Глава 3. Виды семиотических систем

Передача информации на генетическом уровне

В природе существует бесчисленное множество высокоупорядоченных систем. Это и снежинки, и

кристаллы, и каждое растение, и любое живое существо — от простейшего одноклеточного до человека.

Живые объекты отличаются от неживых способностью к размножению, росту, различным формам движения,

приспособляемостью к внешней среде и т.д.

Особенности строения и поведения различных живых организмов являются предметом изучения многих

наук: химии, биологии, медицины, физиологии и др. Каждая из этих наук, используя свои методы и подходы,

выявляет законы, которым подчиняются происходящие в живых системах процессы. Теоретическая

информатика, кибернетика относятся к тем дисциплинам, в которых изучается поведение живых объектов, но

при этом основное внимание уделяется особенностям происходящих в них информационных процессов. С

точки зрения

информационной науки интерес для исследователей представляют такие проблемы, как способы ко-

дирования информации, ее хранения, передачи, преобразования из одной формы в другую.

Несмотря на большое разнообразие форм и видов живых организмов, у них есть одно общее свойство. Их

строение, индивидуальные особенности, а также характер протекающих в них процессов определяются

информацией, которая передана им «по наследству».

Элементарной живой системой, способной к самостоятельному существованию, самовоспроизведению

(делению) и развитию, является клетка. Она — основа строения и жизнедеятельности всех животных и

растений. Наблюдая за изменениями в живой клетке на различных этапах ее существования, ученые

установили, что все происходящие в ней физические и химические процессы подчиняются основным законам

природы: законам сохранения энергии, сохранения количества движения и сохранения материи. Но только

этими законами нельзя объяснить целесообразное поведение живых систем, в частности их способность

приспосабливаться к изменениям в окружающей среде, расти, размножаться и т.д.

Любая система управляема, если она организована, упорядочена. То, что в живой клетке длительное время

поддерживается высокая степень организованности, позволяет предположить, что одним из фундаментальных

свойств живой материи является внутренняя потребность в саморегуляции. При этом основную роль играет

информация - всеоб-

щее свойство материи, проявляющееся в целенаправленном взаимодействии элементов всех систем

материального мира.

Рассмотрим, как протекают информационные процессы в живом организме на примере передачи

наследственной информации с помощью молекулы ДНК, структуру которой впервые описали в 1953 г.

американские ученые Ф.Крик и Дж.Уотсон. За открытие двойной спирали ДНК в 1962 г. они были удостоены

Нобелевской премии. Это открытие носит фундаментальный характер в плане понимания строения и

функционирования живых систем.

Подобно конструкторскому проекту, содержащему подробное описание всего, что требуется для

изготовления самолета или, например, автомобиля, молекула ДНК содержит всю необходимую информацию

для построения живой системы - отдельной клетки и всего организма, представляющего собой целесообразное

объединение живых клеток в системный объект, в самостоятельно функционирующий организм.

По мере старения организма некоторые клетки отмирают, некоторые погибают в результате внешних

воздействий. Для того чтобы живой организм в этих условиях продолжал существовать, необходимо

периодически восполнять утраченные клетки. Это становится возможным благодаря способности живых

клеток делиться, размножаться. Именно благодаря этой способности клеток раны на теле заживают, царапины

затягиваются и исчезают. У некоторых животных даже могут восстанавливаться це-

лые органы: у ящерицы, например, на месте оторванного хвоста отрастает новый.

Через какой-то промежуток времени большинство тех клеток в организме, из которых он был образован

при рождении, отомрут. Вместо них в результате деления появятся новые клетки. Но основные свойства

организма как живой системы останутся неизменными. Это происходит потому, что в процессе деления новым

клеткам передаются «по наследству» все свойства и особенности родительской клетки. Именно эту задачу

выполняет молекула ДНК.

С информационной точки зрения ДНК можно уподобить жесткому диску персонального компьютера, в

котором хранится огромное количество данных. Информация кодируется в молекуле ДНК с помощью четырех

основных азотистых соединений -аденина, тимина, гуанина и цитозина (для краткости будем их обозначать

буквами - соответственно А, Т, Г, Ц). Последовательность, в которой расположены эти элементы, уникальна

для каждого организма, она образует его генетический код [15, 57].

Агеев Владимир. Семиотика. М.: Издательство «Весь Мир», 2002. - 256 с. - (Весь Мир Знаний). 25

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 26

Что же представляет собой этот живой «банк данных» и каков механизм «записи» информации в нем?

Мысленно можно выстроить такую простую модель: представим себе длинную, скрученную вдоль оси

лестницу, боковины которой составлены из молекул сахара и фосфатов, а перекладины - из азотистых

оснований. Азотистые основания соединяются, образуя перекладины не как попало, а строго определенным

образом: аденин всегда соединяется только с тимином, а цитозин - только с гуанином. В результате лестница

оказывается составле-

ной как бы из двух половинок, двух цепей, симметричных друг другу (см. рис. 11).

Рис. 11. Модель двойной спирали ДНК

АТ-АТ

ГЦ-ГЦ

ТА-ТА

........

От того, в какой именно последовательности расположены пары азотистых оснований на образованных

ими «перекладинах», и зависит генетическая информация, содержащаяся в молекуле ДНК.

Генетический код можно уподобить тексту, написанному на языке, алфавит которого содержит только

четыре буквы: А, Т, Г и Ц. Синтаксические правила этого языка допускают лишь определенные комбинации

этих букв при образовании четырехбуквенных «слов» (буква Т должна соседствовать с А, а Г - с Ц, как

показано на рис.11). Последовательность таких слов образует текст сообщения о всех свойствах организма, то

есть его генетический код.

В процессе деления клетки двойная спираль разворачивается и «лестница» разделяется на две цепочки, две

половинки (рис.12), каждая из которых является точной копией другой. Одна половинка остается там, где

находилась до деления целая молекула ДНК, другая становится собственностью новой клетки, появившейся в

результате деления. После этого каждая из половинок «лестницы» дополняется

до целой путем присоединения к ней азотистых оснований в соответствии с указанным выше правилом: к

элементу Т может подсоединиться только элемент А, к элементу Г - элемент Ц, к А - Т, к Ц -А. Это

происходит по всей длине цепочки, в результате чего появляется полноценная молекула ДНК, являющаяся

точной копией той, которая находилась в клетке до деления.

Рис. 12. Модель процесса деления молекулы ДНК

Это весьма упрощенная модель процесса деления молекулы ДНК, однако она дает представление о

принципе, на котором основан механизм передачи информации при делении живых клеток.

Информацию, закодированную в молекуле ДНК, можно уподобить информации, содержащейся в

компьютерной программе. При возникновении той или иной ситуации компьютер обращается к соответ-

ствующей программе и выполняет записанные в ней инструкции. Примерно то же происходит и в живой

клетке. По этому поводу Билл Гейтс, основатель корпорации «Майкрософт», сказал: «Молекула ДНК похожа

на компьютерную программу, но она является гораздо более совершенной, чем любой программный продукт,

который мы когда-либо создали».