Глава пятая
ДИНАМИКА ИНФОРМАЦИИ
Возникновение генетической информации
Из сказанного выше следует, что проблема возникновения самовоспроизводящихся информационных биологических систем, вместе с кодирующей их информацией, есть не что иное, как проблема происхождения жизни. Действительно, как писал К. X. Уоддингтон [1], "Система может быть названа живой, если в ней закодирована передаваемая по наследству информация, если эта информация иногда претерпевает изменения и если измененная информация также наследуется" (стр.13).
Как уже отмечалось (см. главу 3), идея о том, что живые объекты представляют собой такое единство генетических (т. е. информационных) и негенетических компонентов, что последние предназначены для обеспечения воспроизведения первых, была сформулирована Г. Меллером [2]. Тем самым были поставлены три взаимосвязанных вопроса: что такое генетические структуры? как они могли образоваться? как они контролируют синтез структур негенетических? Первый и третий вопросы сейчас, можно считать, решены (см., напр., [3]). Наследственные структуры представляют собой молекулы РНК или ДНК, в которых генетическая информация записана последовательностью четырех оснований, а синтез негенетических структур осуществляется через промежуточный этап – матричный синтез т-РНК и и-РНК с участием специализированных устройств – рибосом. Остается ответить на вопрос о том, могли ли и как именно спонтанно возникнуть первичные молекулярные носители информации (а), информация, в них содержащаяся (б), а также реализующие ее устройства (в). Все нынешние попытки решить проблему происхождения жизни вращаются, по существу, вокруг этих трех вопросов.
Как было упомянуто в предыдущих главах, новая информация может быть создана в процессе естественного дарвиновского отбора. Остановимся на этом подробнее. Какие свойства являются необходимыми для отбора и эволюции?
Система, обладающая способностью к самоотбору, должна стабилизировать свои определенные структуры, отбирая наиболее благоприятные варианты среди распределения возникающих конкурентов, имеющихся в каждый момент времени. В такой системе должен быть заложен элемент обратной связи, осуществляющий закрепление устойчивости наиболее выгодных вариантов. Необходимое свойство обратной связи – это способность к автокатализу, т. е. самовоспроизведению.
Необходимыми свойствами для дарвинского поведения на молекулярном уровне являются:
1. Метаболизм - как образование, так и разложение молекулярных видов должны быть независимы друг от друга и спонтанны; отбор должен действовать только на промежуточные состояния, которые образуются из высокоэнергетических предшественников и превращаются в низкоэнергетические отходы. Система должна использовать освобождающиеся энергию и вещество.
Система должна быть далека от равновесия.
2. Самовоспроизведение - способность инструктировать свой собственный синтез.
3. Мутабильность. Точность самовоспроизведения всегда ограничена хотя бы из-за теплового шума. Ошибки копирования – основной источник новой информации. Но для темпа мутаций существует пороговое значение, при котором скорость эволюции максимальна и не может быть превышена без потери всей информации.
Здесь мы должны отметить новое, по сравнению с критериями эволюции добиологического периода, требование самовоспроизведения, т. е. автокатализа. Дарвиновский отбор таких самореплицирующихся единиц гарантирует эволюцию информации, будь то короткие цепочки нуклеиновых кислот или сложные организмы.
Первыми самовоспроизводящимися единицами были короткие цепочки нуклеиновых кислот. Они воспроизводимо реплицировали цепи длиной только 50-100 нуклеотидов [4]. Для дальнейшей эволюции, – увеличения точности копирования и количества информации – требовались катализаторы, которые тоже должны были воспроизводиться (аппарат трансляции). Первыми самовоспроизводящимися структурами нуклеиновых кислот с устойчивым информационным содержанием были молекулы типа т-РНК. Для самой простой системы аппарата трансляции требуется количество информации на порядок больше, чем в этих первичных молекулах т-РНК. Аппарат трансляции должен был включать несколько таких единиц, имеющих сходные функции, но разную специфичность. Этого нельзя было достичь посредством сочленения их в одну большую единицу (из-за порога ошибок) или в компартмент (из-за конкуренции между ними). Это было возможно лишь при образовании функциональных связей между всеми самовоспроизводящимися единицами.
В 70-х годах М. Эйген с сотрудниками [5] разработал и опубликовал ряд работ, в которых показал, что дальнейшее накопление и эволюция информации возможны на основе гиперциклов.
Гиперцикл – это средство объединения самовоспроизводящихся единиц в устойчивую систему, способную к эволюции. Гиперцикл построен из автокатализаторов, или циклов воспроизведения, которые связаны посредством циклического катализа, наложенного на систему. Гиперцикл основан на нелинейном автокатализе (второго или более высокого рангов), который обязательно включает связи типов стимуляции, репрессии и дерепрессии. Это и есть то отличительное свойство живых организмов, о котором пишет Н. Н. Моисеев, – только живые организмы имеют отрицательные обратные связи [6]. Никакая другая организация (компартмент, нециклические цепи) не способны обеспечить:
- конкуренцию в популяциях самореплицирющих единиц дикого типа, что гарантирует сохранение их информации;
- сосуществование нескольких популяций самореплицирующихся единиц и популяций их мутантов;
- объединение этих единиц в систему, способную к эволюции, где преимущество одной единицы может быть использовано всеми членами системы.
Для существования каталитического цикла достаточно, чтобы один из интермедиатов был катализатором для одной из последующих реакций. Каталитический цикл, имеющий биологическое значение, – репликация одноцепочечной РНК [5, 7]. нтермедиаты (плюс- и минус- цепи) участвуют в цикле как матрицы для своего взаимного воспроизведения. Нуклеозидтрифосфаты являются высокоэнергетическим строительным материалом. Каталитический гиперцикл состоит из самореплицирующихся единиц с двойными каталитическими функциями: в качестве автокатализатора интермедиат способен инструктировать свое собственное воспроизведение, а также оказывать каталитическое воздействие на воспроизведение следующего интермедиата.
Одним из уникальных свойств гиперциклов является их селекционное поведение. Отбор гиперцикла – "раз и навсегда". В обычной дарвиновской системе благоприятные мутанты имеют селективное преимущество и могут размножаться, их способность к росту не зависит от размера популяции. В гиперцикле селективне преимущество является функцией численности популяции из-за существенно нелинейных свойств гиперциклов, и уже существующий гиперцикл не может быть заменен "новичком", так как новый вид всегда появляется сначала в количестве одной (или нескольких) копий. Это свойство может объяснить универсальность генетического кода. Этот код окончательно установился не потому, что был единственно возможным, а потому, что здесь работал механизм "раз и навсегда" [8].
Предложенная модель гиперцикла связана с молекулярной организацией примитивного аппарата репликации и трансляции.
Гиперциклическая организация обусловливает стабилизацию и адаптацию всех компонентов системы. Она усложняется в ходе эволюции путем мутаций и дупликаций генов.
Образование аппарата трансляции открыло путь к развитию функции гетерокатализа и биологической эволюции. Первыми живыми информационными системами были первые клетки прокариот. В информационных системах живых клеток установились новые законы естественного – дарвиновского – отбора и новые типы информации.
Снова обратимся к двум не зависящим друг от друга свойствам – аутокатализу, т. е. каталитическому синтезу самого себя, и гетерокатализу, т. е. каталитическому синтезу совершенно иного соединения. Каковы условия создания генетической информации? Можно представить себе колыбель генетической информации или зону комфорта как экстремум распределения гетерокаталитической активности (р) на некотором пространстве режимов, где р близко к максимально-возможному значению. Тогда на границах зоны комфорта, где величина р будет все более уменьшаться, вполне допустимы ситуации, когда определенные виды гетерокаталитической активности будут вызывать не уменьшение, а возрастание р (т. е. где Р>р). Естественный отбор, конечно, будет подхватывать и "закреплять" такие последовательности оснований, которые на гетерокаталитическом уровне сопровождаются указанным эффектом. Очевидно, что в разных участках периферии зоны комфорта одни и те же следствия, т. е. соотношение Р>р, смогут обеспечиваться разными гетерокаталитическими особенностями. Репродукция носителя вместе с содержащейся в нем информацией будет достигаться разными путями.
В условиях, отдаленных от зоны комфорта, отбор будет идти по пути формирования такого рода гетерокаталитических структур, химическая активность которых будет способствовать локальной имитации зоны комфорта в их непосредственной близости. Каждый акт репродукции таких структур будет, с одной стороны, возвращать условия в этих локальных областях к исходному состоянию, а, с другой, будет "сообщать" дочерним молекулам, "что надо делать, чтобы воспроизвести себя в этих условиях", и процесс приобретает циклический характер.
Предыдущий абзац, по существу, представляет собой описание работы информационных систем 1-го рода, реализованных на молекулярном уровне. Хотя такие молекулы и можно назвать "живыми", но это, конечно, далеко еще не "живые организмы". Живыми организмами, индивидуумами, или неделимыми, мы называем обычно не молекулярные носители информации, а комплексы этих носителей с порождаемыми ими операторами, комплексы, отделенные от внешней среды и располагающие, таким образом, средой внутренней [9]. Функция оператора носителей информации здесь не исчезает, но проявляется в создании системы структур, которые этот носитель окружают и обеспечивают его обособление от внешней среды. Только такие структуры и обеспечивают периодическое возникновение во внутренней среде зоны комфорта. Благоприятствовать появлению таких живых может лишь постепенное продвижение их предшественников из зоны комфорта (где p≈1) в удаленные от нее области пространства режимов, для которых р≈0. Условием возникновения живых организмов, следовательно, является постепенное проникновение их предшественников в такие участки пространства режимов, где спонтанное возникновение и размножение носителей генетической информации практически исключено.
Здесь мы использовали термин, имеющий смысл только по отношению к живым индивидуумам, т. е. к организмам или биологическим объектам, – термин "генетическая информация". Все такие объекты, от простейших прародителей прокариот до современных гигантов мира растений и животных, можно относить к информационным системам 1-го рода – все они обладают прекрасно развитыми операторами, структурно независимыми от носителей информации, но пространственно составляющими с ними единое целое, отделенное от внешней среды. Кодирующую строение и функции этих операторов информацию мы и называем генетической, а сами операторы – негенетическими или соматическими компонентами клеток и организмов. Определение терминов "генотип", "фенотип" и других, связанных с ними, можно найти в любом учебнике генетики (см., напр., [3]), и останавливаться на этом нет смысла.
Логическая последовательность событий, приводящих от возникновения простейших потенциальных носителей информации к простейшим организмам – информационным системам 1-го рода, конечно, не зависит от того, какими конкретными путями осуществлялись те или иные ее этапы. Не имеет смысла также обсуждать вопрос, относящийся к моно- или полифилетическому происхождению организмов, – в действительности, по-видимому, реализовывались все логические возможности. Полезнее сосредоточить внимание на вычленении ключевых событий генезиса и эволюционирования феномена жизни и тех условий, которые определяли осуществление этих событий.
Требования к информации и операторам
Сказанное выше позволяет сформулировать те требования к информации и кодируемым ею операторам, соблюдение которых является необходимым условием для того, чтобы их совокупность могла составить информационную генетическую систему.
Информация должна быть закодирована на носителе, допускающем возможность реализации двух ее ипостасей, т. е. возможность проявлять себя то в осуществлении гетерокатализа, то в осуществлении аутокатализа. В первом случае будет реализовываться присущая информации действенность, т. е. построение кодируемого ею оператора и управление его функционированием, а во втором – размножаемость. Пример такого носителя мы уже видели – это полимерные молекулы апериодического строения, такие, как молекулы РНК или ДНК ныне живущих организмов. Можно полагать, что в простейшем случае "тумблером", осуществляющим "переключение" функций информации с гетерокатализа на аутокатализ и обратно, может служить концентрация в окружающей среде определенных химических соединений: когда концентрация мономеров разных типов, составляющих молекулу-полимер, достигает критического значения (имитируя зону комфорта), "срабатывает" аутокатализ, число молекул-носителей начинает возрастать, а концентрация окружающих их мономеров -уменьшаться; это вызывает "включение" функции гетерокатализа, и молекулы-полимеры вновь начинают индуцировать в окружающей их среде синтез мономеров, и начинается новый цикл. Эта схема может служить ключевой к работе любой информационной системы. Другое дело, что, прежде чем информация получит возможность проявить себя как ауто- или гетерокатализатор, может потребоваться "перевод" ее на разные системы записи или же функции эти будут проявляться не непосредственно, а через посредство ряда промежуточных этапов, с участием многочисленных устройств-медиаторов (различных ферментов, например), – но суть дела от этого не изменится.
Функции гетерокатализа, таким образом, сводятся к тому, чтобы обеспечивать успешное выполнение аутокатализа. Специфика гетерокаталитическои функции и составляет семантику информации.
Здесь важно подчеркнуть еще одно, уже упоминавшееся, требование к генетической информации: изменение ее гетерокаталитическои функции не должно никак сказываться на свойстве осуществлять аутокатализ (при необходимых условиях, конечно). Это может реализовываться лишь в одном случае – когда та и другая функции осуществляются независимо друг от друга, совершенно разными механизмами, т. е. когда механизм аутокатализа не зависит от семантики информации, хотя именно семантика и определяет конкретные формы его "срабатывания". В случае, если для реализации информации и ее репликации используются ее копии на разных носителях, это требование выполняется автоматически. В случае же, когда используется единственная копия, выполнение этого требования обеспечивается разделением обеих функций во времени, т. е. цикличностью действия информационной системы.
Соответственно этому и операторы, обеспечивающие выполнение этих функций, могут иметь либо разные считывающие устройства, и тогда они способны функционировать одновременно, либо одно, общее, считывающее устройство, и тогда должны работать "посменно". При этом роль операторов, реализующих функцию гетерокатализа, состоит в обеспечении постоянства внутренней среды информационного объекта при максимальном разнообразии внешних условий; а роль операторов, реализующих функцию аутокатализа, состоит в обеспечении осуществления этого процесса при максимально стабильных состояниях внутренней среды. В случае живых организмов удовлетворение этим требованиям операторов реальных информационных систем проявляется в том, что при удивительном разнообразии их фенотипов и условий обитания те механизмы, которые осуществляют репликацию генетических структур и прежде всего удвоение ДНК, отличаются поразительной универсальностью. Практически это используется в генетической инженерии.
И, наконец, почти очевидное требование – требование полного взаимного соответствия информации и операторов, слагающих одну информационную систему. Это должно выражаться как в общности языка, на котором записана информация и на который "настроены" считывающие и реплицирующие устройства, так и в идентичности способов фиксации информации, поступающей на "вход" информационной системы и образующейся при ее функционировании.
Но сформулированные выше требования к информации и операторам – лишь необходимые, но еще не достаточные для того, чтобы слагаемая ими информационная система могла успешно функционировать. Для этого нужно, чтобы было выполнено еще одно требование – требование комплементарности информационной системы и тех условий, в которой ей надлежит обитать.
Принцип адекватности и экологические ниши
Взаимное соответствие информации и операторов, составляющих единую информационную систему, а также комплементарность этой системы и условий той внешней среды, где ей предстоит функционировать, можно назвать "принципом адекватности", несоблюдение которого чревато разрушением и гибелью информационных систем. Чем разнообразнее внешние условия, чем больше размерность пространства режимов таких систем, тем сложнее должны быть устроены их операторы и, следовательно, тем большее количество информации требуется для их кодирования. Конкретная специфика условий будет отражаться в семантике информации и структурных особенностях операторов. Степень адекватности информации, операторов, его кодируемых, и условий внешней среды будет выражаться в ценности данной информации при ее использовании в данной точке пространства режимов.
Рассмотрим теперь более внимательно отношения, которые могут складываться между информационной системой и внешней средой. Однако, прежде чем это сделать, необходимо дать достаточно строгие определения трем уже использовавшимся нами терминам – "пространство режимов", "среда обитания" и "экологическая ниша".
Пространство режимов – это, как мы уже отмечали (глава 2), математическое многомерное пространство, по каждой оси которого отложены нарастающие значения одного из факторов, "жизненно необходимых" для осуществления события цели. Размерность этого пространства, соответственно, равна числу таких факторов. На пространстве режимов может быть распределена вероятность р спонтанного осуществления Z, а также вероятность Р его осуществления при использовании данного оператора Q,. Поверхности, описывающие такие распределения, могут не перекрываться, а могут перекрываться частично или полностью, так что объем пространства режимов, содержащий его область, где р > О, может входить в область для Р > 0, а может занимать и совершенно обособленное положение, особенно если размерности пространства режимов для спонтанного и целенаправленного осуществления Z не одинаковы.
Размерность пространства режимов какого-либо оператора -очень важная характеристика этого оператора, отражающая число факторов, с которыми ему необходимо взаимодействовать при осуществлении данного целенаправленного действия. Объем области пространства режимов, где Р > 0, отражает то разнообразие комбинаций значений жизненно необходимых факторов, при которых событие Z может осуществляться. Это зона осуществления Z. В случае спонтанного осуществления Z та область зоны осуществления, где p≈1, и есть "зона комфорта".
Особое значение имеет область зоны осуществления Z, где р или Р, отнесенные к единице времени, превышают значения р' или Р', выражающие вероятность гибели в единицу времени объектов класса Z. Это – зона мультипликации (спонтанной или индуцированной) событий класса Z.
Среда обитания, в отличие от пространства режимов, – это реальная среда, содержащая жизненно необходимые факторы в соотношениях, соответствующих зоне осуществления Z. Кроме них, среда обитания может содержать еще ряд факторов, как безразличных для осуществления Z, так и препятствующих ему.
Экологическая ниша – это та область среды обитания, в которой соотношение всех жизненно необходимых факторов соответствует зоне мультипликации Z, а давление помех не настолько выражено, чтобы существенно ее деформировать.
Таким образом, как зоны обитания, так и экологические ниши – это реальные участки пространства, разбросанные по нашей планете, причем одинаковые зоны обитания или экологические ниши идентичны только в отношении сочетаний жизненно необходимых факторов, но могут существенно различаться по факторам, безразличным или выступающим в роли помех. Число факторов, входящих в реальные зоны обитания или экологические ниши, может быть самым разным, равным или превышающим размерность пространства режимов, которая, таким образом, ограничивает его снизу. Поэтому один и тот же участок реального пространства может включать в себя несколько разных зон обитания и экологических ниш.
Теперь мы можем достаточно строго сформулировать принцип адекватности информационных систем и внешней среды. Адекватными данной информационной системе будем называть те области внешней среды, которые по отношению к ней могут выступать в роли экологических ниш. Только в таких областях информационная система может воспроизводить себя, постоянно увеличиваясь в численности. Мерой адекватности здесь, следовательно, может служить степень превышения р над р' или Р над Р' или, если речь идет о ситуациях, когда р≈0, величина ценности С информации, кодирующей данную информационную систему.
Элементарные экологические ниши
Мы уже достаточно много говорили об идентичности информационных систем 1-го рода и живых организмов, для того чтобы употреблять эти термины как синонимы. Соответственно факторы среды обитания (и, конечно, пространства режимов) можно разделить на две группы: те, происхождение которых никак не связано с деятельностью живых организмов, и те, наличие которых так или иначе обусловлено их жизнедеятельностью. Факторы первой группы будем называть абиогенными, а второй – биогенными.
Очевидно, что в период, предшествовавший зарождению жизни на нашей планете, т. е. более 4 млрд. лет назад, биогенные факторы вообще отсутствовали. Периодически возникающие в разных участках Земли зоны комфорта, где могли зарождаться и даже мультиплицироваться простейшие потенциальные носители информации, а также спонтанно складывающиеся потенциальные экологические ниши, которые могли "заселяться" простейшими информационными системами, слагались, конечно, только из факторов абиогенной природы. Биогенных факторов просто еще некому было производить.
Это позволяет нам ввести понятия "элементарные пространства режимов" и "элементарные экологические ниши", называя таковыми соответствующие объекты, не содержащие ни одного биогенного фактора. Следовательно, элементарные экологические ниши – это такие участки среды обитания, которые содержат все факторы, необходимые и достаточные для заселения их простейшими организмами, причем все эти факторы имеют абиогенную природу. Такие, еще необитаемые, но пригодные для заселения участки внешней среды будем называть потенциальными элементарными экологическими нишами.
Совершенно ясно, что абиогенное формирование потенциальных экологических ниш должно было предшествовать возникновению элементарных информационных систем, иначе таким системам, случайно и спонтанно образующимся в зонах комфорта, просто негде было бы "закрепляться" и начинать функционировать. Разнообразие элементарных экологических ниш должно было гарантировать семантическое богатство информации, кодирующей их первичных обитателей.
Элементарные организмы – обитатели 1-го яруса жизни
В главе 5 мы рассмотрели тот отрезок пути, по которому могли бы пройти наши информационные системы от спонтанного возникновения первых нуклеиновых кислот до простейших представителей живых организмов. На этом пути должно было возрастать как количество информации, приходящейся на один индивидуум, так и ее суммарное семантическое богатство. В итоге появились информационные системы 1-го рода – первичные живые организмы, способные размножаться в условиях, непригодных для спонтанного возникновения носителей кодирующей их информации.
Простейших гипотетических представителей первичных живых организмов будем называть элементарными, а условия, пригодные для их обитания – элементарными экологическими нишами. Признаком элементарности таких организмов будет их независимость от жизнедеятельности других живых существ, обладающих иными генотипами, а признаком элементарности экологических ниш - их абиогенное происхождение. Элементарные живые организмы, таким образом, "разрабатывая" свои элементарные экологические ниши и трансформируя их компоненты в живое вещество и продукты своей жизнедеятельности, составляли первый ярус строящегося здания жизни, или, точнее, его фундамент.
Можно представить себе, что на молодой Земле зон комфорта было довольно много, и из них по разным направлениям весьма длительное время распространялись потенциальные носители генетической информации. Попадая в подходящие условия, они в непосредственном своем окружении индуцировали различные химические реакции (благодаря свойству гетерокатализа), в том числе так или иначе влияющие на их собственное воспроизведение. Удачные сочетания компонентов этих носителей отражали условия их обитания. В силу полипотентности информации, а также в результате комбинаторной ее изменчивости воссоздать истинный генезис того или иного генотипа никогда не удастся. Однако то и другое должно было обеспечить высокую экспансивность первичных живых существ. В результате этого, можно думать, процесс "освоения" потенциальных экологических ниш происходил весьма бурно и, раз начавшись, доложен был завершиться в относительно непродолжительные сроки.
По крайней мере, уже 3-3,5 млрд. лет назад на Земле существовали сообщества синезеленых водорослей и бактерий, которые образовывали мощные строматотиты, в которые входили, по-видимому, как фотосинтетики, так и хемосинтетики, ведущие интенсивную разработку поверхности Земли. Одновременно, в результате жизнедеятельности элементарных живых существ, шел и другой процесс – процесс "построения" новых потенциальных экологических ниш, уже включающих биогенные компоненты и предназначенных для заселения обитателями уже второго яруса жизни.
Здесь следует заметить, что представление об элементарных организмах и элементарных экологических нишах может не соответствовать действительности, если эти термины понимать буквально. Дело в том, что абиогенная органика, как теперь известно, должна была быть весьма распространенным химическим компонентом молодой Земли [10] и могла служить одним из основных источников материала как для "блочной" сборки в зоне комфорта первичных носителей информации, так и для построения операторов первичных информационных систем. Но в таком случае продукты деятельности элементарных организмов и продукты их распада (после гибели) мало чем отличались от таких абиогенных "кирпичиков" и могли сразу же включиться в биологический круговорот вещества. Здание жизни росло не как "древо", а как сложно сплетенная многомерная сеть. Но обусловленная этим сложность картины не меняет сути дела хотя бы потому, что само существование живых организмов и многоярусность жизни непосредственно следует из основных законов динамики информации.
Побочные продукты работы операторов и потенциальные экологические ниши
Уже для простейших информационных систем, представляющих собою, как мы предположили, такие полимерные молекулы, гетерокаталитическая активность которых при определенных условиях могла повышать вероятность осуществления их аутокатализа, ярко выраженным должно было быть возникновение и накопление в их окружении побочных продуктов их деятельности. Некоторые из этих побочных продуктов могли оказаться "полезными", и тогда создание их закреплялось в программе и подвергалось дальнейшему совершенствованию – выход w уменьшался, а КПДQ возрастал. Другие побочные продукты могли быть бесполезными и даже вредными, но, в силу своей незапрограммированности, неизбежно накапливались в окружающей среде. В случае живых организмов такими побочными продуктами воспроизведения кодирующей их информации являются – все без исключения! – продукты их жизнедеятельности, включая их собственные тела и разрушающиеся носители их информации.
Изменения, связанные с действием w на среду обитания продуцирующих их организмов, могут вызвать самые различные последствия. Так, накопление w может просто привести к гибели их продуцентов, а также любых других организмов, – типичный пример самоотравления живых систем; w могут действовать как мощные мутагены, заставляя мутировать их продуцентов, что обычно приводит к постепенному вырождению; наконец, w могут быть таковы, что их смогут утилизировать, в качестве нового ресурса, какие-либо другие организмы или мутанты исходных форм, создающих, таким образом, компоненты новых потенциальных экологических ниш. Это означает, что в подобном случае отдельные побочные продукты или их комплексы, в сочетании с теми или иными предшествовавшими уже факторами внешней среды, могли образовывать новые потенциальные экологические ниши все более высоких ярусов жизни.
Если в такие условия обитания попадали комплементарные им эмигранты из зоны комфорта или же в ходе размножения организмов, заселяющих низлежащие ярусы жизни, случайно возникали варианты, способные утилизировать (или как-то иначе использовать) такие новые факторы, они начинали разрабатывать эти экологические ниши, содержащие уже биогенные компоненты. Другими словами, элементарные живые организмы в ходе своей жизнедеятельности сами создавали потенциальные экологические ниши 2-го яруса жизни, а продукты жизнедеятельности заселяющих их организмов, в свою очередь, формировали потенциальные экологические ниши все более высоких ярусов.
Совершенно ясно, что если w будут приводить к гибели продуцирующих их объектов и не смогут быть утилизированы другими объектами, популяция продуцентов данных w отомрет и никаких последствий для живого мира это иметь не будет. Поэтому мы вправе рассматривать только третий случай, когда w, не вызывая быстрого отмирания своих продуцентов, смогут быть использованы другими организмами и будут служить компонентами их экологических ниш.
Изложенный выше принцип формирования многоярусного строения жизни отражает как структуру феномена жизни, так и процесс его построения, согласно которому появлению обитателей какого-либо яруса жизни обязательно должно предшествовать возникновение комплементарной ему потенциальной экологической ниши.
Принцип автогенеза информации. Эволюция семантики информации.
Вспомним теперь, что побочные продукты w являются неизбежными спутниками любого целенаправленного действия. Согласно второму закону термодинамики, КПД оператора всегда меньше единицы, и поэтому любая информационная система, функционируя, всегда и неизбежно будет изменять среду своего обитания, создавая компоненты новых потенциальных экологических ниш. Это означает, что многоярусное здание жизни может базироваться даже на одной единственной элементарной экологической нише; для его построения, вообще говоря, совершенно не обязательно исходное экологическое разнообразие.
Тот термодинамический закон, согласно которому КПД никакой машины никогда не достигает единицы, может служить основой для формулирования принципа автогенеза информации: раз возникнув, информация, в ходе деятельности кодируемых ею операторов, неизбежно сама создает условия для своего дальнейшего развития. Эволюция информации, реализующая эту возможность, столь же неизбежно должна иметь ярусный характер. Ярусный характер эволюции касается и семантики информации.
Следует заметить, что принцип автогенеза информации теснейшим образом связан с ее полипотентностью. Действительно, именно полипотентность обусловливает возможность существования в единой среде обитания нескольких различающихся информационных систем или, попросту говоря, организмов разных генотипов. Это обстоятельство должно существенно влиять на скорость протекания автогенеза. Проявляться это может двояко: как в увеличении разнообразия новых потенциальных экологических ниш, так и в увеличении разнообразия организмов, способных – в силу их полипотентности! – эти ниши осваивать.
Здесь, однако, неизбежно возникает вопрос о критерии степени подбора или выбора будущих обитателей новых экологических ниш среди множества претендентов, т. е. о критерии значимости. "Ибо много званных, а мало избранных" (Мат. 22, 14). Вопрос этот выходит далеко за рамки формулирования условий, делающих возможным простое заселение новых экологических ниш, и вплотную подводит нас к лучшему пониманию всех развертывающихся вслед за этим событий.
Критерий значимости. Информационные поля.
Очевидно, что заселение новых ниш информационными объектами предполагает как предсуществование таких ниш (безразлично, абиогенного или биогенного происхождения), так и предсуществование способных их заселять живых организмов. Генезис новых ниш обсуждался выше. Заселяются же первоначально эти ниши объектами, ранее существовавшими в других нишах, но способными, в силу полипотентности их информации, осваивать и эти, новые ниши.
Таким образом, в каждую новую экологическую нишу может "вселиться" несколько разных объектов: с течением времени к ним прибавляются те, которые возникают уже в этой нише благодаря изменчивости кодирующей их информации. Между всеми этими обитателями ниши начинается конкуренция за полное овладение ею – процесс, обычно называемый "естественным отбором". При этом все время следует иметь в виду, во-первых, что отбору подвергаются отдельные информационные системы, а во-вторых, что этот процесс автоматический. Его направленность, которую мы постараемся выявить и обосновать, возникает в силу самой природы вещей, носит вероятностный характер и приводит к формированию информации, обеспечивающей через посредство своего оператора – наиболее успешное свое воспроизведение в условиях данной ниши.
Вот здесь и возникает проблема критерия значимости, или критерия отбора, призванного определить, что же такое "наиболее успешное". Вообще говоря, может существовать много таких критериев: скорость размножения, конкуренция за субстрат, "перехват" источников энергии и т. п. [11]. Нас, однако, интересует прежде всего такой критерий, который отражал бы не только особенности операторов (подобные только что упомянутым), но и кардинальные свойства самой информации, эти операторы кодирующей. В качестве такого критерия рассмотрим эффективность информации (см. главу 2), проявляющуюся на уровне оператора как его КПД в данном пространстве режимов (см. главу 3).
Насколько наш критерий значимости соответствует действительности, или, точнее, насколько он универсален, без тщательного конкретного анализа сказать трудно. Можно лишь предположить, что он имеет весьма общий характер. Поэтому здесь мы ограничимся лишь теми последствиями, к которым может приводить реализация его в тех или иных ситуациях.
Одно из таких последствий – введение понятия "информационное поле". В главе 2 мы уже отмечали, что зависимость эффективности информации А от ее количества В должна описываться кривой с максимумом. Очевидно, что такую же форму будет иметь и зависимость КПДQ(В). Графически эта зависимость изображена в координатах А, В (см. рис. 2). Кривая А (В) описывает эту зависимость для тех вариантов информации, у которых в данных условиях (т. е. для данной пары Z и s) наблюдаются максимально возможные, при данных В, значения С. Поэтому площадь, ограниченная сверху кривой А (В), будет "заселена" информациями, имеющими меньшие, нежели максимально-возможные при данных В, значения С. Максимум кривой А (В), как уже отмечалось, соответствует той величине Вmax при которой эффективность информации может иметь максимальное (в данном информационном поле) значение, а оператор, такой информацией кодируемый, имеет наибольший из всех возможных КПДQ.
Площадь, ограниченную кривой А (В) в системе координат А,В, и будем называть "информационным полем" для данной пары Z и s. Независимо от специфики Z и s, кривые А (В) всегда имеют максимум, – т. е. для любого информационного поля всегда может существовать хотя бы одна информация, кодирующая оператор с максимально-возможным для данной пары Z и s значением КПДQ.
Каждой экологической нише соответствует свое информационное поле. Очевидно, что информация, попадая в новое, еще не освоенное информационное поле, может располагаться в самых разных его точках, но не вне его пределов. Очевидно также, что в основе динамики информации должен лежать процесс ее миграции (блуждания) в пределах информационного поля, порождаемый присущей ей изменчивостью и направляемый критерием значимости. Очевидно, наконец, что "движущей силой" этой динамики в любом информационном поле будет служить "стремление" достигнуть точки, соответствующей экстремуму кривой А (В).
Этот процесс можно описать статистической моделью, в которой вероятность удвоения информации (или, точнее, информационной системы) будет пропорциональна степени приближения ее к точке экстремума, даже при постоянстве вероятности ее гибели в разных участках информационного поля. Конкретные механизмы, здесь работающие, могут быть самыми разными.
Иерархия экологических ниш
Элементарные экологические ниши, по определению, состоят только из абиогенных компонентов и обладают минимальными из возможных размерностями. Их обитатели – элементарные организмы – занимают 1-й ярус жизни. Количество кодирующей их генетической информации не может быть ниже некоторого минимального значения, определяемого размерностью их экологических ниш, которая может варьировать, по-видимому, в ограниченных пределах. Возможна, конечно, ситуация, когда какой-либо организм может обитать в нескольких разных экологических нишах, – но он все равно остается на 1-м ярусе жизни, просто его экологическая ниша имеет мозаичное строение, а количество генетической информации будет превышать то, которое достаточно для освоения отдельных экологических ниш.
Дело, однако, изменяется, когда мы переходим ко 2-му ярусу жизни. Экологические ниши 2-го яруса, как мы помним, включают биогенные компоненты, продуцируемые обитателями одной или нескольких элементарных экологических ниш. Следовательно, экологические ниши 2-го яруса как бы включают в себя одну или несколько экологических ниш 1-го яруса, возвышаясь над ними. Размерность таких ниш возрастает по сравнению с размерностью ниш 1-го яруса. Это предъявляет новые требования к количеству генетической информации у тех объектов, которые могут оказаться способными эти ниши осваивать.
Это же относится и к экологическим нишам всех последующих ярусов жизни. Чем выше иерархическое положение этих ниш, чем большее число ниш низлежащих ярусов они в себя включают, тем большей будет их размерность, и, следовательно, тем больше информации требуется для кодирования информационных систем, способных такие ниши разрабатывать. Иерархическое строение экологических ниш, таким образом, – лишь предпосылка к многоярусности древа жизни. Но такое строение экологических ниш предъявляют к их обитателям одно строгое требование: переход с более низких ярусов на более высокие должен сопровождаться возрастанием количества информации, кодирующей эти организмы.
В терминах информационных полей сказанное выше будет выражаться в том, что с увеличением размерности экологических ниш должно возрастать количество информации, способной обладать максимальной эффективностью в том или ином информационном поле, этим нишам соответствующем. Количество такой оптимальной информации для обитателей все более высоких ярусов жизни может только возрастать.
Последнее высказывание можно сформулировать и по-другому. Действительно, можно утверждать, что с увеличением количества информации размерность пространства режимов, обеспечивающего ее успешную редупликацию, должна возрастать. Попробуем обосновать это утверждение на мысленном примере динамики информации, попадающей в разные информационные поля.
Динамика информации в разных информационных полях: конвергенция и дивергенция, деградация, идиоадаптация и араморфозы
Пусть дано некоторое информационное поле 1 с оптимальным количеством информации В10. Пусть разные точки этого информационного поля заняты информационными системами, кодируемыми информацией с разными значениями В. Пусть эти информационные системы могут размножаться в данном информационном поле со скоростями, пропорциональными А, и в ходе размножения изменяться благодаря изменчивости кодирующей их информации. Такая изменчивость может затрагивать как количество информации В, так и ее семантику, сказываясь во втором случае на ценности С этой информации в данном информационном поле. Введем еще две характеристики информационных систем – скорость их размножения VP, которая может быть выше, а может быть и ниже скорости их гибели Vr.
Нетрудно показать, что с течением времени, при прочих равных условиях, характер заселенности разных участков информационного поля будет изменяться (рис. 4). Хотя изменчивость информационных систем не направлена и, в силу своей случайности, может приводить к их попаданию в любую точку информационного поля, те из них, у которых величина В больше или меньше, чем Вopt, согласно соотношению VP/Vr – окажутся обреченными на прозябание или гибель, а основная масса обитателей информационного поля будет все более с течением времени, сосредоточиваться в зоне его экстремума (где В ≈ Ворt), приближаясь к максимальному значению величины А1=А1max. Налицо конвергентная эволюция информационных систем – их эволюция в направлении оптимального количества информации Bopt и единой семантики, обеспечивающей приближение значений С к величине С10=А10В10.
Рис. 4. Схема миграции информации по информационным полям разных размерностей. Пояснения в тексте.
Допустим теперь, что информационные системы, блуждающие в информационном поле 1, могут выходить за его пределы и попадать в соседние информационные поля типа 2 (с В20 ≈B10), и типа 3 (с В30 < B10) и типа 4 (с В40 > B10). Во всех этих трех ситуациях дальнейшая трансформация их будет подчиняться тем же закономерностям, что и в рассмотренном выше случае (критерием значимости везде остается А0), но результаты этих трансформаций окажутся различными. В случаях 2 в каждом из таких информационных полей будут формироваться системы, кодируемые информацией с близкими значениями В, но различающиеся по семантике; в случаях 3 также будет складываться целое семейство информационных систем с различной семантикой, но близкими значениями В30 < В1:20. В случаях 4 характеристическое значение количества информации для таких семейств будет В40 > В1:20 > В30 (см. рис. 4).
Рассмотренные ситуации могут служить примерами разных вариантов дивергентной эволюции информационных систем. Но результаты дивергенции во всех трех случаях будут принципиально различаться. В случаях 1 и 2 налицо идиоадаптивный характер дивергенции: оставаясь на одном и том же ярусе жизни (или, что то же самое, на одном и том же уровне организации, о чем свидетельствуют близкие значения В10 ≈ В20), информационные системы просто "расползаются" по ближайшим экологическим нишам одного и того же яруса, постепенно ими овладевая. В случае 3 динамика информации хотя и носит дивергентный характер, но приводит к уменьшению характеристических значений В0, что свидетельствует об упрощении организации соответствующих информационных систем, связанном с переходом к существованию в экологических нишах меньших размеров и, следовательно, занимающих более низкие ярусы древа жизни. Наконец в случаях 4 результатом динамики информации будет увеличение характеристических значений В0 по сравнению с исходными, что свидетельствует о повышении уровня организации информационных систем, и необходимо им для успешного освоения экологических ниш большей размерности, занимающих более высокое положение в жизненной иерархии по сравнению с предыдущими ситуациями.
Таким образом, адаптивный характер изменчивости генетической информации, осуществляющейся в одном и том же информационном поле (или в одной и той же экологической нише), всегда имеет конвергентный характер, направленный в сторону увеличения ее эффективности А, что может сопровождаться как уменьшением, так и увеличением ее количества, – в обоих случаях в сторону В0. Идио-адаптивная изменчивость может происходить только в разных информационных полях, соответствующих экологическим нишам близких размерностей, размещенных на одном и том же ярусе жизни. В этом случае сближение значений В0 будет сопровождаться все возрастающим семантическим разнообразием эволюционирующей информации. Деградационный, или регрессивный, тип эволюция информации приобретает тогда, когда кодируемые ею информационные системы должны адаптироваться к экологическим нишам меньшей, чем исходная, размерности и когда повышение эффективности информации А неизбежно сопровождается уменьшением ее количества В. Наконец, характер динамики информации, связанной с увеличением как А, так и В, обусловливаемый необходимостью адаптироваться к экологическим нишам большей, чем исходная, размерности, можно называть прогрессивной эволюцией.
Заметим, что в основе всех трех вариантов динамики информации, связанных с ее попаданием в новые экологические ниши и их последующим освоением, лежит присущее любой информации свойство полипотентности. Принцип поризма срабатывает там, где, благодаря изменчивости информации, возникают ее варианты, как благоприятствующие заселению ею данной экологической ниши, так и создающие возможность освоения экологических ниш большей размерности, т. е. подъема на более высокие ярусы жизни. Араморфозы, представляющие собой результат реализации поризмов на уровне операторов, могут сохраняться на протяжении ряда переходов информационных систем на все более высокие ярусы жизни (см., напр., [12].)
Таким образом, монотонное повышение эффективности информации (до определенного предела) характерно для адаптивного типа ее динамики. Для других типов динамики, а именно, идиоадаптивного, регрессивного и прогрессивного, характерна циклическая изменчивость значения А, когда уменьшение А, часто сопутствующее переходу информации из одного информационного поля в другие, сменяется его повышением, затем – опять снижением и т. д.[5] При этом идиоадаптивный тип динамики сопровождается колебаниями величины В около некоторого постоянного значения, регрессивный – уменьшением величины В, а прогрессивный, напротив, увеличением В.
Точки бифуркации и принцип поризма
Пусть некоторая система движется (развивается) по некоторой траектории, причем закономерности этого движения таковы, что траектория имеет одну или несколько точек X1 достигнув которых наша система с равными вероятностями может перейти в одну из следующих точек Х2, уже жестко определяющих последующий ход ее (системы) развития. Такие точки X1 называются "точками бифуркации" [13]. Этот феномен исключает возможность предсказать по предшествовавшей траектории направление движения системы после точки бифуркации. Ситуация еще больше усложняется, если общая траектория движения системы имеет не только разветвляющийся (охватывающий все возможности), но и сетчатый характер, т. е. включает в себя не только дивергенцию, но и конвергенцию. Тогда исчезает возможность не только предсказать будущее системы, зная ее настоящее и прошлое, но также возможность воссоздать прошлое, зная настоящее. "Древо" эволюции превращается в "мангровые заросли" [14].
Роль бифуркаций в эволюции хорошо показана в работе Б. И. Сарапульцева и С. А. Гераськина [15]. Примеры конвергентной эволюции, а также еще более яркие примеры слияния в одну кривую нескольких траекторий, берущих начало из разных, весьма удаленных, ветвей древа жизни, и называемые симбиотической эволюцией, в изобилии имеются в различных работах по таксономии (см., напр., [16]) и в монографии Л. Маргелис [17].
Можно думать, что все три типа траекторий – дивергентная, конвергентная и сетеподобная – присущи динамике любой информации – генетической, поведенческой и, конечно, логической. Тем большее значение приобретает вопрос о природе ситуаций, определяющих возможность как бифуркационных состояний, так и состояний, допускающих симбиотический тип динамики информации, всегда имитирующий араморфозы, а поэтому также относящийся к поризмам.
Бифуркации имеют место, когда система становится неустойчивой и начинается поиск другого состояния[6]. В нашем контексте бифуркации наступают, когда популяции информационных систем находятся в критическом состоянии, например, из-за перенаселенности их места обитания или из-за избыточного мутационного давления, и при этом имеется несколько возможностей выхода из создавшегося кризиса путем переходов в еще свободные экологические ниши такого же, или более высокого, или, напротив, более низкого яруса жизни. Чтобы выйти из состояния бифуркации, популяция должна содержать мутанты в достаточном количестве, чтобы могли реализоваться все возможные варианты выхода из кризиса, неважно, какой ценой – ценой ли упрощения или усложнения или, напротив, при сохранении уровня их организации. В отличие от этого, симбиотический вариант динамики информации, как и любой другой вариант поризма, реализуется скорее всего вне кризисных ситуаций, как одно из возможных решений ординарных задач, а именно как решение, открывающее новый путь идиоадаптивного развития на новом, более высоком, ярусе жизни.
Таким образом, бифуркации и поризмы не противостоят, а дополняют друг друга, причем для информационных систем, находящихся в разных фазах своего развития, вероятности осуществления бифуркаций или поризмов могут существенно различаться. В своем развитии информационные системы, начинающие осваивать новые экологические ниши, обычно проходят четыре фазы. Первая – это адаптационная фаза, когда численность популяций еще невелика, "жизненного пространства" достаточно и залогом успеха служит лишь скорость размножения. В этой фазе подхватываются и суммируются все мелкие семантические новшества, облегчающие или ускоряющие процесс самовоспроизведения информационных систем. Затем для наиболее преуспевающих в этом отношении представителей молодой популяции наступает фаза логарифмического роста, когда численность популяции непрерывно возрастает, стремясь к своему пределу. Непрерывно растущие популяции обычно весьма однородны по их информационным характеристикам. Наконец, при некоторой "плотности населения" популяция стабилизируется. Такая фаза стабильности может наступить на уровне численности, вполне приемлемой для длительного сохранения динамического равновесия, а может наступить и при состоянии "перенаселенности" – и тогда стабильность непродолжительна и быстро сменяется фазой деградации популяции. Фаза стабильности и фаза деградации наиболее благоприятны для осуществления бифуркаций. Поризмы же, как события крайне редкие, – по-видимому, более характерны для второй и третьей фаз.
Биологическая иерархия и возникновение биосферы
Итак, в силу причин, рассмотренных выше, автогенез информации должен неизбежно приводить к иерархии информационных систем. Движущих сил здесь две: побочные продукты (которые, накапливаясь в низлежащих экологических нишах, постепенно формируют потенциальные экологические ниши все большей размерности) и изменчивость информации (порождающая информационные системы, способные такие ниши разрабатывать). На уровне биологической организации жизни – это изменчивость генетической, а позже – и поведенческой информации, проявляющаяся в изменениях ее количества и семантики. Результатом было формирование биологической иерархии и возникновение биосферы – тонкого слоя живого вещества, охватывающего нашу планету и производящего постоянную работу по "биологическому круговороту веществ" [18].
Подчеркнем два обстоятельства, игравших здесь важную, если не решающую роль. Первое – это пространственная ограниченность экологических ниш и биосферы в целом [19]. Второе – постоянное действие принципа отбора [20]. Оба эти обстоятельства действовали совместно. Действительно, еще А. С. Серебровский [21] отмечал, что если бы жизненное пространство было однородным и безграничным, то самые простые статистические соображения приводят к выводу, что никакой конкуренции между его обитателями (за источники субстрата и энергию, за территорию и пр.) не могло бы возникнуть, и с течением времени относительное возрастание численности было бы функцией только скорости размножения: чем быстрее размножались бы те или иные организмы или вновь возникающие варианты, тем большее распространение они бы получали. А так как скорость размножения, как правило, тем выше, чем проще организована самовоспроизводящаяся система, то следствием такой "эволюции" в безграничной однородной экологической нише было бы общее упрощение, деградация жизни. К этому можно добавить еще один аргумент. В безграничном жизненном пространстве не могли бы накапливаться побочные продукты жизнедеятельности его обитателей, – и потенциальные экологические ниши больших размерностей просто не могли бы формироваться. С другой стороны, первичные зоны обитания не могли бы быть и слишком ограниченными – тогда, несмотря на быстрое формирование новых экологических ниш, просто не успевала бы срабатывать наследственная изменчивость, чтобы породить их потенциальных обитателей. Впрочем, к этому вопросу мы еще вернемся.
Таким образом, иерархическое строение биосферы явилось следствием четырех объективных обстоятельств: ограниченности объемов реальных экологических ниш; накопления в них побочных продуктов жизнедеятельности их обитателей; изменчивости генетической информации и давления естественного отбора, проявляющегося в форме конкуренции за самые разнообразные жизненно необходимые факторы среды обитания.
Прогрессивное развитие информации. Факторы, его обусловливающие.
Сам факт иерархичности строения биосферы означает, что все вновь возникающие экологические ниши верхних ярусов жизни неизменно заселялись информационными системами, кодируемыми все большим количеством информации. Рассмотрим условия, этому благоприятствующие.
В главе 5 мы фактически уже подошли к формулированию таких условий. В соответствии с интуитивным представлением о "биологическом прогрессе" прогрессивным мы назвали такое направление развития, в ходе которого происходит увеличение количества информации, кодирующей информационные системы, при сохранении максимального значения ее эффективности. Очевидно, что утверждение это можно распространять на все виды информации, а не только на информацию генетическую.
Однако сохранение эффективности информации при возрастании ее количества может описываться монотонной кривой лишь в сглаженном виде. Реально переходы информации в пространства больших размерностей могут сопровождаться первоначальными уменьшениями эффективности, и лишь впоследствии, в ходе адаптации к новым условиям, эффективность будет вновь повышаться до максимального (для данного информационного поля) значения, что может сопровождаться как увеличением, так и уменьшением исходного ее количества. Только по достижении точки экстремума кривой А (В) информация уже адаптированной системы оказывается столь же эффективной, как и информация, адаптированная к предшествовавшим пространствам режимов, но будет превосходить ее по количеству.
Такой характер прогрессивного развития информации, следующий из закономерностей ее динамики, разрешает парадокс, связанный с представлениями о "биологическом прогрессе" у эволюционистов 30-х годов (см. [22]). Если под "биологическим прогрессом" понимать все большую адаптацию, приспособленность, к условиям существования, то возникают два вопроса. Первый вопрос: можно ли полагать, что предки ныне живущих организмов, в том числе и далекие, "проще организованные", были и "менее приспособлены", чем современные нам живые существа, а потому и "вымерли"? Но отсюда следует, что "примитивные" прародители современных организмов были "очень мало приспособленными", и совершенно непонятными становятся как периоды их процветания в далеком прошлом (о чем свидетельствует палеонтология), так и их мощные эволюционные потенции. Второй вопрос был сформулирован Дж. Хаксли и звучал примерно так: кто более "высоко организован" – человек или обитающая в нем туберкулезная бацилла?..
Оба этих вопроса, как легко видеть, связаны с отсутствием строгого определения понятия "приспособленность". В вышеприведенном абзаце этот термин носит явный антропоморфный оттенок. Достаточно подчеркнуть, что о "приспособленности" можно говорить только по отношению к своей экологической нише, чтобы стала ясной неправомочность определения биологического прогресса через степень приспособленности. Динамика информации, как мы видели (глава 5), в своем информационном поле принципиально отличается от ее динамики при переходе в новые информационные поля. В своем информационном поле (или, что в данном контексте одно и то же, в своей экологической нише) динамика информации всегда имеет адаптивный характер, т. е. направлена на достижение максимальной эффективности, что в случае биологических объектов и означает – максимальной приспособленности к своей экологической нише. Все организмы, достаточно освоившие свою экологическую нишу, обладают поэтому в равной мере высокой приспособленностью. Переходы же в новые, потенциальные, экологические ниши, как правило, должны сопровождаться уменьшением приспособленности, с последующим ее увеличением в ходе адаптации к новому местообитанию. Возможность осваивать новые экологические ниши (безразлично, большей или меньшей размерности, чем предыдущие) обусловлена не большей к ним приспособленностью по сравнению с предыдущими, а их незанятостью, т. е. отсутствием жесткой конкуренции. По мере возрастания численности ее обитателей будет возрастать и конкурентное давление, начнет ужесточаться отбор, и степень приспособленности к этой нише также начнет увеличиваться – кодирующая их информация будет стремиться к значению А =А0.
Теперь мы можем сформулировать условия [23], необходимые для осуществления прогрессивного развития информации. Возможность такого развития определяется наличием или все новым возникновением потенциальных экологических ниш все большей размерности. В отсутствие таковых, сколько бы ни была "потенциально прогрессивна" информация, предшествующая в какой-либо из экологических ниш меньших размерностей, она обречена или на прозябание, или на гибель в ходе конкуренции, т. е. никогда не сумеет выявить присущие ей потенции. Реализация же возможности прогрессивного развития обеспечивается именно предсуществованием на низших ярусах жизни информационных систем, способных осваивать потенциальные экологические (или, в случае логической информации, – "психологические") ниши больших размерностей в силу присущей информации полипотентности. Тогда информационные системы, прозябавшие на низших ярусах жизни, попадая тем или иным путем в экологические ниши больших размерностей, начнут там реализовывать скрытые ранее возможности и возрастать в численности. Кодирующая их информация вступит в очередной цикл адаптивной динамики, стремясь к более высоким значениям В0.
Поведенческие реакции. Поведенческая информация.
Благодаря прогрессивному развитию информации, наряду с существованием и продолжающейся адаптивной эволюцией относительно просто организованных биологических объектов, занимающих нижние ярусы жизни, формировались и осваивались пространства режимов все большей размерности. В результате возникали биологические объекты все более высокой организации. С повышением уровня их организации возникали и закреплялись специализированные приспособления, обеспечивающие регулярный обмен генетической информацией между особями, заселяющими идентичные или близкие экологические ниши.
Крупнейшим достижением здесь стал регулярный половой процесс, который возник еще на уровне одноклеточности и повлек за собой, как мы уже отмечали, дифференциацию гамет, формирование оогамии и, на ее основе, многоклеточности. С увеличением количества генетической информации, приходящейся на одну особь, и закреплением полового процесса изменчивость информации возросла: к мутационной изменчивости прибавилась рекомбинационная, способствовавшая формированию вариантов с расширенной полипотентностью и повышенной способностью адаптироваться к новым экологическим нишам.
Первичные продуценты биогенной органики, открыв хемосинтез и фотосинтез, породили мир многоклеточных зеленых растений. Выселяясь из водоемов на сушу, зеленые растения не только усиленно обогащали ее биогенной органикой, но и создали кислородсодержащую атмосферу, предпосылку для наиболее эффективной формы энергетического обмена дыхания. Первичные консументы положили начало многоклеточным аэробным животным, последовавшим на сушу вслед за растениями. Изобилие органики растительного происхождения предопределило расцвет мира животных, питающихся растениями и другими животными. Все растущее усложнение ситуаций, их окружающих, т. е. формирование пространства режимов все большей размерности, способствовало возникновению нервной системы, координирующей жизнедеятельность внутренних органов и реакции подвижности, затем формирование специализированных рецепторов для восприятия различных внешних раздражений и центральной нервной системы, координирующей поведение животных, в различных ситуациях оказывающихся. Механизм такой координации оказался пригодным для развития, наряду с генетически программируемыми поведенческими реакциями, поведенческих реакций нового типа – основанных на "жизненном опыте" отдельных особей, которые одно время в физиологии называли условными рефлексами. Пригодность аппарата, реализующего наследуемые поведенческие реакции для приобретения и закрепления "жизненных навыков", в дальнейшем легло в основу развития поведенческой информации [24]. Это, конечно, еще один яркий пример поризма в эволюции информационных систем.
Совершенствование механизма "благоприобретаемых" поведенческих реакций, обеспечивающего их лабильность и скоординированность, явно способствовало овладеванию экологическими нишами все большей размерности. Теперь для преуспевания наиболее высоко организованных животных, в первую очередь птиц и млекопитающих, развитые поведенческие реакции стали играть все более решающую роль. Постепенно процесс обучения "на собственных пробах и ошибках" стал дополняться процессом научения, когда молодые животные овладевали жизненно-важными навыками, подражая взрослым. Так начала формироваться "поведенческая информация", складывающаяся из научения и обучения, запасаемая впрок, про запас, в центральной нервной системе, используемая по мере потребности и, что особенно важно, способная передаваться от одних особей другим по горизонтали, а не только по вертикали, от поколения к поколению, как информация генетическая [25].
Собственно, зачатки горизонтальной передачи информации имели место и в случае генетической информации, путем трансдукции и трансформации, путем включения в геном отдельных клеток фрагментов ДНК погибших организмов; некоторые авторы этим механизмам придают важную роль в биологической эволюции [26, 27]. Однако такая горизонтальная передача генетической информации носила случайный и ненаправленный характер, мало чем в этом отношении отличаясь от мутационной и рекомбинационной изменчивости. В случае же поведенческой информации, не зафиксированной в генетических структурах и не способной поэтому передаваться от поколения к поколению в ходе размножения, горизонтальная передача стала единственным способом обмена информацией внутри сообществ животных, даже не обязательно ограниченных популяционными рамками, и только таким путем осуществлялась ее передача от поколения к поколению.
Так сложился второй информационный уровень – уровень поведенческой информации. Генетическая информация программировала лишь структуру устройства, способного создавать и/или воспринимать поведенческую информацию, сохранять и реализовывать ее в поведенческих реакциях, а также передавать от одного организма другому, независимо от степени их генетического родства. Это, конечно, значительно более лабильная информация, чем генетическая, легче видоизменяемая в соответствии с изменениями ситуации и сплачивающая в единое целое большие сообщества – стада, стаи, популяции обладающих ею организмов. Носителями такой информации служат, как мы уже отмечали (см. главу 2), структуры нервной системы и – при ее передаче – световые и звуковые сигналы, а в роли операторов этой информации выступают ненаследуемые поведенческие реакции, обеспечивающие целесообразность поведения высших животных при весьма сложных жизненных ситуациях, подстерегающих их в повседневной жизни. Суммарное количество информации, кодирующей структуру и деятельность таких высоко организованных систем, с течением времени существенно возрастало.
Свойства поведенческой информации были те же, что и генетической, хотя принципиально различались носители и операторы. Но даже не это, пожалуй, главная роль, которую сыграла поведенческая информация в эволюции информационных систем. Основная ее функция состояла в том, что развитие и совершенствование операторов, ее обеспечивающих, подготовило фундамент для возникновения информации логической и, на ее основе, информационных систем 2-го рода.
Возникновение логической информации
Может быть, потому, что у приматов поведенческая информация играла особенно важную роль в их процветании в экологических нишах высокой размерности, а может быть, потому, что именно у приматов блок операторов, призванный воспринимать, создавать и использовать поведенческую информацию (в первую очередь головной мозг), был организован наиболее "удачным" образом, у этой группы животных в ходе дальнейшего развития головного мозга и второй сигнальной системы, призванной обеспечивать обмен поведенческой информацией, около 40 млн. лет назад произошел очередной араморфоз [28] – возникла способность передавать сигналы, регулирующие поведение, не только от особи А к особи Б, но также от особи А через особь Б к особи В. Это была искра, породившая возникновение и взрывоподобное развитие нового вида информации – логической. Это был, пожалуй, последний поризм в истории развития информационных систем на биологическом уровне. Это был прорыв за пределы биологической эволюции, приведший к тому, что информация впервые приобрела возможность существовать вне кодируемых ею операторов – существовать в форме условных сигналов или сообщений, передаваемых от индивида к индивиду не для немедленной регуляции их поведенческой активности, а для "запасания впрок" и использования там и тогда, когда она сможет "пригодиться".
Другими словами, на основе поведенческой информации и при использовании операторов, ее обслуживающих, начало формироваться речевое общение. Обучение путем подражания у тех животных, которые обрели речь, отступило на второй план. Все большее значение – благодаря неизмеримо большим связанным с этим возможностям − приобрело речевое обучение, когда сведения о поведенческих реакциях передавались от особи к особи не путем показывания, а в форме слов и их сочетаний, подчиненных определенным правилам, способным запоминаться, декодироваться и индуцировать поведенческие реакции членов сообщества, объединенных речевой общностью, т. е. одним и тем же языком.
Информацию, передаваемую посредством слов, мы и называем логической (вспомним, что "слово" – одно из значений полиморфного греческого понятия "логос").
Зачатки логической информации можно, пожалуй, отыскать у разных представителей приматов. Логическая информация приводила, по-видимому, к такому совершенствованию поведенческих реакций, точнее – группового поведения обладающих ею сообществ, что это резко расширяло ассортимент пригодных для заселения ими экологических ниш. В ходе освоения таких ниш совершенствовался и аппарат, обеспечивающий реализацию логической информации. Конкуренция за новые экологические ниши была, как обычно, наиболее жестокой между наиболее близкими сообществами, в том числе логической информацией овладевающими. В результате, как мы знаем, победителем оказалась всего лишь единственная разновидность приматов, давшая начало кроманьонскому человеку, который и считается прародителем всего столь богатого расовыми разновидностями ныне живущего Homo sapiens [29]. Начали складываться человеческие сообщества – социальная форма существования информационных систем.
Феномен человека
Человека характеризует, конечно, прежде всего его владение речью. "В начале было Слово" (Иоан. 1, 1). Только на базе речевого общения могли складываться навыки группового поведения, резко выделяющие человека из ряда других приматов. Речевое общение тесно связывало воедино отдельные сообщества людей, отделяя их от других общностью языка. Только речевое общение позволяло быстро накапливать, – точнее, обобществлять – опыт, приобретаемый членами таких обществ, а также сохранять и накапливать опыт поведения в чреде поколений, т. е. консолидировать информацию как в пространстве, так и во времени. Отдельные "удачные находки" в области поведения тех или иных индивидов быстро становились достоянием всего общества. Это распространялось как на поведенческие навыки, так и на формирование "трудовой деятельности", изготовление и использование орудий труда, что было бы если не невозможным, то очень малоэффективным без использования речи.
По отношению же к логической информации все совершенствующиеся групповые поведенческие реакции и трудовые навыки, вместе с зачатками технологий, выступали в роли операторов, обеспечивающих сохранение, передачу и размножение логической информации и, что особенно важно, ее совершенствование и накопление. Только те варианты логической информации "оставались жить" и включались в информационный пул человеческих сообществ, которые гарантировали этим сообществам выживание и процветание, те же варианты информации, которые не выполняли этих функций, отсеивались, "забывались" и в конце концов переставали существовать.
С развитием человеческих сообществ значение и роль информации в их существовании все более осознавались. Совершенствовались способы передачи и хранения информации, на смену устной речи и устным традициям – точнее, в дополнение к ним – стала развиваться письменность. Выделялись группы людей, все более специализировавшиеся на собирании имеющейся и создании новой информации, на хранении информации и ее передаче другим членам сообщества, на использовании информации путем разработки на ее основе новых трудовых навыков и создания новых орудий труда или оружия, т. е. на разработке и применении на практике новых вариантов технологий.
В форме речи, особенно письменной, информация впервые получала возможность существовать вне отдельных обладающих ею индивидуумов, что решающим образом отличает логическую информацию от генетической и поведенческой. Другая сторона этого явления – независимое от отдельных индивидуумов существование орудий труда и технологий (в самом широком смысле этих слов), т. е. материальных воплощений логической информации или специфических для нее операторов. Естественно, что виды логической информации, кодирующей те или иные операторы, имеющие независимое от нее пространственное существование, могли сохраняться и мультиплицироваться лишь в тех случаях, когда такие операторы успешно осуществляли те целевые действия, для которых они предназначались, или находили новое применение. Если почему-либо те или иные технологии переставали использоваться и не находили нового применения, они постепенно исчезали, вытесняемые более совершенными или более актуальными, а вместе с ними "забывалась" и бесследно исчезала кодирующая их информация.
Таким образом, по отношению к информации, на новом витке ее развития, отдельные люди и их сообщества вместе с присущими им поведенческими и трудовыми навыками, а также создаваемыми ими технологиями, выступали в роли системы операторов, обеспечивающих ее воспроизведение. Логическая информация, человеческие сообщества и технологии составляли единый комплекс – единую информационную систему. Такие информационные системы, отдельные блоки которых пространственно разобщены, но тем не менее функционируют как единое целое, мы и будем называть информационными системами 2-го рода.
Динамика идей: субъективные аспекты
Логическую информацию можно представить себе подразделенную на отдельные субъединицы, являющиеся законченными предложениями, или, точнее, содержащимися в таких предложениях идеями. Предназначение человека или, точнее, человеческого мозга, – обеспечивать динамику идей, в форме чего и происходит развитие логической информации. Факторы, способствующие выполнению этого предназначения, ярко выявляются на уровне отдельных человеческих индивидуумов, т. е. на субъективном уровне. Рассмотрим два из них, которые представляются наиболее значимыми.
Прежде всего, это любопытство, или любознательность. Это свойство, обеспечивающее накопление или создание новой информации. Оно присуще уже многим животным, даже насекомым [30], где его называют иногда "ориентировочным рефлексом", любопытство ярко выражено у высших млекопитающих, например у кошек, собак и обезьян, но максимального развития достигает у человека. Детям любопытство присуще с раннего возраста, что проявляется в повышенном интересе к новым игрушкам, порождает вопросы типа "Что это?", "Почему?", "Как происходит?". У взрослых именно любопытство лежит в основе интереса к различным зрелищам, чтению книг и пр. Будучи ярко выражено у отдельных индивидуумов, оно порождает у них "стремление понять", познать окружающий мир, природу тех или иных явлений, и служит движущей силой той специфически человеческой умственной деятельности, которая получила наименование "любовь к мудрости", или "философия", исследование, научная работа. Это уже, по существу, род деятельности, направленный на создание новой информации. В основе же распространения такой, вновь создаваемой, информации лежат как любопытство других индивидуумов, ею не обладающих, так и возможности практического использования нового знания, построения на его базе новых операторов (новых форм поведенческих реакций, новых технологий), а также такое интереснейшее свойство человека, которое можно образно назвать "послание с уведомлением".
Многим, видимо, знакомы сменяющие друг друга ощущения, связанные с узнаванием чего-либо нового. Пусть, например, тебя "мучает" какой-либо вопрос: состояние ли здоровья близкого человека, причина, заставляющая подброшенный камень падать вниз, или "загадка мироздания"; конкретное содежание вопроса не имеет значения. Весь сосредоточенный на поисках ответа, ты пребываешь в глубокой задумчивости, "погружен в себя", не замечаешь окружающих и воспринимаешь только то, что относится к занимающей тебя проблеме... Но вот, наконец, проблеск! Озарение! Эврика! Ответ найден!.. Энергия, как бы сконцентрировавшаяся в тебе в период поиска, вырывается наружу. Неважно, правилен ли ответ и полон ли, – ты ощущаешь радостное возбуждение от того, что "загадка решена", и спешишь поделиться этим с первыми встречными, с любым готовым выслушать тебя человеком, а если это научная задача, то спешишь к коллегам, выступаешь на семинарах, пишешь статьи в журналы... Теперь "Послание отправлено...". И тут опять наступает период обеспокоенности, – но обеспокоенности же другого рода. Обеспокоенности, связанной не с поисками ответа, а с "получением уведомления о том, что послание дошло до адресата"... Как будут реагировать на сказанное тобой слушатели, читатели?.. Воспримут ли? Поймут ли? Согласятся ли с тобой?.. Это – важнейший момент в динамике логической информации, путь к проверке ее правильности, один из главных способов ее коррекции. Возражения и замечания воспринимаются внимательно и с благодарностью (если ты не параноик или "фанатик идеи"); в ходе обсуждения выявляются слабые и сильные стороны твоих представлений, вносятся в них поправки... Хуже всего, если никто никак на твои идеи не реагирует. Послание отправлено, но адресата нет. Пустота. Такой "заговор молчания" может довести до самоубийства...
Весь этот эмоциональный фон, сопровождающий рождение новой идеи и ее последующую разработку, очень глубок и, по-видимому, обусловлен соответствующим устройством головного мозга. Это один из важнейших механизмов, обеспечивающих динамику идей, их формулирование и передачу другим людям. Присущ он подавляющему большинству людей. Узнав что-либо новое, – не важно, услышав от кого-либо или придумав самостоятельно, – человек стремится поделиться этим с другими. На бытовом уровне это проявляется в форме "поделиться новостями", принимает подчас форму распространения сплетен, пересказа друг другу того, что "услышал от знакомых", выбалтывания секретов (вспомните брадобрея царя Мидаса). Задержать в себе, скрыть от других новое физиологически очень трудно.
И второй субъективный аспект динамики идей, также обусловленный особой организацией мозга: лгать, т. е. говорить (или писать) не то, что думаешь или знаешь, физиологически тяжело и, если у человека не извращена психика, почти всегда требует насилия над самим собой. "Необходимость отстаивать неправду психологически нестерпима", писал Н. Винер ([31], стр. 38). Говорить ложь – это всегда тяжело. Кому не известно, как легко и хорошо говорить правду! Исповедаться, высказаться хотя бы перед смертью – какое облегчение души! Физиологическое напряжение, требующееся для произнесения лжи, можно регистрировать объективно, на чем и основываются технические детекторы лжи. Этим же обусловлено и чувство облегчения, связанное с добровольным признанием, с покаянием – "снять камень с души, а там будь что будет!". А с другой стороны, сокрытие преступления порождает "муки нечистой совести"...
Совершенно ясно, что такой эмоциональный фон, свойственный всем людям, независимо от уровня культуры и расовой принадлежности, не имеет никакого смысла, если не признать за ним функции обеспечения того, что созданная (или полученная) отдельным индивидом информация не была бы "погребена вместе с ним", а стала достоянием того человеческого сообщества, к которому этот индивид относится.
Динамика идей: объективные аспекты
Объективными аспектами динамики идей назовем те свойства человеческого сообщества, которые способствуют тому, чтобы новая информация, созданная тем или иным его представителем и сформулированная в виде предложений, возможно дольше блуждала в обществе, как бы ища подходящего случая, чтобы реализоваться.
Конечно, определенную роль в распространении идей играет и любопытство, – но удовлетворение любопытства часто приносит только успокоение, не индуцируя передачу идей дальше. Значительно большая роль здесь принадлежит такому состоянию, которое можно назвать настроенностью на восприятие идей какого-либо определенного класса. Такая настроенность, как мы уже отмечали, связана с поисками ответа на какой-либо вопрос, и чем затруднительнее получить этот ответ, тем острее воспринимаются те из достигающих реципиента сведений, которые могут к этому вопросу относиться. Состояние настроенности здесь очень существенно.
Во-первых, оно создает избирательность восприятия достигающей соответствующего субъекта информации. Но избирательность эта касается не только тех задач, которые данную информацию порождают, а пригодности использования самой информации для решения задачи, стоящей перед реципиентом, незвисимо от того, для чего эта информация использовалась ранее. Это, следовательно, механизм выявления присущей любой логической информации (как и другим ее видам) полипотентности, механизм ее выявления уже на уровне рецепции. Если какая-либо идея относится к классу поризмов, этот механизм обеспечивает ее переход в совершенно новое информационное поле и последующую динамику уже в новом, более высокой размерности, пространстве режимов.
Во-вторых, состояние настроенности, при его "разрешении" в связи с решением задачи с помощью новой идеи, порождает новый всплеск трансляции, рассчитанный на случайных реципиентов, что обеспечивает дальнейшую передачу информации в пространстве и времени, – может быть, не точно такой же, какая была воспринята, а уже в той или иной мере видоизмененной в связи с новизной задачи, с ее помощью решенной. Это, следовательно, механизм, обеспечивающий не только мультиплицирование информации, но и ее изменчивость, возрастание ее разнообразия.
Таким образом, благодаря стремлению "передать" вновь созданную или полученную (в том числе и уже претерпевшую трансформацию) информацию, а также благодаря избирательности восприятия информации, динамика идей в человеческих сообществах приобретает характер концентрических волн, зарождающихся в отдельных точках, где расположены "источники информации", а затем индуцирующих работу "приемо-передаточных устройств" в других точках пространства и времени, "настроенных" на восприятие исходной информации, и так далее. В ходе этого распространения, благодаря свойству инвариантности, информация может переходить с одних физических носителей на другие, переводиться с одних языков на другие, блуждать в разных человеческих сообществах, передаваться из эпохи в эпоху. Каждый человек, благодаря существованию речи, постоянно пребывает как бы погруженным в информационное море, природа которого с развитием современных форм радиосвязи приобретает все более четкий физический смысл. Все технические системы связи и способы хранения информации подчинены одной общей задаче: обеспечить возможно быстрое и возможно широкое распространение новых идей, а также сохранение их как можно дольше, пока не выявятся новые возможности их использования.
Значение, которое имела информация в существовании человеческих сообществ с начала их возникновения, определило и строгость контроля за ее "чистотой", "качественностью". На социальном уровне это выражается в отношении людей к тому, что обычно называют "правдой" и "ложью". В любом обществе, скорее всего с первобытных времен, сознательный обман своих соплеменников всегда порицался, вызывал негодование и неприязнь, ложь строго осуждалась и считалась одним из тяжелейших грехов. Такое отношение ко лжи, к сознательной дезинформации, вполне оправдано. Ведь информация, как руководство к действию, должна быть вне подозрений, иначе наступят сомнения и нерешительность, а в случае дезинформации целенаправленные действия просто не смогут осуществиться или приведут к противоположному, по сравнению с желаемым, результату. Осуждение лжи, таким образом, – это социальный механизм, гарантирующий поступление в информационный пул общества идей в достаточной мере качественных.
Но динамика идей в социальной сфере имеет и трагический оттенок. Каждый социум спаян в единое целое "единством представлений", причем решающая роль здесь принадлежит таким глобальным, но трудно или вовсе не верифицируемым идеям, как "всеобщее счастье", религия, идеология и пр., основанным больше на традициях, чем на анализе совокупности фактов. Для существования человеческих сообществ (особенно на том отрезке человеческой истории, когда отдельные сообщества достаточно разрозненны друг от друга, а успех выживания в значительной мере обеспечивается их сплоченностью) консолидирующая роль глобальных идей была очень велика. "Хранители идеологий" зорко следят за их целостностью, и попытки видоизменить эти идеологии или внедрить в общества другие, чужеродные, жестоко пересекаются. Как уже отмечалось, информация погибает только с гибелью своих носителей. Уничтожались не только рукописи и книги; казнили и сжигали на кострах их авторов и читателей, "охота за ведьмами" охватывала целые страны, религиозные войны длились десятилетиями, вероотступников или идейных противников тщательно выявляли и физически уничтожали. Наше недавнее прошлое – тому яркий пример. Попытка построить социализм и война с фашизмом сопровождались массовым уничтожением возможных носителей "чужих идеологий" в тюрьмах и концлагерях, гигантская мясорубка ГУЛАГа перемалывала миллионы жизней. Без преувеличения можно сказать, что не только дипломатия, но и войны -это, как правило, борьба идей за обладание новыми носителями, борьба, ведущаяся "руками людей" и силами технологий, и прекратиться это сможет лишь тогда, когда в глобальную информационную систему будет, наконец, объединено все человечество.
Правда и ложь, истина и заблуждение
Прежде чем продолжить рассмотрение динамики идей, остановимся коротко на таких тесно связанных с нею понятиях, как "правда" и "ложь", "истина" и "заблуждение". Пары этих понятий иногда рассматривают как равнозначные, но это неверно. Понятия "правда" и "ложь" имеют ярко выраженный субъективный оттенок, а "истина" и "заблуждение" – объективный.
Действительно, как мы уже отмечали, правдой называют высказывание, соответствующее представлениям индивида, его формулирующего, а ложью – высказывание, этим представлениям не соответствующее, т. е. осознанно направленное на обман тех, кому такое высказывание адресуется. Но правдивость высказывания отнюдь не гарантирует его истинности, а лживость не означает его ошибочности. Бывают "искренние заблуждения", содержащиеся в правдивых высказываниях. Характерно, что заблуждения тех или иных людей, в отличие от лжи, обычно вызывают не столько негодование, сколько сочувствие, стремление помочь заблуждающемуся, разъяснить ему ошибку, вывести на "путь истинный". Таким образом, первая пара рассматриваемых нами понятий касается отношения отдельных людей к любым сформулированным ими идеям.
В отличие от этого, понятия "истинность" и "ошибочность" относятся к самим идеям, независимо от того, кем, как и когда они сформулированы, для чего предназначались и содержатся ли они в правдивом или лживом высказывании. Отличить истинность от ошибочности какой-либо идеи не всегда просто. Логический анализ высказывания, такую идею содержащего, позволяет вскрыть лишь внутреннюю непротиворечивость, правильность умозаключений, но не выявить степень истинности посылок, на которых это высказывание базируется, – ведь посылки тоже продукт предшествующих умозаключений. Но под "истинностью" недостаточно понимать логическую непротиворечивость. Степень истинности высказывания обычно понимают как степень соответствия его деятельности, т. е. окружающей ситуации. А так как описание действительности тоже может быть задано только в форме высказываний, то, оставаясь на вербальном уровне, мы неизбежно попадаем в порочный круг. Вопрос Понтия Пилата "Что есть истина?" (Иоан. 18. 38) подразумевал именно это – невозможность выявить истинность какого-либо высказывания путем его логического анализа.
Остается единственный критерий, в соответствии с принципом "Практика – критерий истины": степень действенности информации, в высказывании заключенной. Реализовать этот критерий можно только одним способом – установить, можно ли с помощью оператора, основанного на данной информации, совершить желаемое целенаправленное действие и каковой окажется вероятность достижения цели. Мы помним, что в случае информационных систем 1-го рода, основанных на генетической и поведенческой информациях, такая проверка "степени истинности" осуществляется автоматически и происходит постоянно. Критерием истины здесь служит возможность самовоспроизведения таких систем в той или иной среде обитания. Информация, не выдерживающая такой проверки, погибает вместе со своими носителями – живыми организмами. В случае логической информации такая проверка осуществляется человеком, столь же постоянно и часто неосознанно, путем осуществления целенаправленных действий на основании тех или иных сведений или идей. Здесь оператором служит как деятельность самого человека, так и создаваемые им орудия труда, приборы, машины, короче – все разновидности технологий. Неудача или малая эффективность таких действий обычно приводит к отказу от использования кодировавшей их информации, к ее забвению и постепенной деградации. Напротив, позитивный результат способствует ее мультипликации и распространению, как тривиальному следствию продолжающегося ее использования.
И здесь уместно отметить три аспекта использования такого критерия истины.
Во-первых, устанавливаемая с его помощью истинность всегда конкретна: оператор, кодируемый данной информацией, может успешно действовать только в комплементарном ему пространстве режимов (вспомним принцип соответствия, см. главу 3). Следовательно, данная идея может быть истинной в одних ситуациях и ошибочной – в других. Значит, истина не только конкретна, но и относительна – по отношению только к определенным условиям.
Во-вторых, так как одно и то же информационное поле может быть заселено множеством информации с разной степенью ценности, т. е. обеспечивающей разную вероятность достижения цели, то истинность может быть множественная (т. е. может быть "много истин" даже по отношению к одной и той же ситуации), а также в разной степени выраженная (т. е. величина Р может изменяться от малых значений до единицы).
И наконец, в-третьих, мы видим, что не только критерий истинности оказывается единым для всех трех видов информации, но и применение его практически тождественно и в конечном счете отражает одно и то же свойство информации – их способность воспроизводить себя в той или иной ситуации. Можно поэтому сказать, что показателем степени истинности информации является ее жизнеспособность. Идеи, как и другие виды информации, если они оказываются ошибочными, то обречены на более или менее быструю деградацию и гибель, а выживают и подвергаются дальнейшей эволюции только те из них и только до тех пор, пока они остаются адекватными той экологической (или психологической) нише, в которой они призваны функционировать.
Эмоции. Этика и альтруизм.
Выше мы говорили о роли в динамике идей таких эмоциональных и этических факторов, как любопытство и любознательность, правдивость и лживость. Но роль эмоций в информационных процессах, совершающихся в человеческом обществе, этим не исчерпывается. Прежде всего это касается феномена целеполагания – постановки цели, для достижения которой используется та или иная информация. Целеполагание, или мотивация, как правило, лежит вне сферы рассудочной деятельности и разумному объяснению или обоснованию не поддается. Человек хочет чего-то подчас во вред себе или упорно преследует "ничтожную", с точки зрения других людей, цель, или предпочитает какую-то определенную область деятельности, даже если к ней совершенно не предрасположен, а почему это так, – как правило, ответить не может. Трактовки с позиций психоанализа этого феномена также в большинстве случаев неудовлетворительны. Большую роль здесь играют такие эмоции, как зависть, гордыня, стремление выделиться из общего ряда, привлечь к себе внимание и пр., – мы уже не говорим о стремлении к богатству, славе, половым партнерам неординарного типа. Во всех случаях эмоции владеют человеком, определяют цель, которой он стремится достигнуть, а разум, рассудочная деятельность, осознанно намечающие пути и способы достижения целей, выступают как "слуги эмоций".
Но именно разнообразие эмоций и их индивидуальных различий и обеспечивает то разнообразие целей, а в сочетании с разнообразием условий обитания – то воистину неисчерпаемое число информационных полей, в которых проходит проверку на истинность множество идей, слагающих информационный пул человеческого общества. Обеднение целей, их жесткая стандартизация, особенно при ординарности жизненных ситуаций, будет не только деформировать эмоциональную сторону духовной жизни, но столь же неизбежно будет приводить к оскудению информационного пула, к "информационному вырождению" человеческих сообществ, что мы и наблюдаем в тоталитарных государствах.
Но хотя разнообразие эмоций содействует обогащению информационного пула, это имеет и обратную сторону. Эмоции типа честолюбия, властолюбия и жестокости могут плодить убийц и порождать тирании, другие эмоции – многие виды других пороков, что также разрушает человеческие сообщества и вместе с ними губит присущую им информацию. Фактором, ограничивающим разнообразие эмоций, отсевающим наиболее вредоносные из них и тем самым направляющим движение информации по руслу, свободному от таких подводных камней, является этика - комплекс форм поведения, одобряемого, а потому и поддерживаемого теми или иными сообществами людей. Этические принципы, сформулированные в учении Будды или в нагорной проповеди Иисуса Христа (Мат. 5-7), направлены на подавление разрушительных эмоций и формирование целей, способствующих гуманизации общества. Стремление уйти из-под контроля этики иногда приводит к тому, что порочные действия прикрывают благородными целями (например, "строительством коммунизма"). Но в подобных случаях не "цель оправдывает средства", а средства проясняют истинную цель. Это – ложь, к сожалению, далеко не всегда легко выявляемая. Но, как сказано в Евангелии, по делам вашим и судимы будете...
Ярким примером высокоэтичных эмоций может служить альтруизм – стремление помочь другому даже в ущерб самому себе. Альтруизм вообще довольно широко распространен среди млекопитающих и птиц, особенно ведущих стадный (или стайный) образ жизни [32], и можно полагать, что он генетически детерминирован, как, впрочем, и многие другие эмоции, присущие животным и человеку, о чем косвенно свидетельствует большое внешнее сходство в их проявлении [33].
Таковы, коротко говоря, роли, играемые этикой и эмоциями в динамике информации, специфичной для человеческого общества. Этику, таким образом, можно обосновать, вопреки мнению А. Швейцера [34]. Именно эмоционально-этический климат определяет степень разнообразия и семантику идей, генерируемых человеческими сообществами и поступающих в единый информационный пул. Жизнеспособность же этих идей, или, если хотите, степень их истинности, выявляется только в ходе их реализации и участия в осуществлении целенаправленных действий.
Реализация идей. Развитие технологий.
Реализация идей ничем, в принципе, не отличается от реализации информации более низких рангов – генетической и поведенческой. Это – построение оператора и осуществление им целенаправленных действий. Специфика лишь та, что, в отличие от информационных систем 1-го рода, где информация и реализующие ее операторы представляют собой единое целое, т. е. биологические индивидуумы, здесь, в информационных системах 2-го рода, налицо их дробление и пространственная разобщенность. В информационных системах 2-го рода отдельные индивидуумы вместе с кодирующей их генетической и поведенческой информацией выступают как дискретные полифункциональные элементы гигантской информационной системы, играют роли и носителей, и операторов, и реализующих устройств отдельных фрагментов логической информации, черпаемых ими из единого информационного пула того или иного человеческого сообщества. Информационной системой здесь является не отдельный индивидуум, а все сообщество, спаянное консолидирующей его информацией и развивающее специфические для данного сообщества технологии.
Следует отметить, что прообразы таких информационных пулов существуют и на низлежащих уровнях информационной иерархии. Так, уже у одноклеточных наблюдается спорадический обмен фрагментами информации между отдельными индивидами или включение в свой геном фрагментов чужеродной информации [26, 27] – феномен, широко используемый в настоящее время специалистами по генетической инженерии. С повышением биологической организации складываются единые генофонды популяций, богатство которых в значительной мере определяет их процветание [27]. Поведенческая информация, особенно в случаях сложных видов поведения, "открыто" работает на уровне семей, стад, стай и даже некоторых экологических сообществ и "обессмысливается" при ее индивидуализации. Но даже в случае поведенческой информации у высших животных только начинают складываться надорганизменные информационные системы, достигающие явной выраженности лишь с возникновением информации логической.
"Технологиями" будем называть комплексы навыков, орудий труда (от примитивных до самых совершенных машин и автоматов) и способов их использования, применяемые в трудовой деятельности членами человеческих сообществ с целью добычи и производства ресурсов, необходимых для существования этих сообществ и в то же время обеспечивающих сохранение и мультипликацию кодирующей их информации.
Основанное на трудовой деятельности искусственное обеспечение материальными ресурсами существования и развития информационных систем 2-го рода и является специфической для них формой реализации информации (хотя прообразы этого можно найти и у других животных, например у термитов, пчел и муравьев). Отсюда – присущая любым нормально функционирующим человеческим сообществам забота о накоплении и сохранении логической информации ("Институт Учителя", см. [35]). Однако эффективность использования информации, как мы помним (см. главу 4), определяется размерностью экологических ниш, разрабатываемых данной информационной системой, а семантическая специфика "нужной" информации – экологическими особенностями таких ниш. Поэтому ограниченность численности отдельных человеческих сообществ, привязанность их к определенным местам обитания естественно ставили верхний предел количеству используемой ими информации, а следовательно, и сложности развиваемых ими технологий.
Общая направленность развития информационных систем 2-го рода – та же, что и у других видов информации. С увеличением размерности их пространств режимов возрастало и количество оптимальной информации (т. е. используемой с максимальной эффективностью), и семантическое разнообразие. Овладение новыми экологическими нишами, освоение новых мест обитания могло происходить постепенно, по мере роста численности отдельных человеческих сообществ; могло происходить путем вынужденной миграции в новые регионы; а могло иметь и взрывоподобный характер, когда в результате экспансии (неважно, хозяйственной или военной) несколько сообществ объединялись в единое целое и у них формировался общий информационный пул. Но здесь уже именно богатство этого пула определяло дальнейшее процветание таких больших сообществ. Если составляющая общий пул информация не обладала достаточным семантическим разнообразием, она не могла порождать глобальные технологии, и общество со временем опять распадалось на меньшие субъединицы, постепенно приобретающие независимое существование, основанное на малых технологиях и обеспечивающееся тем объемом информации, который был достаточен для их кодирования. Вспомним империю Александра Македонского или Римскую империю.
Как и в случаях других видов информации, возникновение новых вариантов логической информации всегда предшествовало их реализации, воплощению в операторы. Но здесь, благодаря независимому пространственному существованию логической информации и кодируемых ею операторов, этот феномен выступает в очень наглядном виде. Поэтому рассуждения о том, что только недавно, в эпоху "научно-технической революции", знания стали "истинной производящей силой", – неверны. Во-первых, сами по себе знания – логическая информация, – как и все другие виды информации, пассивны; чтобы стать "производящей силой", они должны быть реализованы в технологии. Во-вторых, знания всегда предшествовали технологиям: без предварительного существования идей никакие технологии возникнуть не в состоянии. Другое дело, что бурное развитие в те или иные периоды отдельных технологий создавало как бы "социальный заказ", направляя внимание и ресурсы сообществ на преимущественное создание именно такой информации, которая необходима для совершенствования данного вида операторов. Но это уже относится к проблеме "управления" развитием науки, которую мы обсуждать не будем.
И еще несколько слов о соотношениях между информационным пулом и развитием технологий в человеческих сообществах.
Деятельность по "производству информации", вначале стихийная, а затем приобретающая все более организованные формы научных объединений и институтов, характеризуется направлением движения мысли от феноменологии, т. е. от очевидных феноменов – реальных объектов и процессов, вниз, в глубину, к причинам и механизмам, их обусловливающим, к их естественному фундаменту. Часто такую деятельность называют "фундаментальными исследованиями". Это – поиски новых идей, поиски посылок и следствий из них, которые "объясняют" известный нам круг явлений. Именно такие идеи обогащают информационные пулы человеческих сообществ. Но, будучи сформированным, арсенал таких идей позволяет подчас делать следствия, относящиеся к феноменам, еще не известным. Такие феномены могут принадлежать миру, вне нас и независимо от нас существующему, и тогда это – область "научного предвидения", экспериментально проверяемого. Но следствия могут иметь и другой характер: выявлять возможность получения того или иного результата, т. е. создания той или иной новой технологии. Здесь мысль движется в обратном направлении – от уже установленных посылок к еще не существующим следствиям. Такое направление движения мысли обычно называют "прикладной" или "инженерной", "изобретательской" деятельностью, что служит необходимым этапом реализации уже имеющихся идей. Оба варианта восходящего (от причин к следствиям) движения мысли играют важнейшую роль в динамике логической информации. Как степень оправдания "научного предвидения", так и возможность создания новых технологий, на данном "банке идей" основанных, выявляют степень ценности или истинности информации в данных конкретных условиях, в данных информационных полях, вскрывают ее дефекты или, напротив, обнаруживают специфику ее полипотентности и скрытые в ней поризмы, т. е. определяют, в конечном счете, судьбу и дальнейшие направления развития данной логической информации.
Ноогенез и техногенез
Если процесс биогенеза, т. е. биологическая эволюция, основывается на динамике генетической и позже присоединяющейся к ней поведенческой информации, то динамика логической информации на уровне феноменологии проявляется в социогенезе, две ипостаси которого для нас представляют особый интерес. Это – ноогенез и техногенез.
Ноогенезом будем называть процесс становления и развития человеческого интеллекта, или, точнее, создаваемого им единого пула логической информации. Объем этой информации давно превзошел информационную емкость отдельного человеческого мозга, целиком вмещавшего информацию поведенческую. Для хранения логической информации постепенно возникали все новые виды искусственных, т. е. создаваемых человеком, носителей – от древних глиняных табличек до современных форм магнитной записи и пр. Передача и распространение такой информации также уже не могла обеспечиваться отдельными людьми - им в помощь, а затем и на смену им пришли различные технические системы связи. То же относится и к обработке информации и другим видам манипулирования с нею – бурно развивающееся племя компьютеров здесь все более заменяет человека. Прерогативой отдельных людей пока остается деятельность по производству, созданию новой информации, но и здесь человек становится все более зависимым от соответствующего технического обеспечения.
Процесс ноогенеза, таким образом, постепенно порождает единую информационную сеть, охватывающую всю планету. Формируется ноосфера.
Параллельно и в тесной связи с ноогенезом шел, как мы видели, и техногенез – развитие технических систем, обеспечивающих производственную деятельность человека. С расширением зон обитания человека, с ростом его численности и увеличением размерности пространства режимов, где могли бы проявлять себя логические информации, процесс техногенеза приобрел все более глобальный характер. Развивались глобальные технологии, охватывающие огромные пространства и включенные в единый технологический пул. На смену разрозненным информационным системам 2-го рода, характерным для предисторического развития человечества, приходит единая глобальная суперсистема, включающая в себя как планетарный информационный пул, так и кодируемые им технологии. Техногенез идет к становлению техносферы, также, наподобие ноосферы, охватывающей всю планету.
Богатство информационного пула и грандиозность технических возможностей создает у отдельных людей ощущение, что человек в силах управлять ходом ноогенеза и техногенеза, направлять их движение в определенных, осознаваемых им и желательных для него направлениях. Но мы видели, что информация развивается по своим законам, что проявляется в ее аутогенезе, и в действительности человек способен осознавать, улавливать лишь некоторые из сторон ее динамики, причем обычно постериори. Кроме того, свойство полипотентности информации не позволяет априори предвидеть, какие еще, помимо известных, формы реализации она может приобрести, – а следовательно, и оценивать все последствия деятельности основанных на ней операторов. Побочные продукты целенаправленных действий постепенно деформируют исходные пространства режимов, порождая непредсказуемые и непредвидимые последствия.
То обстоятельство, что сохранение и воспроизведение информации целиком зависит от последствий деятельности кодируемых ею операторов, породило, по-видимому, интереснейшую особенность человеческого мозга стремление реализовывать усвоенные (или созданные) им идеи. Любая логическая информация, независимо от ее семантики, стремится реализоваться, чего бы это ни стоило ее конкретному носителю – отдельному индивиду или "группе единомышленников". Невозможность реализовать "навязчивые идеи" порождает различные патологические состояния человеческого мозга, вплоть до психозов, проявляющихся в действиях, граничащих с безумным риском для себя или окружающих людей, и даже самоубийства. "Осуществить себя, суметь продлиться! Вот цель, что в путь нас гонит неотступно, не оглядеться, не остановиться..." ([36], стр. 420). Так что не столько человек "управляет" динамикой информации, сколько овладевающая им информация управляет им самим. Каждый человек всегда находится в плену своих представлений. Не будучи реализованной, информация, овладевшая тем или иным человеком, в конце концов погибает, но при этом нередко деградирует и гибнет и человек – ее носитель.
Вот это стремление к реализации, подчас в совершенно неожиданных ситуациях и для достижения самых невероятных, а иногда нелепых или порочных целей – тоже фактор, заставляющий с большим сомнением относиться к мнению, что человечество будет когда-либо в состоянии полностью взять под свой контроль процессы ноогенеза и техногенеза. Принцип автогенеза информации сохраняется во всей его полноте и в случае информации логической.
Но каково бы ни было общее направление социогенеза, это единая форма взаимодействия логической информации с информациями низших рангов, породивших биогенез. Ведь, по крайней мере до сих пор, техногенез совершался в рамках биосферы, и формирующаяся техносфера существует не изолированно, а вписана в биосферу планеты. Каковы взаимодействия этих двух типов реализации информации? Подробнее этот вопрос мы рассмотрим в главе 6, сейчас же наметим лишь самые общие его контуры.
Техногенез и биосфера
Выше мы видели, что новые виды информации, возникая, не заменяли собой старые, а базировались на них, как на своем фундаменте, используя кодируемые ими операторы для своего собственного развития. Они лишь постепенно формировали специфические для себя операторы – комплексные структуры большей сложности, которые, однако, в качестве базовых продолжали использовать операторы низлежащих ярусов жизни. Простейший пример этому – функция пищеварения у высших организмов, вплоть до человека, основанная на деятельности одноклеточных [37]. Так было и с поведенческой информацией, базирующейся на центральной нервной системе, строение которой предопределяется генотипически, и с информацией логической, основой которой послужили наиболее развитые варианты поведенческой информации и структуры человеческого мозга, предопределяющие его возможности. Во всех случаях, следовательно, базовые функции выполняет информация генетическая. Ее разрушение или исчезновение повлекло бы за собой неизбежную деградацию и разрушение всех других известных нам информационных систем, базирующихся на структурах биогенной природы. Все бы гигантское здание логической информации рухнуло и превратилось в труху, как сгнивший пень.
Интересен вопрос о соотношениях общего количества генетической, поведенческой и логической информации. Однако что в этом случае принимать за количество генетической информации? Брать ли в качестве такого геном одного человека, или генофонд человеческой популяции, или сумму геномов всех существовавших когда-то и ныне живущих людей? Или, учитывая, что экологическая ниша человека включает в себя, в качестве субкомпонентов, экологические ниши всех видов организмов, понимать под общим количеством генетической информации совокупность генотипов всех, как вымерших, так и ныне здравствующих живых существ? Возможны разные варианты выбора, и все здесь зависит от точки зрения. Так, если сравнивать между собой только дискретные информационные системы, то количество кодирующей их генетической информации определяется лишь количеством ДНК в их геномах; количество информации поведенческой – информационной емкостью тех животных, которые такой информацией обладают; а количество логической информации – объемом всего человеческого знания, скомпонованного в максимально сжатый текст. Как соотносятся эти величины (выраженные в битах, напр.), сказать пока невозможно, но, по-видимому, третья во много раз превосходит обе предыдущие. Это и должно соответствовать все возрастающим размерностям пространства режимов, комплементарным информационным системам 1-го и 2-го рода.
В согласии с количеством кодирующей их информации, пространства режимов технологических операторов всегда и неизменно включали в себя пространства режимов меньших размерностей, комплементарные информации поведенческой и генетической. Говоря несколько иначе, это означает, что техногенез в своем развитии мог опираться только на предшествовавший биогенез, а техногенные операторы всегда и неизбежно включают в себя, в качестве компонентов, операторы биологического происхождения.
Действительно, начало развития технологий можно, например, датировать временем начала изготовления и использования каменных орудий труда. Но в "полный оператор" здесь, помимо человека, входили также и другие операторы генетической информации – клубни и плоды растений, мясо и шкуры животных, с помощью этих орудий добывавшиеся. Следующий араморфоз в эволюции техногенеза произошел с переходом отдельных человеческих сообществ к животноводству и земледелию. Главным компонентом таких техногенных операторов становились искусственно совершенствуемые сорта растений и породы животных, а ареной их деятельности, их экологической нишей оставались различные природные биоценозы. Эту линию рассмотрения можно было бы проводить и далее, но, пожалуй, достаточно отметить, что трансформируемые человеком фрагменты генетической информации до сих пор лежат в основе источников его питания техногенного происхождения, техническое обеспечение чего тесно переплетается с природными ландшафтами.
Но это лишь "одна сторона медали". Второй ее стороной являются побочные продукты w деятельности техногенных операторов. По мере роста численности человеческих сообществ и увеличения энергоемкости технологий побочные продукты их деятельности все сильнее деформируют природные популяции и биоценозы, вызывая в них неконтролируемые изменения, вплоть до угрожающих разрушением этих ценозов. Уже давно начала складываться парадоксальная ситуация: технологии, облегчающие человеку использование природных ресурсов, начали становиться главной причиной их разрушения. К настоящему времени этот процесс приобрел глобальный характер и именуется экологическим кризисом [38, 39].
Таковы, коротко, основные соотношения между техногенезом и биосферой.
