ДНК как информация

Прошло 65 лет после выхода статьи Уотсона и Крика о структуре ДНК и 18 лет после завершения программы Геном человека. Тем не менее, ученые продолжают спорить о том, что следует понимать под информацией, содержащейся в ДНК. Номер журнала Phil. Trans. R. Soc. A, вышедшей в 2016 году, посвящен этой проблеме. Ниже я выпишу из статей этого номера высказывания, относящиеся к информации.

Обложка номера журнала содержит изображение известного римского барельефа, которому дается современная трактовка. Меркурий держит жезл с двумя змеями, которые символизуруют структуру ДНК. Послание Меркурия передается Асклепию, который держит посох со одной змеей, символизурующей РНК. Три грации в свою очередь символизируют синтезированные белки.

Figure 1.

Eugene V. Koonin, The meaning of biological information

‘Биологическая информация, закодированная в геноме, фундаментально отличается и эффективно ортогональна энтропии Шеннона.’

‘Информация, закодированная в геноме определена вертикально, а не горизонтально.’

‘Качественно, биологическая информация, возможно, лучшим образом описывается как «значение» последовательности.’

‘биологическая информация — это прирост информации, который может быть экстрагирован выравниванием гомологических последовательностей посредством ограничения изменений в «значимых» позициях.’

Juan G. Roederer, Pragmatic information in biology and physics

‘Прагматическая информация определяется как связь между данным паттерном и последующим изменением, связанным с этим паттерном.’

‘Прагматическая информация является чисто биологической концепцией.’

‘физика — это продукт информационной обработки мозгом.’

‘В других словах, «мир там» работает без обработки информации до тех пор, пока не вмешивается живая система и не изменяет ход физики.’

‘Прагматическая информация не может быть выражена количественно.’

D. P. Varn, J. P. Crutchfield, What did Erwin mean? The physics of information from the materials genomics of aperiodic crystals and water to molecular information catalysts and life

‘Существует одна область, в которой биология возможно превзошла своих сестер-наук: включение информационной теории в описание физических систем. Мы считаем, что биология проложила концептуальный путь, который было бы неплохо перенять абиотических физическим наукам.’

‘Хаотическая кристаллография — это приложение теоретических информационно-вычислительных методов для открытия и характеристики структур материалов.’

‘Отличие биологической материи от просто физической материи заключается в том, что информация в первой кодирует организацию и что эта организация берет на себя каталитическую функцию посредством взаимодействий в структурно разнообразной среде.’

Sara Imari Walker, Hyunju Kim, Paul C. W. Davies, The informational architecture of the cell

‘В настоящее время не совсем точно понятно, какая концепция(и) информации наиболее релевантна для биологической организации. Поэтому мы далее рассмотрим несколько локальных и глобальных характеристик, адаптированных из информационной динамики и теории интегрированной информации соответственно.’

‘В дальнейшем мы используем термин «информационная архитектура» вместо «информация» или «информационный паттерн», поскольку архитектура предполагает ограничения физической структуры, в то время как паттерны в абстрактном представлении не связаны с необходимостью с физическим воплощением.’

‘Предыдуший анализ показывает, что то, что отличает биологию как физическую структуру не может являться исключительно каузальной структурой (топологией), вместо этого биология отличается ее информационной архитектурой, которая появляется как возникающее свойство комбинации топологии и динамики.’

‘Если это так, то биология может представлять собой новую границу в физике, когда информация (посредством распределенных корреляций в пространстве и времени) организована таким образом, чтобы направлять каузальные потоки.’

Christoph Adami, What is information?

‘Информация — это точная концепция, которую можно определить математически, но ее отношение к тому, что мы называем «знанием» не всегда понятно.’

‘Что такое информация? По-простому, информация — это то, что позволяет вам (тому, кто обладает информацией) делать предсказания с точностью, лучшей чем случайный выбор.’

‘Разница между энтропиями (например, до и после измерения) называется информацией. Вы видите, что информация реальна. Энтропия, с другой стороны, зависит от наблюдателя [is in the eye of the beholder].’

Peter R. Wills, The generation of meaningful information in molecular systems

‘Нуклеиновые кислоты обычно рассматриваются как источники закодированной информации, в то время как другие кополимеры, даже с последовательностью сравнимой сложности, не рассматриваются таким образом.’

‘Таким образом, ДНК была смещена с ее роли Главной Молекулы на роль информационного служащего квази-автономных биологических процессов, растущее число которых признается находящимися под взаимным эпигенетическим контролем. ‘

‘В соотвествии с этой интерпретацией генетический код вместо того, чтобы быть зафиксированным в унаследованной генетической информации, представляет собой сложный аттрактор неравновесной статистико-механической системы, динамика которой постепенно усовершествуется и вычислительно дифференцируется в результате серии фазовых переходов с нарушением симметрии в пребиотическом «фенотипе», а не как результат генетического копирования, мутаций и отбора.’

‘Информация, связанная с последовательностью единиц в полимере, ничего не означает сама по себе, но она может получить устойчивое значение по отношению к системе, которая ее интерпретирует и в которой она адекватно сохраняется в результате постоянного естественного отбора.’

Marcello Barbieri, What is information?

‘Однако, онтологический статус информации непонятен и в результате у нас есть две конфликтующие парадигмы в биологии. Одна из них «химическая парадигма», идеей которой является «жизнь — это химия», или более точно, «жизнь — это чрезвычайно сложная форма химии». Другая — это «информационная парадигма», точка зрения, что химии недостаточно, что «жизнь — это химия плюс информация».’

‘Сторонники химической парадигмы утверждали, что концепция информации является всего лишь лингвистической метафоры, словом, которое суммирует бесконечный ряд нижележащих химических реакций. Сторонника информационной парадигмы настаивают, что информация реальна и является фундаментальной компонентой живого мира, но они не могли доказать эту точку зрения.’

‘В настоящей работе показано, что решение онтологической проблемы информации существует. Оно появляется из идеи, что жизнь является артефактом, что гены и протеины являются молекулярными машинами, и что для артефактов с необходимостью требуются последовательности правила кодирования в дополнение к физическим и химическим величинам.’

‘С онтологической точки зрения информация представляет собой номинируемую величину (nominable entity), фундаментальную, но невычисляемую наблюдаемую величину.’

Две статьи, который обозревают и сравнивают между собой представленные подходы

Philip Ball, The problems of biological information

‘Для понимания того, как жизнь поддерживается и развивается посредством кодирования и обработки информации, необходимы новые идеи, среди которых кодирование генетической информации в ДНК, по всей видимости, является только одной частью гораздо более широкой и более глубокой головоломки.’

Peter R. Wills, DNA as information

‘Эта дихотомия информация/материя является частью проблем, которые занимали западную философию в течение веков. Для того, чтобы подчеркнуть этот пункт, мы обратимся к теологическим размышлениям Фомы Аквинского по отношению к христианской доктрине «инкарнации». Если Бог стал человеком, был ли человек, которым он стал (Иисус Христос) по-настоящему человеком?’

Информация

Phil. Trans. R. Soc. A, 13 March 2016; volume 374, issue 2063

http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/374/2063

В номере были статьи, которые я стал смотреть. Интересно отметить, что в конце номера есть перевод на английский статей Ю. Б. Румера, посвященных систематизации кодонов в генетическом коде.

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/176984.html

https://www.facebook.com/evgenii.rudnyi/posts/1202438903223860


Comments are closed.