May 14th, 2016

Чем отличается генетическая память живых организмов от памяти материалов

106777_900

Рис.1. Никелид титана — сплав, использующийся в системах с памятью формы. Картинка из википедии.

В курсах сопромата, механики композиционных материалов, теорий пластичности и упругости обычно рассказывают о саморазвертывающихся конструкциях, работающих засчёт термоупругости материалов. По отношению к материалам иногда говорят, что они имеют память формы. Суть явления заключается в том, что при нагреве деформированной конструкции возникают компенсационные внутренние напряжения, стремящиеся минимизировать деформации. Этот эффект изучается дисциплиной с красивым названием «наследственная механика».

Но есть ли более глубокое, чем лишь слабая аналогия, родство между наследственностью материала и биологической наследственностью? По-видимому, нет. Вот почему я так думаю.

Collapse )

Биосемиозис как пример неупрощаемой сложности

Неупрощаемо сложной (минимально сложной по f) называется некоторая многокомпонентная система, выполняющая функцию f, такая, что удаление хотя бы одного компонента приводит к тому, что система более не выполняет функцию f. Это определение было дано профессором биохимии Лихайского университета Майклом Бихи. Еще раз подчеркну, что минимально необходимая сложность определяется относительно заданной функции f.

Данное определение учитывает критику эволюционистов, указавших на возможность кооптации (переключения функций). В первоначальном варианте вместо "не выполняет функцию f" было "становится нефункциональной" (см. книгу М. Бихи «Черный ящик Дарвина»). Тем не менее, вопросы эволюции минимально сложных систем не затрагивают самого определения: исходная точка гипотетической эволюционной траектории системы уже характеризуется минимальной необходимой сложностью, не раскладывающейся на жизнеспособные подсистемы. В основе жизнедеятельности всех без исключения организмов лежит трансляция генетического кода, исполняемая специальным образом организованной для этого подсистемой с особой архитектурой.

А вот интересная заметка о биосемиозисе как примере неупрощаемой сложности биологических систем.

Биологические коды

То, что генетический код (ДНК/РНК) — это именно код, уже почти никто (кроме самых оголтелых дарвинистов с TheSkepticZone и подобных форумов) не оспаривает. Те, кто упирается, понимают, что вопрос о кодах — это их последний рубеж, за которым — фиаско дарвинизма, ибо существование кода неминуемо предполагает искусственность кода и его транслятора. Код предписывает поведение знаковой, или семиотической системы посредством использования материальных знаков. Транслятор обрабатывает предписания по правилам трансляции, принципиально отличным от ограничений, являющихся следствием действия законов природы. Знак (quiescent description, в терминах фон Неймана) в семиотических системах принципиально физически не зависит от динамики его трансляции.

Но исчерпывается ли кодовая основа биологии генетикой? Нет. Сейчас уже известны несколько метакодов, наложенных на генетику: эпигенетика (то есть наследуемая модификация экспрессии генов, заключающаяся в разделении ДНК на активные и пассивные участки; наследуемые изменения фенотипа без изменений самой ДНК), РНК-сплайсинг, мембранный код (см., например, здесь), сахарный и биоэлектрический код.

Подробности.

К множеству биологических кодов Марчелло Барбиери относит также культурные коды человечества. Cм. мои предыдущие записки со ссылками на работы Марчелло Барбиери здесь и здесь.

Что такое программирование и почему неживая природа не способна программировать

Программа — это последовательность действий, направленная на получение конкретного результата. Программирование — это отложенное до этапа выполнения программы процессором принятие решений как функция исходных данных, которые получит оттранслированная процессором программа непосредственно перед или во время выполнения.

Принятие решений — это по определению выбор из альтернатив с целью максимизации некоторой заданной прагматической функции качества. С точки зрения физики, положения некоторой механической системы, характеризующиеся минимальным значением полной потенциальной энергии, являются положениями равновесия. Множественные положения равновесия физически неотличимы между собой. По этой причине американский физик и специалист по биосемиотике Ховард Патти называет их энергетически вырожденными. Физическая среда неспособна ни выбирать между ними, ни организовывать планирование и целеполагание по прагматическим критериям качества с целью выбрать то или иное энергетически вырожденное состояние.

Живое представляет собой систему принятия решений, включающую персистентный код со своим процессором. В неживом никаких кодов и никаких процессоров не наблюдается (если, разумеется, исключить созданные человеком системы принятия решений). В качестве данных на вход программ, реализующих инстинкты живых организмов, поступают стимулы со стороны внешней среды в форме рецепторных сигналов. Принятие решений, таким образом, является одним из фундаментальных отличий живого от неживого. Принятие решений непосредственно некоторой системой не требует осознанности (сознания) и может осуществляться автоматически.

Обеспечение обмена веществ всего организма как единого целого является примером принятия решений по прагматическим критериям, реализованного в живых организмах. К слову, отбор средой в эволюционных моделях осуществляется из множества уже имеющихся функций, а не по критерию будущей, еще не существующей функции! Например, в длительных экспериментах Ричарда Ленского на бактериях, где было замечено, что микроорганизмы научились пожирать цитрат, изменение поведения бактерий явилось лишь следствием принятия решений, реализованного в живых организмах. Если бы бактерии не обладали вложенной в них способностью принимать решения, то и не научились бы новому поведению.

Подробнее см. мой обзор здесь. Там же и ссылки на литературу.

Статья Абеля о сильно неравновесных состояниях динамических систем в пребиотической среде

Интереснейшая статья Д.Абеля (кусок из его новой книги "Primordial Prescription"). Книгу я успел скачать, пока она висела в свободном доступе на его странице на academia.edu.


James_Clerk_Maxwell
Британский физик, математик и механик
Джеймс Максвелл (1831-1879)

Всем технарям по образованию, вероятно, известен с университетских времен мысленный эксперимент Дж. Максвелла. Напомню, о чем речь.Collapse )

Организмы как системы обработки информации

Трансляция генетической информации в живых организмах, вкратце рассмотренная далее, представляет собой пример неразложимо сложной семиотической системы обработки знаков по протоколу для получения конкретного денотата (физического эффекта) аналогично языковым (лингвистическим) системам, созданным интеллектом животных и человека. Так же, как и в лингвистических системах, материальные конфигурации, выступающие в роли знаков, физически не зависят от денотатов, то есть физического эффекта, вызываемого знаком и происходящего на стороне обработчика. Эта физико-химическая разрывность (независимость физико-химических процессов, отвечающих за запись и представление информации, с одной стороны, и за обработку информации, с другой) является непременным условием передачи информации. Отсутствие разрывности неминуемо означает замыкание процесса в локальный детерминизм, что влечет отсутствие возможности передачи информации.

Иных семиотических систем, помимо живых организмов, о происхождении которых наука может только строить предположения, и искусственных языковых коммуникативных систем, созданных человеком или животными, обнаружено не было. В связи со сказанным, научная гипотеза об интеллектуальном происхождении самих живых организмов как семиотических систем не лишена оснований.
Collapse )

"Замороженная" случайность?

Подсмотрел вот здесь, комментарий 487.

0010-004-Do-istiny-dokapalis-Dzhejms-Uotson-i-Frensis-Krik-v-1953-godu
Джеймс Уотсон (слева) и Френсис Крик у модели открытой ими в 1953 г. молекулы ДНК.


An honest man, armed with all the knowledge available to us now, could only state that in some sense, the Origin of Life appears at the moment to be almost a miracle, so many are the conditions which would have to be satisfied to get it going. – Francis Crick

Честный человек, вооруженный знанием, которым располагаем мы сегодня, может сказать лишь то, что, в определенном смысле, происхождение жизни представляется в настоящий момент почти чудом: столь много условий необходимо удовлетворить для этого. Франсис Крик, лауреат Нобелевской премии за открытие совместно с Джеймсом Уотсоном молекулы ДНК, несущей генетический код.

Он же автор известного выражения “frozen accident” ("замороженная" случайность) в отношении живых организмов.

Жизнь, по мнению Ф.Крика, представляет собой некий моментальный снимок, зафиксировавший комплекс физико-химических процессов, минимально необходимый для жизнедеятельности клетки и ее репликации. При таком взгляде в воздухе повисает вопрос: а что обеспечило этот снимок, что или кто нажал на кнопку «фотоаппарата» в нужный момент времени? Ведь именно в этом и состоит главная проблема: как сформировался управляющий контур живого организма? Ведь совершенно очевидно, что клетка как целое функционирует с учетом удовлетворения требований прагматики (минимум энергии, автономность, репликация, обмен веществ), то есть критериев высшего уровня по сравнению с уровнем физической реализации. Физическая среда безразлична к формальным категориям прагматики. Ведь даже с точки зрения разделяющих это воззрение Ф.Крика, жизнь представляет собой сингулярность.

Но самое интересное, что эта "замороженная" случайность должна была быть умной настолько, чтобы смочь перед "заморозкой" саму себя аккуратно без фатальных ошибок закодировать, чтобы уметь воспроизвестись.

Все с той же ветки, комментарии 487 (Upright Biped) и 506-507 (Mung).

Mung жжет:

«Если бы не было физической разрывности (между знаком и тем эффектом, который он вызывает, будучи обработан), не было б нужды в адаптере» (имеется в виду механизм трансляции mRNA с помощью антикодонов tRNA и фермента aaRS, выполняющего роль протокола. Антикодоны tRNA и кодоны mRNA входят друг в дружку, как вилка в розетку, подробнее см. здесь - mns2012).
«Ваши комментарии насчет «замороженной» cлучайности заметил и посмеялся. Случайность не строит адаптеры».

Передача информации, Шеннон и интеллект




Claude_Shannon_Information_Theory
Клод Шеннон (1916-2001),
создатель математической теории информации связи

Представьте себе, что вы идете по дороге и видите под ногами на асфальте надпись мелом: «Здесь был Вася».
Collapse )