Клетка как открытая информационная система

Сегодня получены экспериментальные данные, отражающие не только молекулярную, но и волновую (электромагнитную) природу генетического кода (Гаряев, Тертышный и др.1997-2008). Работы в этом направлении только-только начинаются. Вся проблема заключается в том, что современные представления о различных уровня взаимодействия (физические, химические, биологические) ограничены, поскольку не выделяют роль энергии и информации, как целостной материальной системы, в которой приоритет принадлежит информации атрибутивного уровня. Последнее свойство материи основывается на электромагнитной природе материи и её сверхслабых уровнях взаимодействия, которые выступают как информационные сигналы, для более высокоорганизованных уровней взаимодействующей материи. Информация - есть динамическая совокупность материальных форм-структур различной иерархии, определяющая их содержание и образующая системные структуры различного уровня. Изменения материальных форм-структур приводит к информационным изменениям физического состояния среды, объекта, сознания человека. В наших представлениях энергия и информация - это две составляющие одного явления - электромагнитного взаимодействия, с которого начинается любое взаимодействие в окружающем нас мире [Петров, 2006; Косов, Ярославцев, 2009; Ларионов, Ярославцев, 2008, - 2011]. В основе эволюции клетки и существования лежит представление о взаимодействии материи на основе квадрупольного строения (см. Гл.1) и организации всех её уровней от космофизико-химического, геохимического до биохимического. При этом нам представляется, что эволюция материальных систем непосредственно связана с эволюцией информационных систем, обеспечивших эти уровни организации материи. В которых атрибутивная информации эволюционировала до вербального уровня. Фенотипически, пространственно принадлежащей человеку разумному с его новым материальным эмерджентным свойством – самосознанием (функции совокупности сложных клеточных структур – мозга). Благодаря самосознанию человек начал познавать (создавая науку) окружающий материальный мир, эволюция которого породила его самого.

Обобщая современные научные знания, которые включаются человечеством в образование - естественнонаучное, гуманитарное и техническое необходимо отметить, что все они в совокупности определяют интеллект (научную, вербальную информацию) и общую культуру человека. Однако, естественнонаучное знание (естествознание) составляет материальную основу, базис для представлений о мире в целом и именно в нем скрыта (пока ещё окончательно не признанная) элементарная материальная единица отсчета, которая создала и регулирует всю сложнейшую, находящуюся в постоянном движении и развитии, систему материального мира (Шрёдингер,1972; Хокинг, 2007, Бураго, 2005, Бурлаков, 2008, Чернавский, 2000, Талбот, 2004,Петров,2011; Пригожин, 2002, Ларионов, 2003-2011).

В связи с этим уместно заметить, что существует множество различных представлений о возникновении науки (информация, законы взаимодействия разных уровней организации материи), как способа познания человеком окружающего мира. Науку представляют как особую форму мышления и познания мира. Открыв многочисленные словари и энциклопедии вы в этом убедитесь. В многообразии этих формулировок и представлений в сфере различных философских и социально-психологических взглядов можно просто утонуть или же заблудиться. Но если рассматривать науку, как естественный процесс эволюции материи различных уровней организации её, в плоть до самосознании (на основе эволюции клетки, как сложной информационной системы), что и представлено в Схеме (рисунок), обосновывающей и иллюстрирующей новую аксиому, то всё становится предельно ясно, - наука есть процесс познания материей самой себя [Ларионов, 2008-2011]. Самосознание - это эмерджентное свойство эволюционирующей биологической материи в форме Homo sapiens – человека разумного на основе клетки как открытой информационной системы.

Необходимо также обратить особое внимание на суть и роль информации, как научной категории, формирующей наше представление о мире, и тесно связанных с ней представлений об эволюции различных уровней организации материи, энергии, времени и пространстве [Ларионов, Косов, Ярославцев 2008, 2009, 2010, Петров, 2011], мы рассматриваем информацию, как управляющую категорию бытия, которая лежит в основе целостной системы материального мира. Элементарной единицей информации является определенная, сверхслабая электромагнитная форма состояния материи, в пространстве, а математически она представлена в виде аттрактора. Клетка, на основе рассмотренных сложных процессов митоза и мейоза, осуществляемых в ней, представляет собой определенный уровень эволюции информации на её более высокой ступеньке – генетической информационной системе. В процессе эволюции на пути дифференциации и специализации она объединилась в сложные самовоспроизводящиеся клеточные структуры, существующие изначально на основе атрибутивной информации на матричном принципе копирования сложных информационных систем типа ДНК и РНК. Эволюция же самой этой сложной информационной системы в форме клетки привела к появлению функционально ещё более сложных информационных и материальных структур (видов живых организмов, вплоть до человека), ставшего обладать ещё одним новым эмерджентным свойством эволюционировавших клеточных структур (органов у сложных эукариотических организмов) – самосознанием, дающим ему возможность познавать окружающий мир. Самосознание с точки зрения физики и химии является процесс сложнейшего взаимодействия живой формы материи изначально существующей на атрибутивном уровне, но эволюционно перешедшего на более высокий системный информационный уровень взаимодействия с внешней средой – вербальный, обусловленный эволюцией клетки на основе эволюции её генетический системы ДНК. Этот уровень информации в системно информационном плане является на сегодняшний день эволюции материи – высшим. Именно он является основой появления науки (материя познает сама себя) и её дальнейшего развития и существования. Исчезнет самосознание - исчезнет наука, а материя по-прежнему будет существовать на атрибутивном уровне.

Таким образом, мы сегодня в науке, на основе системных эволюционных представлений, формируем понимание об информации, существующей в двух формах: атрибутивной присущей всем уровням организации материи и вербальной, характерной для высшей эволюционной формы - живой материи, а именно, человеку (с его самосознанием). Сегодня вербальная информация переносится на электромагнитные носители, что обещает человечеству в будущем огромные возможности (я боюсь их даже называть) в управлении окружающим миром.

В рамках данной работы мы кратко, показываем процесс появления живой материи и эволюцию информационных систем от атрибутивного её уровня до вербального. Информационные механизмы, лежащие в основе взаимодействий различных уровней организации эволюционирующей живой клетки (которые с информационных позиций до конца ещё не ясны), характеризуют появление человека, как сложно организованной системы клеток (организма с множеством специализированных клеток и органов) с его эмерджентным свойством - самосознанием, как высшей формы адаптации и вербальной информации. Всё это однозначно показывает, что клетка как и все материальные тела во Вселенной, находящиеся на различных уровнях организации, являются открытыми информационными системами не зависимо от их иерархического уровня. Мир целостен и системен.

Вероятно, в связи с этим четыре аксиомы биологии, обобщенные Б.М. Медниковым 30 лет назад, справедливо могут быть дополнены новой, отражающей новый эволюционно-генетический взгляд на живую материю, но это не будет означать, что они неверны. Все это - очередные наши шаги к познанию истины, которая, по философской мудрости, - не что иное, как "заблуждение, которое, длилось много веков, а заблуждение - это истина, которая просуществовала лишь несколько минут". Важным же для нас здесь является то, что аксиомы биологии характеризуют именно жизнь, описывая её в сжатом (лаконичном) виде.

Способность живых систем сохранять целостным внутреннее стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды обуславливает их выживание. Для обеспечения такого состояния у всех организмов выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления. Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды является обязательным условием жизни была в 1857 г. высказана французским физиологом Клодом Бернаром. Состояние динамического равновесия организма с окружающей средой называется гомеостазом. Механизмы саморегуляции, обеспечивающие гомеостаз, действуют как на уровне организма, так и на уровне его структурных компонентов – клеток и молекул, их образующих, а также и на уровне популяций и экосистем.

Существующие у живых организмов способы регуляции имеют много общих черт с регулирующими устройствами неживых систем – машинах. И в том и в другом случае стабильность достигается определенной формой управления. Согласно теории управления, организм является открытой системой, поскольку он нуждается в постоянном обмене веществом и энергией с окружающей средой. Термодинамически стабильным с окружающей средой организм может стать только после смерти. Мерой эффективности регулирующей системы является степень отклонения регулируемого параметра от оптимального уровня и скорость возвращения к такому уровню. Система адаптации к внешним изменяющимся воздействиям основана на постоянно осуществляемом процессе дифференциации и прогрессирующей интеграции её элементов и обратной связи.

В ответ на нарушение постоянства внутренней среды организма, обусловленное изменением внешней среды в клетках тканей происходит включение или выключение соответствующих биохимических процессов, также обусловленное деятельностью генов. Таким образом, дифференциальная активность генов является одним из важных механизмов в системе, обеспечивающей гомеостаз организма. Во внутриклеточных информационных потоках участвуют ДНК, локализованные в хроматиновом веществе, мРНК, переносящие информацию из ядра в цитоплазму, цитоплазматический аппарат трансляции (тРНК, рибосомы, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе информационного потока полипептиды, приобретая определенную структуру, используются либо в качестве структурных белков, либо в качестве ферментов, обуславливая эпигенетические процессы в клетке под действием внешних условий. В информационной передаче внешних воздействий на клеточном уровне важнейшее участие принимает на молекулярном уровне вода (см.Гл 1.).

С позиций целостности материального мира развертывание генетической информации осуществляется на основе сверхслабых электромагнитных воздействий на клетку, где каждый ген имеет присущую ему электромагнитную характеристику. Тогда, на основе резонансных явлений, начиная с ядерного магнитного резонанса на уровне атомов и молекул, начинается экспрессия гена и включаются и поддерживаются сложные биохимические процессы формирования специфических белков, а в дальнейшем признаков организма. При этом молчащие гены не проявляют активности вследствие несогласованности электромагнитных сигналов окружающей среды, которые могут вызвать активность этих генов. Таким образом существует определенный диапазон электромагнитного состояния окружающей среды, который не является запускающим механизмом (триггером) необходимым для экспрессии этих генов. Это означает, с нашей точки зрения, что эволюционные процессы формирования этих генов протекали в других условиях окружающей среды. Известно, что изменение солнечного электромагнитного спектра, приводит к появлению мутаций и вымиранию отдельных организмов и видов живых организмов.

В связи с этим становится понятным то, что включение и выключение генов связано с состоянием и воздействием окружающей среды на фенотип и его формирование, т.е. включение и выключение гена находится во внешней среде. На наш взгляд это не позволяет современной генетике вскрыть суть формирования фенотипа на основе генотипа, так как она замкнулась на биохимических внутриклеточных процессах функционирования генетического аппарата (необходимо образно говоря выйти из клетки).

Таким образом живая материя представляет нам в виде открыто-закрытой информационной системы, где эволюция клетки осуществляется на матричном принципе и отражает собой процесс дифференциации материи, который первоначально осуществляется во Вселенной на электромагнитной основе (Петров,2006,2011). Так происходило и происходит образование химических элементов в космосе, так образовывалось органическое вещество, так создавались первые клетки и многоклеточные организмы. Но главным элементом в этом космическом эволюционном процессе является наличие атрибутивной информации, носителем которой являются электромагнитные поля и излучения. На основе этого происходит образование и эволюция клетки, как следствие эволюции её информационных систем, при формировании различных уровней организации материи (космофизико-химический, геохимический, биохимический), вплоть до живых организмов, функционирующих на принципе прямой и обратной связи с внешней средой.

Контрольные вопросы

6. Что такое аксиома и какова суть существующих аксиом биологии?

7. Принципы создания жизни (эволюция клетки, формы её существования) и управления ею.

8. Какова суть новой пятой обобщающей аксиомы биологии?

9. Клетка как открытая информационная система и энергоинформационная матрица.

Не слишком верю я отцам

И, если до конца быть честным

Совсем не верю молодцам,

Которым всё давно известно.

А. Ларионов Давний спор.

Сб. стихи "Перемена знаков".

Ростов-на-Дону, 2011г.