. Введение

Рассмотрим некоторые информационные аспекты эволюции живого. Биологическая эволюция составляет часть эволюции Вселенной. Как известно, она реализована в крайне малой части пространства — на Земле.

Для наглядности приведем таблицу (табл. 1.1) эволюционных событий [1], в которой время сжато в 2?1010 раз, т.е. время, прошедшее с момента «большого взрыва» до наших дней, представлено одним годом.

Таблица 1.1

Календарь с уменьшением времени в 2?1010 раз

Считается, что общим для эволюции Вселенной, Солнечной системы или биологической эволюции является производство новой информации, связанной с галактиками и звездами, планетами или биологическими видами. Новая информация создается в результате запоминания случайного выбора, который возникает при неустойчивости исходного состояния и возможности пребывания системы в множестве стационарных состояний.

Возникновение неоднородностей (звезд и галактик) вследствие гравитационной неустойчивости можно рассматривать как конкуренцию и естественный отбор. Локальные флуктуации плотности конкурируют друг с другом в получении конденсируемого материала.

Возникновение жизни и последующая биологическая эволюция связаны с возрастанием упорядоченности открытой системы, далекой от равновесия (диссипативной системы), в которой реализуется возрастание флуктуаций до макроскопического уровня. Универсальной термодинамической основой структурообразования и в космической, и в биологической эволюции, является ее выделение, "экспорт" открытой системой. Об этом подробно будет рассказано в последующих главах пособия.

В биологических явлениях происходит создание, передача, кодирование-декодирование, рецепция и накопление информации. С этой точки зрения биологический объект можно характеризовать сложностью и ценностью запасенной информации [2].

Согласно обычной теории информации естественный отбор можно представить как преобразование обратной информации. Она преобразуется на уровне организации индивидуальных особей в наследственную информацию, передаваемую хромосомами. Но современная теория информации не дает методов оценки качества (или ценности) информации, а в биологии это имеет существенное значение. При получении информации из внешней среды организм оценивает ее прежде всего по качеству.

Понятие «ценности информации» можно определить только в связи с ее восприятием: мерой ценности информации являются последствия ее рецепции воспринимающей системой. Восприятие и запоминание информации - это необратимый процесс, реализуемый при неустойчивости исходного состояния рецептора, который, получая информацию, переходит в новое устойчивое состояние. Поэтому ценности информации невозможно дать универсальное определение. Напротив, понятие количества информации универсально. Можно дать условное определение ценности информации как степени ее неизбыточности. Так, избыточная повторная информация ценности для рецептора не имеет.

Поскольку установлено, что ценность информации возрастает в биологической эволюции, то логично предполагать, что это происходит и на молекулярном уровне.

Также известен принцип эволюционного возрастания сложности биологических систем.

Наиболее сложными системами в природе являются индивидуальные живые организмы, особенно человек. Каждый организм является представителем царства, типа, класса, отряда, семейства, рода и вида. Ясно, что сложность возрастает от царства к виду (это же справедливо и для ценности информации).

В то же время понятие ценности богаче понятия сложности. Сложность характеризует структуру объекта, ценность выражает и его функции. Принцип возрастания ценности выражает направленность и необратимость эволюции.

С возрастанием сложности и ценности возрастает способность биологической системы к отбору ценной информации. Такой отбор не требует дополнительных энергетических затрат: минимальная энергетическая стоимость одного бита информации равна kT?ln2 независимо от ценности этой информации [1] (здесь k - постоянная Больцмана, равная 1,38?10-23 Дж/К, T- абсолютная температура системы).