В заключении я сделал вывод о том, что информация является фундаментальной силой, которая существует во всех объективных процессах, и что её необходимо учитывать при изучении биологии, физики, химии и других наук. Информация не требует наблюдателя для своего образования, преобразования и распространения, она присутствует во всех объектах и явлениях, которые существуют в природе. Понимание этой принципиальной особенности информации может помочь нам в решении многих научных задач и улучшении нашего понимания мира в целом.
Я откинулся на спинку кресла и общим взглядом посмотрел на те тезисы, которые записал. Мне всё понравилось, так что я закинул их своей помощнице – Аурелии. Это была система искусственного интеллекта, которая «жила» вместе со мной с самого моего рождения, поэтому знала всё как обо мне, так и понимала мои мысли и идеи. Я попросил Аурелию подготовить презентацию по тезисам, и она была готова через минут десять, так что я успел налить себе кружку душистого чая. Получившаяся презентация оказалась прекрасной, мне осталось поправить в ней буквально пару слов, после чего я отправил файл Василисе на проверку и оценку.
Через некоторое время Василиса ответила, что ей, конечно, нравится не всё, но она ждёт меня завтра на утренней планёрке с докладом.
* * *
Планёрка оказалась ежедневным утренним сборищем всех сотрудников проектной команды, которое осуществлялось при помощи видеоконференцсвязи. Я был удивлён, но Василиса не придумывала ничего и проводила планёрку прямо в рабочем чате, куда она меня подключила некоторое время назад и где тусовались все сотрудники. Они все подключились в течение пары минут, и Василиса рассказывала о текущих планах, вопросах и проблемах, после чего давала слово каждому сотруднику, который кратко рассказывал про свою зону ответственности. Я отметил для себя, что это довольно интересный метод ведения проекта.
В тот день в конце планёрки, когда все сотрудники уже высказались, Василиса объявила, что я приготовил доклад на тему применения теории информации в генетике, после чего дала мне слово. Конечно, раньше я уже выступал с докладами, да и удалённый способ коммуникаций был для меня не нов, но я всё равно волновался. Я запустил презентацию и показал свой экран коллегам.
Немного запинаясь, я рассказал про свою идею о том, что информация является фундаментальным феноменом нашего мироздания, а потому все процессы можно рассматривать как процессы преобразования информации из входных в выходные данные, после чего привёл примеры такого рассмотрения. Под конец я отметил, что именно это позволяет избавиться от концепции интерпретирующего наблюдателя, поскольку он был бы непреодолимым препятствием для теоретико-информационного описания процессов, происходящих в природе.
Когда я закончил, сразу несколько человек подняли руки, и Василисе пришлось выступить модератором, так как сотрудники проекта спешили выступить и задать мне вопросы. Я был немного огорошен, так как не ожидал такой реакции. Ах, если бы они ещё знали, что все эти идеи пришли ко мне во время медитации в парке, то, наверное, были бы более сдержанны в своих вопросах.
Первым выступил молодой человек по имени Всеволод. Обычно он очень тихо и спокойно докладывал о результатах своей деятельности, и я даже не особо понимал, что он делает на проекте. Он заявил:
– Идея о том, что в основе нашего мироздания находятся процессы преобразования информации, выглядит очень интересной, и её необходимо осмыслить в контексте нашего проекта. Тем не менее, я уверен, что эта идея уже глубоко проработана. Она не выглядит особо научной, так что надо поискать труды философского характера и узнать, что на эту тему думают лучшие умы человечества.
Я смутился. Действительно, нас же в университете учили тому, что свои научные концепции необходимо выстраивать на фундаменте имеющихся достижений. Очень редко, просто крайне редко можно найти какую-то уникальную концепцию, которая не связана с тем, что уже было, но наверняка это окажется какое-нибудь очередное «городское сумасшествие», как выражается мой отец. А я не просмотрел никаких источников, не сделал библиографического поиска, не провёл сравнительного анализа. Просто понадеялся на то, что пришедшая ко мне в голову идея оказалась такой крутой.
Не успел я хоть как-то ответить на этот вопрос, как слово взял другой сотрудник, с которым я пока ещё не был знаком. Он заявил, что многое, о чём я рассказал в своём докладе, очень спорно, причём до крайней степени. К тому же, как он выразился, он вообще не понял, для чего студента-первокурсника попросили занять их время, которого и так мало. Это меня вообще выбило из колеи, и я не нашёлся, что на этот выпад ответить.
Слово взяла Василиса и огорошила меня ещё больше. Она сказала, что я, конечно, сделал очень интересный доклад, и она уверена, что я достаточно глубоко погрузился в проблемную область, чтобы предложить такие интересные идеи для осмысления, однако она просила меня сделать доклад по совершенно иной теме, а именно – теоретико-информационный подход в генетике. А у меня относительно генетики был один слайд, да и то там были какие-то общие рассуждения, которые ещё проверить надо.
Я сидел и не знал, что ответить. У меня было такое ощущение, что я только что провалил экзамен. Василиса закончила планёрку, мессенджер отключил видеоконференцсвязь. Я продолжал сидеть, глядя в пустой экран. Но тут на нём появилась фотография Василисы, которая мне звонила. Я нехотя ответил, и она сразу же сказала:
– Послушай, Данила, ты, наверное, думаешь сейчас, что я на тебя рассердилась? Я поняла это по твоему лицу. Давай так, я – не твой преподаватель в институте, а тем более не учительница в школе. Я не оцениваю твои знания, не ставлю тебе оценку за твой доклад. Ты сделал доклад, мы выслушали и дали тебе обратную связь по нему. Воспринимай это как механизм своей собственной прокачки.
– Да, я понимаю.
– Поначалу это сложно, но я уверена, что у тебя получится. Давай, попробуй завтра сделать пятиминутный доклад именно про генетику. И пока не добавляй в презентацию всякие непроверенные идеи типа той, что ты сегодня выдал.
– Хорошо, я постараюсь сделать всё так, как ты просишь.
Я повалился на диван и начал думать. Получалось, что мои медитативные упражнения не привели ни к чему хорошему. Надо было просто покопаться в источниках, составить презентацию и сделать доклад по более узкой теме. Но, с другой стороны, если бы я не сделал этот доклад, я бы так и не понял, что от меня хотят.
На меня начали накатывать волны прокрастинации. Фактически, Василиса снова дала мне то же самое задание на целый день, и мне надо было за сутки подготовить новый доклад, а так как мне казалось, что я всё уже сделал, то мотивация была практически около нуля. С таким настроением я пошёл на улицу, чтобы пройтись. Я опять дошёл до того куста черёмухи, под которым вдыхал его благоухание, но теперь душистый запах цветов не возбуждал во мне никаких сложных эмоций – всё было подавлено текущим эмоциональным фоном. И это снова навело меня на интересную мысль.
Действительно, ведь прямо сейчас я получаю извне ту же самую информацию в виде запаха черёмухи, как получал вчера, когда медитировал на этом месте. Но при этом мой эмоциональный настрой совершенно иной. Никаких иных входных данных нет – также светит яркое солнце, также жужжат пчёлы, всё практически то же самое, так что и мои выходные реакции должны быть практически такими же, но они совершенно другие. И тут меня осенило – у меня же есть память, которая воздействует на процесс переработки входа в выход как некоторый «внутренний» параметр, дополнительные входные данные. Именно моя память влияет на текущее восприятие, меняя выходные реакции и вмешиваясь в процесс переработки входной информации.
А что такое память в этом конкретном случае? Это те мысли, которые роятся прямо сейчас у меня в голове, основанные на размышлениях о том, что было некоторое время назад. Мысли – это содержимое моего мозга, та информация, которая содержится в нём прямо сейчас. Другими словами, это текущее информационное наполнение мозга, его состояние.
Вот оно – состояние. На процесс переработки входной информации в выходную также может влиять внутреннее состояние того, что перерабатывает вход в выход. Моё настроение начало улучшаться, так как эта идея вновь показалась мне оригинальной и интересной для осмысления. Я тут же вернулся домой и полез в источники смотреть, что и как уже придумано по этому поводу. Задание Василисы вылетело у меня из головы.
* * *
Ближе к вечеру ко мне заглянул отец. Он с ходу заявил:
– Я посмотрел твоё выступление на планёрке. Очень достойно.
– Да? Ты смеёшься? Мне показалось, что меня все раскритиковали, а Василиса вообще заявила, что я не выполнил поставленной задачи. А теперь у меня не получается вникнуть в суть её требований, так как я снова углубился в изучение информационного подхода в основе мироздания.
– Хм. Не много ли на себя берёшь? Мироздание… А ну-ка расскажи, что ты там ещё придумал?
Я пересказал отцу свои мысли относительно состояния системы, перерабатывающей входные данные в выходные, которые пришли ко мне во время прогулки, и которые я обогатил к этому времени данными, которые нашёл в интернете. Отец сидел и слушал меня с закрытыми глазами. Когда я закончил, он резко встал и сказал:
– Поздравляю тебя. Если ты всё это придумал сам, то ты только что воспроизвёл суть кибернетического подхода к познанию окружающей действительности. Вам же в ваших университетах не преподавали кибернетику?
– Нет, но я прямо сегодня читал про неё.
– Ну, собственно, ничего нового ты не придумал. Извини меня, но всё это уже известно более ста лет. Однако мне нравится ход твоих мыслей. Похоже, что ты на верном пути при погружении в проект. А почему ты думаешь, что на планёрке тебя раскритиковали?
– Они же говорили, что я доложил какую-то псевдонаучную ерунду, которая очень спорна.
– Знаешь, эффект Даннинга-Крюгера – он такой. Каждый, кто мнит себя экспертом, часто не в силах осмыслить, насколько корректны его знания, так как для этого ему банально не хватает знаний. Не обращай внимания. Я тебе говорю, что ты на верном пути. По крайней мере, так мне говорит моя научная интуиция.
– Спасибо, пап. Подскажи, что мне делать с докладом, который просит Василиса?
– Ты должен сделать его. А поэтому пока отложи свои кибернетические изыскания и погрузись именно в ту тему, которая тебе дана. Что там нужно? Теоретико-информационная точка зрения на генетику? Ну так посмотри, как кодируется информация в генах, как она преобразуется, как она используется, при этом рекомендую тебе рассмотреть разные уровни – от молекулярного до уровня всего организма.
– Выглядит довольно сложно.
– Это только выглядит. Мне кажется, что ты за эти пару дней успел достаточно прокачаться, чтобы быстро всё осмыслить и сделать нормальный доклад.
Отец ушёл, а я открыл новый файл для написания тезисов и задумался…
Глава 3
Подсказки отца подействовали. Я довольно быстро накидал тезисы нового доклада, и у меня получился десяток слайдов. Действительно, оказалось всё не так сложно, как я боялся. Нет, конечно, если закапываться в тему, то можно сделать презентацию и с парой сотен слайдов, так как тема поистине безгранична. Но я ограничился только самыми поверхностными тезисами о том, как применяется теория информации в генетике и вообще в биоинформатике.
Всё оказалось одновременно и довольно тривиально, но в то же время очень интересно. Итак, генетическая информация потому и называется «информацией», так как в молекулах ДНК закодированы инструкции о том, как производить белки. Эта кодировка достаточно проста – используется всего лишь четыре буквы: А, Г, Т и Ц.
ДНК – это дезоксирибонуклеиновая кислота, огромная молекула, которая содержится в каждой клетке организма. В ядре каждой клетки содержится две копии ДНК, свёрнутые в так называемые хромосомы. Хромосомы – это Х-образные биомолекулярные комплексы, даже видимые в оптический микроскоп. У каждого вида живых существ используется свой набор хромосом, и, например, у человека таких хромосом 23 пары. Пары именно потому, что ДНК хранится в ядрах клеток в двух экземплярах.
ДНК состоит из нуклеотидов, если говорить очень упрощённо. Нуклеотиды – это и есть те самые четыре буквы генетического кода. Буква «А» обозначает аденин, буква «Г» – гуанин, буква «Т» – тимин и буква «Ц» – цитозин (или при помощи букв латинского алфавита – A, G, T и C). Аденин, гуанин, тимин и цитозин – это четыре нуклеотида, из которых состоит ДНК всех живых существ на планете, а также некоторых вирусов.
И вот тут как раз проявляется теоретико-информационный подход к генетике. Вместо того чтобы размышлять о ДНК, как о гигантской биомолекуле, состоящей из нуклеотидов, сцеплённых друг с другом в двойную спираль, имеет смысл абстрагироваться от этого и записывать последовательность нуклеотидов в виде букв генетического кода, которых всего лишь четыре. Геном человека состоит из двух цепочек ДНК, в каждой из которых примерно три миллиарда нуклеотидов, то есть это три миллиарда букв А, Г, Т или Ц, записанных друг за другом. Если предположить, что на одной странице формата А4 примерно 45 строк, в каждой из которых около 85 букв, то на странице умещается 3825 букв, а это значит, что весь геном человека можно уместить на 784 313 страницах убористого текста. Не так уж и много – всего лишь полторы тысячи книг, которые умещаются в небольшой библиотеке.
Но это всё – всего лишь самый первый уровень кодирования. Оказывается, что есть второй уровень, на котором в расчёт берутся три подряд идущих нуклеотида – так называемые «триплеты», и значение имеет комбинация букв в каждом триплете. Если на первом уровне существует 4 типа нуклеотидов, то на втором уровне есть 64 разных тройки нуклеотидов. Почему 64? Всё просто – на первом месте в тройке может быть любой из четырёх нуклеотидов, на втором – тоже любой из четырёх, и на третьем тоже любой из четырёх, а это значит, что для получения общего числа различных комбинаций троек нужно 4 умножить на 4 и потом ещё раз умножить на 4, то есть возвести 4 в куб, а это как раз будет 64.
Так вот второй уровень кодирования тройками нуклеотидов определяет, как строятся белки. Каждая тройка нуклеотидов определяет аминокислотный остаток, который добавляется к полипептидной цепочке при построении белка. Белки как раз и формируются из таких цепочек. Но тут интерес вызывает то, что в построении белков участвуют всего лишь 20 аминокислот, а разных вариантов троек нуклеотидов – 64. Оказывается, что некоторым аминокислотам соответствует несколько вариантов таких троек.
Я подумал, что это такой способ резервирования, поддержанный естественным отбором. Так вышло, что у подавляющего большинства живых организмов на Земле и всех вирусов белки состоят из одного и того же крайне ограниченного множества аминокислот, но каждая аминокислота кодируется несколькими вариантами триплетов – троек нуклеотидов. Я вспомнил, как отец однажды мне рассказывал про то, как инженеры используют принципы резервирования при конструировании надёжных систем из ненадёжных компонентов. Мне показалось, что и здесь в генетике используется нечто подобное.
На третьем уровне всё оказалось намного сложнее. Многие белковые молекулы оказались этакими механизмами, которые взаимодействуют с другими более мелкими молекулами – примерно как ключ с замком. Белок – это замок со скважиной, а ключ – это то, что называется сигнальной молекулой. Она подходит в скважину белка, а сама скважина называется рецепторным сайтом или просто рецептором. Фишка в том, что когда сигнальная молекула присоединяется к рецептору белка, белковая молекула изменяет свою трёхмерную конфигурацию, то есть то, как она свёрнута в пространстве. Это действительно можно представить как ключ и замок – если вставить ключ в замок и повернуть его, то из замка вылезет язычок. Ну в любом случае трёхмерная форма замка так или иначе изменится.
На биологическом языке это всё выглядит более строго: сигнальная молекула лиганда присоединяется к рецепторному сайту белка, в результате чего меняется трёхмерная конфигурация последнего, и тем самым реализуется функциональная особенность белковой молекулы. А вот на языке теории информации и кибернетики то же самое явление выражается совсем другим способом. Действительно, здесь имеет место информационный процесс, в котором на вход подаются две молекулы – сигнальная и белковая – и они соединяются в белковый комплекс, выполняя при этом определённую функцию с её результатом, после чего разъединяются, то есть на выходе имеются те же молекулы, а также результат выполнения функции белка. При этом у самой этой функции также есть входные и выходные молекулы. Например, для ферментов входными и выходными биомолекулами являются ингредиенты тех биохимических реакций, которые ускоряются соответствующими ферментами.
