искусства его творца. Поэтому-то такие изделия и называют искусственными.

Итак, "искусственный" – термин, применяемый к объекту, изготовленному каким-либо живым организмом согласно "своему желанию", для достижения своей цели – удовлетворить потребность живого. Но таким целям служат, по существу, любые действия, совершаемые живыми организмами, как бы ни был широк их диапазон. Эти целенаправленные действия далеко не всегда однозначно связаны с "конечной целью" – той именно потребностью, которую организм стремится удовлетворить, даже не осознавая этого. Но стоит внимательно понаблюдать за любым живым существом, и станет ясно, что все "конечные цели" сводятся к одной – оставить потомство. Поэтому можно сказать, что живое – это совокупность объектов, способных совершать целенаправленные действия, конечная цель которых – самовоспроизведение.

Целенаправленное действие отличается от спонтанного течения событий прежде всего тем, что оно повышает вероятность осуществления "события цели". Насколько повысится эта вероятность – зависит от искусства исполнителя, от степени его осведомленности о путях достижения цели и о наличии в его распоряжении необходимых ресурсов. Но, независимо от этого, любое целенаправленное действие характеризуется именно повышением вероятности достижения цели, и величина эта позволяет судить об его эффективности [9].

Вторая характеристика целенаправленного действия – те дополнительные изменения в окружающей среде, которые его сопровождают. При любом целенаправленном действии всегда (в соответствии со вторым законом термодинамики) появляются "побочные продукты" – от едва заметного повышения температуры окружающей среды до накопления в этой среде веществ, отравляющих все живое. Чем совершеннее методы достижения цели, тем меньше образуется побочных продуктов.

И, наконец, самое главное в целенаправленном действии – это механизм, который его осуществляет. Такой механизм можно назвать "оператором" [10]. В искусственных устройствах – это машина, изготовленная человеком, или какое-либо иное сооружение, сделанное живыми существами, а в живых организмах это сам организм, его тело, его строение, его навыки и умение пользоваться имеющимися ресурсами для достижения своей цели. Все мы прекрасно знаем, сколь различны организмы по размеру, форме и образу действий и как превосходно они пригнаны к среде своего обитания, своей "экологической нише". И чем больше такое соответствие, тем успешнее они достигают цели и тем менее пагубны побочные продукты, это сопровождающие.

Информационные системы

Остановимся подробнее на появлении информационных систем – процессе самоорганизации. Как показал И. Пригожий [11], это должны быть открытые системы, далекие от термодинамического равновесия. В такой системе должны иметь место каталитические и кросс-каталитические процессы. Такие процессы хорошо описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Когда система становится неустойчивой, любые малые возмущения во внешней среде приведут к переходу в новое стационарное состояние. Под влиянием возникающих в это время флуктуации элементы ансамбля могут «кооперироваться», что будет проявляться в новых системных свойствах. В этом процессе необходимо подчеркнуть следующее.

Критерием эволюции является принцип о минимальном производстве энтропии. Он указывает на то, что направленное развитие термодинамической системы происходит вне равновесного состояния и поддерживается слабыми, но постоянными силами. Когда система встречает препятствия к достижению идеального состояния минимального рассеяния, она начинает выбирать следующий наилучший путь и остается в состоянии минимального рассеяния и минимального производства энтропии. Т.е. самоорганизующаяся система появляется всегда, когда возможно "выжить" за счет своих кооперативных свойств при различных воздействиях или для того, чтобы лучше использовать окружающую среду [11-13]. Это можно считать обоснованием "целенаправленного" действия для любых самоорганизующихся систем.

Любое целенаправленное действие можно описать преобразованием (4):

где R – ресурсы, расходуемые на его осуществление; S – условия среды, в которой это действие происходит; Q – объект, или оператор, это действие осуществляющий и построенный согласно некоторому определенному плану, или информации, I – событие цели; w – «побочный продукт», сопровождающий осуществление Z; р и Р – вероятность осуществления Z спонтанно и/или при участии оператора Q. Мы видим, что единственное отличие целенаправленного действия от естественного течения событий состоит в том, что оператор Q, его совершающий, построен на основании данной информации. Только это приводит к тому, что в некоторой ситуации s вероятность осуществления Z при участии Q выше, чем в его отсутствие (Р>р). Яркий пример этому – размножение живых организмов. В отсутствие в данной среде s живых организмов они не способны возникать спонтанно, «самозарождаться», т. е. р=0 даже при самых подходящих внешних условиях. Размножение же живых существ в подходящих условиях среды происходит с вероятностью Р, близкой к единице.

Роль информации в явлении размножения первым отметил, пожалуй, Дж. фон Нейман [14]. Выступая в Калифорнийском технологическом институте на симпозиуме "Механизмы мозга в поведении" с лекцией "Общая и логическая теория автоматов" (1948 г.), он впервые предложил описание универсального самовоспроизводящего автомата. Дж. фон Нейман отметил, что такой воспроизводящийся автомат, по существу, имеет структуру, подобную структуре живых организмов. Мы можем добавить, что этот автомат можно рассматривать как устройство, призванное обеспечить размножение, или аутокатализ, кодирующей его информации. Автомат имеет блок, отвечающий за создание оператора Q и автомата следующего поколения на основе ресурсов R. В живой клетке этот блок организует "метаболизм", и через него осуществляется отбор наилучших образцов. Если посмотреть на автомат фон Неймана с этой точки зрения, то очевидно, что он – схематическое отображение любых информационных систем, устроенных так, чтобы они могли обеспечивать воспроизведение кодирующей их информации. Вирусы и одноклеточные живые существа, многоклеточные растения и грибы, многоклеточные животные, наконец, человек и человеческие сообщества – все это информационные системы, структура которых задается относящейся к ним информацией, а функция обеспечивает воспроизведение этой информации.

В процессе дублирования исходной информации или при передаче ее из одного автомата в другой она может претерпеть изменения, и возможны три последствия: 1) либо новый автомат не сможет воспроизвести самого себя, и вся система погибнет; 2) либо автомат начнет "неправильно работать" и будет производить обреченных на гибель уродцев; 3) либо эти изменения окажутся жизнеспособными, и возникнет новый автомат, воспроизводящий новую, измененную информацию.

Как мы видели, самовоспроизведение автомата Q и кодирующей его информации I всегда и неизбежно сопровождается появлением "побочных продуктов" w. Это результат того факта, что КПД любого материального процесса не может превысить 1, а точнее – всегда остается меньше 1. Любое действие всегда сопровождается появлением "побочных продуктов", от диссипации энергии до накопления в окружающей среде различных "отходов производства", возникающих в ходе построения Q. Любая информационная система, таким образом, в ходе своего функционирования, направленного на ее самовоспроизведение, неизбежно изменяет окружающую среду 5 путем истощения ее ресурсов R и накопления в ней "побочных продуктов" w.

Здесь мы можем вспомнить Н.Винера [15]: "Информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему". Но чтобы не придавать информации антропоморфный оттенок, что проступает у Н. Винера, можно предложить несколько иное определение. А именно: информацией можно назвать алгоритм построения системы, обеспечивающей воспроизведение этой информации, функционально связанной со средой своего местоположения. При этом следует подчеркнуть, что обеспечение воспроизведения информации – обязательный и необходимый атрибут любой информационной системы. Ведь система, не отвечающая этому требованию, неизбежно "выбывает из игры", а кодирующая ее информация разрушается и бесследно исчезает. Именно исчезает, а не переходит во что-то другое, – ведь "информация есть информация, а не материя и не энергия" [15], и законы сохранения на нее не распространяются [16].

Информация и ее носители

Остановимся коротко на структуре информационных систем и носителях информации.

После публикации работы К. Шеннона [1] понятие "информация" было очень быстро вытеснено понятием "количество информации". За "количество информации", согласно формуле (1), принимали логарифм величины, обратной вероятности осуществления какого-либо события. Такую подмену понятий стали использовать очень широко. Такой подход привел к отрыву понятия "информация" от семантики, или содержания сообщений, искони ему присущего. Подчеркнем, что в данном примере мы не можем выделить смысл (семантику) сообщения, не взяв для этого всех букв текста, являющихся носителями информации.

Рассмотрим пример информационных процессов из газодинамики (подробно см. [3]). В общем случае поведение разреженного газа описывается кинетическим уравнением Больцмана (5):

где f – локальная функция распределения частиц по скоростям, a St(f) – член столкновения между атомами. Если столкновения часты, то функция распределения становится максвелловской и зависит от п, Т, и – локальных значений плотности, температуры и средней скорости. Если эти переменные являются функциями координат и времени, то уравнение Больцмана превращается в систему

где p = nT.

Увеличение члена столкновений St(f) выделило набор величин n, Т, u, которые стали динамическими переменными. Их можно назвать параметрами порядка.

Мы дали описание открытой системы, далекой от равновесия. Если мы пойдем по пути усложнения системы, то заметим, что можно выделить часть, более тонко реагирующую на возмущения. Ее можно назвать управляющей, информационной частью, передающей сигналы в динамическую часть.

Теперь перейдем к генетической информации, носителями которой являются молекулы ДНК. Слова "ДНК", "гены", "наследственная информация" стали настолько привычными, что нередко воспринимаются как синонимы. В действительности это далеко не так. Гигантская по длине молекула ДНК состоит из четырех типов "кирпичиков", или нуклеотидов, которые могут быть соединены в любой последовательности. Эти молекулы обладают свойством, которое Г. Меллер назвал аутокатализом. Если в раствор, содержащий такие молекулы, внести в должном количестве все четыре нуклеотида (основания), то при соблюдении некоторых дополнительных условий эти молекулы начнут пристраивать основания вдоль своей цепи точно в той же последовательности, как и в них самих, а затем отделять от себя готовые копии. Процесс этот не зависит от того, какова последовательность оснований, составляющих исходные молекулы ДНК. Это может быть случайная последовательность, или строго чередующаяся, или любая иная – копии будут всегда похожи на оригинал, если не произойдет мутации, т. е. случайной замены, вставки или выпадения одного или нескольких оснований.

Если ДНК состоит из случайной последовательности оснований, это далеко не ген, поскольку никакой наследственной информации она не содержит, хотя и может самовоспроизводиться. Информация возникает на отрезках молекулы ДНК лишь тогда, когда благодаря мутированию (или по иным причинам) там сложится такая последовательность оснований, которая сможет повлиять на химические процессы, протекающие в ее окружении. Только тогда, выступая в роли "катализатора", ген сможет ускорить одни или притормозить другие процессы, изменяя тем самым свое химическое окружение. Постепенно все большие преимущества будут получать такие структуры ДНК, которые в непосредственном своем окружении могут увеличивать концентрацию нуклеотидов и других веществ, необходимых для их размножения. Лишь когда этот процесс завершится и в "первичной" молекуле ДНК возникнут отрезки, каждый из которых стимулирует образование необходимых для удвоения ДНК соединений или угнетает синтез соединений, препятствующих их удвоению, можно считать, что в молекуле ДНК возникли гены и что сама эта молекула стала носителем генетической информации.

Генетическая информация, следовательно, содержится в наборе генов, контролирующих синтез соединений, которые обеспечивают удвоение молекул ДНК в некоторых данных условиях. Появление генов тесно связано с возникновением аппарата трансляции, а также с формированием оболочек или мембран, отделяющих от внешней среды участок, где находятся молекулы ДНК [17]. Это уже возникновение живых объектов, которые могут расти, размножаться и приспосабливаться к новым условиям благодаря генам, возникающим и изменяющимся в результате мутаций; они умирают, когда разрушаются содержащиеся в них гены или когда они не в состоянии приспособиться к внешним условиям. Изменяясь, гены влияют и на другие структуры организма, обеспечивая тем самым "заселение" все новых мест обитания, появление многоклеточных растений, грибов и животных, т. е. эволюцию жизни на Земле. Как писал Г. Меллер, в основе жизни лежит ген.

Таким образом, совокупность генов, или генетическая информация, регулирующая целенаправленную деятельность любой живой клетки, определяется не самими основаниями ДНК, а последовательностью их расположения.

Различие между генетической информацией и молекулой ДНК позволяет также ввести понятие генетической информации и выяснить отличие таких ее носителей от информации как таковой. Поэтому-то мы и говорим, что генетическая информация записана в ДНК определенной последовательностью оснований. Именно эта информация, т. е. запись последовательности тех событий, которые должны произойти, чтобы вновь возникающие клетки могли вырасти, а затем вновь поделиться и т. д., – самый важный компонент живой клетки. То, о чем писал Меллер около 70 лет назад, можно сформулировать следующим образом: живое – это совокупность объектов, содержащих информационные структуры, обладающие свойствами аутокатализа и гетерокатализа, обеспечивающие размножение этих объектов в разнообразных условиях внешней среды. Жизнь – это возникновение все новых содержащих информацию объектов, материальные компоненты которых обеспечивают ее воспроизведение во все более разнообразных и сложных ситуациях. Очевидно, что чем сложнее эти ситуации, тем больше нужно информации, чтобы в соответствии с ней построить живой объект, способный в этих ситуациях существовать.

Как нам кажется, в мире неживой Природы нет примеров информационных систем, в которых носители информации отличались бы качественно от остальных элементов системы.

Основа жизни

Мы привыкли к словосочетанию «генетическая информация», забыли даже, что ввел его в научный обиход Э. Шредингер в середине 40-х годов [18]. В своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физика?» он опирался на работу Н. В. Тимофеева-Ресовского, К. Г. Циммера и М. Дельбрюка «О природе генных мутаций и структуре гена», увидевшую свет в Германии в 1935 г. [19]. Это произошло вскоре после того, как Г. Меллер, ученик Т. Моргана, впервые показал, что гены не только воспроизводят себя и изменяются (мутируют), но что можно повлиять на частоту их мутирования, например, повышением температуры или действием ионизирующих излучений [20].

В 1928 г. Меллер [21] в статье "Ген как основа жизни" показал, что именно гены (образования неизвестной тогда природы), способные к ауто– и гетерокатализу, положили начало феномену жизни на нашей планете. "Ясно, что, став на эту точку зрения, мы избегаем логических трудностей, связанных с происхождением современной протоплазмы, с ее взаимодействием частей, действующих совместно в направлении продолжения роста и точного воспроизведения целого. Система эта образовалась, так же как и сложная макроскопическая форма высших растений и животных, ... постепенно, шаг за шагом, каждый из которых проверялся по мере того, как в первичных аутокаталитических генах мутация следовала за мутацией. В этом процессе преимущественно выживали, размножались и вновь мутировали лишь те гены, побочные продукты которых оказывались наиболее полезными для дальнейшего воспроизведения... Согласно этому взгляду, который, по-видимому, наилучшим образом выдерживает проверку исчерпывающим анализом, по крайней мере значительная часть протоплазмы явилась вначале лишь побочным продуктом активности генного вещества; ее функция... заключается лишь в питании генов; первичные же, свойственные всякой жизни, тайны скрыты глубже, в самом генном веществе... Мутабильного типа структуры в генном веществе несомненно претерпели в процессе эволюции глубокие изменения и подверглись усложнениям, а под их влиянием, конечно, эволюционировала и протоплазма, но другие структуры – те черты строения гена, которые ответственны за его первичное свойство аутокатализа – должны быть еще и сейчас такими же, какими они были в незапамятные времена, когда зеленая тина еще не окаймляла берегов морей".

Всего через 20 с небольшим лет после этой публикации было установлено, что гены представляют собой отдельные участки молекулы ДНК, размножающиеся путем комплементарного пристраивания друг к другу четырех видов нуклеотидов; гены мутируют, когда происходят ошибки в этом процессе; они управляют синтезом разного рода белков, составляющих протоплазму, переключаясь время от времени с аутокатализа (построения собственных копий) на гетерокатализ (построение инородных молекул) путем синтеза РНК и, с ее помощью, молекул белка.

Сейчас все это хорошо известные процессы. Можно ли проводить аналогии между свойствами живых клеток и, например, кристаллов? Рост и размножение кристаллов основаны на присоединении к исходной "затравке" все новых, точно таких же молекул из раствора. Вероятность этого равновесного процесса зависит от температуры и концентрации раствора. Размножение вирусной частицы также зависит от условий окружающей среды. Но вирусы, как и все живые организмы, – открытые системы и с большей эффективностью используют окружающую среду для выживания и размножения. Это касается, например, поиска клетки-хозяина и размножения в ней. Прикрепившись к поверхности живой клетки, вирус с помощью специального белкового устройства впрыскивает в нее свою молекулу ДНК или РНК, содержащую его гены. Гены вируса не только воспроизводят себя, используя синтезируемые зараженной клеткой "кирпичики", но также заставляют эту клетку создавать новые, не свойственные ей белковые молекулы, которые, окружая готовые генетические структуры новых вирусных частиц, создают белковую оболочку вируса, приспособленную для осуществления следующего цикла – заражения других клеток и размножения в них.