Многоклеточные формы жизни
Предпосылкой к появлению многоклеточных форм жизни стали колониальные одноклеточные организмы. Их дочерние клетки после воспроизведения не отделяются от материнской и существуют в непосредственном соприкосновении. Являясь, как и все одноклеточные главным образом принимающей стороной в информационных взаимодействиях они способны вступать только в самые примитивные виды взаимного обмена информацией, связанные, например, с информацией о физическом их контакте. Внешняя информация из среды принимается и реализуется каждым членом колонии самостоятельно. Их совместная деятельность ограничивается самим фактором создания единого тела, которое по своим физическим параметрам имеет более высокую живучесть, чем составляющие его элементы.
В этом плане можно привести интересный пример поведения амеб, которые хотя и не являются колониальными организмами, но способны на создание временных колоний. В голодном состоянии они выпускают вещество (одна из составляющих ДНК), это вещество воспринимается другими как информация заставляющая их сближаться и группироваться. Образуется единая слизь (некое подобие колониального организма). Эта слизь может перемещаться в пространстве под воздействием внешней среды на значительно большие расстояния, чем отдельные амебы. При этом сами амебы не тратят свою энергию на передвижение и потому дольше живут в условиях ее дефицита. Достигая питательной среды, слизь распадается на отдельные амебы, и они опять действуют как самостоятельные объекты.
Многоклеточные организмы отличаются от колониальных прежде всего разделением функций отдельных групп клеток при взаимодействии со средой. Их общей особенностью является то, что, как и колония одноклеточных, многоклеточный организм вырастает из одной материнской клетки. Разделение функций клеток в совместной их деятельности как целого требует согласования их действий между собой. Это согласование достигается комплексом происходящих между ними управляющих и следящих информационных взаимодействий. В многоклеточном организме появляются клетки способные вступать в информационные взаимодействия с другими клетками в качестве передающей стороны.
Во всем остальном клетка в многоклеточном организме взаимодействует с другими клетками принципиально так же, как одноклеточный организм взаимодействует с элементами его внешней среды. Принципиальное отличие проявляется только в процессе самовоспроизведения клетки. Дочерняя клетка не всегда становится полной копией материнской клетки. На процесс самовоспроизведения клетки оказывает влияние ее информационное взаимодействие с окружающими клетками и внешней средой организма. ДНК в дочерней клетке полностью копируется с ДНК материнской клетки, а комплекс остальных элементов может значительно отличаться. Таким образом, центральный элемент информационного управления взаимодействий элементов клетки в каждой клетке один и тот же, но выполняет только ту часть своих функций, которая соответствует взаимодействию с имеющимися в клетке другими элементами.
Разные по строению клетки организма выполняют разные функции. В комплексе они обеспечивают взаимодействие организма с его внешней средой, которое в итоге должно поддерживать существование каждой отдельной клетки. Чтобы так оно и было необходима согласованность действия различных клеток через их информационные взаимодействия (следящие и управляющие). У простейших многоклеточных такие информационные взаимодействия осуществляются теми же клетками, которые поддерживают обмен веществом и энергией с внешней средой. Но уже на довольно ранней стадии развития многоклеточных форм сопровождаемого усложнением необходимого для их существования комплекса взаимодействий со средой (у кишечно-полостных) возникают клетки специализирующиеся на организации информационного обмена между остальными клетками. Эти клетки называют нейронами. Строение нейронов у всех многоклеточных имеет общие особенности - они обладают несколькими короткими отростками (дендритами) и одним длинным (аксоном или нервным волокном или в просторечии нервом). Дендриты служат для информационного взаимодействия с соседними клетками, а аксоны с клетками расположенными на значительном расстоянии (их длина может быть свыше метра).
Почти изначально возникает и функциональное разделение нейронов по участию в следящих и управляющих внутренних информационных взаимодействиях (в биологии соответствующие функции называют чувствительными и двигательными). В простейшем случае информационное взаимодействие организма со средой основанное на участии в нем нейронов строится через нервные (рефлекторные) дуги. Нервная дуга начинается с клеток-рецепторов, вступающих с внешней средой в симметричные взаимодействия, изменяющие их внутреннее состояние. Изменение их состояния приводит к изменению их взаимодействия с чувствительным нейроном. Это взаимодействие уже является информационным. Нейрон получает информационные коды от рецептора безусловно и непосредственно интерпретируемые им в изменении его состояния и реализует через передачу другому нейрону своих информационных кодов, а тот в свою очередь передает его информационные коды двигательным клеткам, которые уже непосредственно меняют свое состояние, тем самым, организуя ответное взаимодействие со средой целесообразное для организма в целом в сложившихся условиях.
Последовательность происходящих в нервной дуге информационных взаимодействий между различными клетками образует акт информационного взаимодействия более высокого уровня, в котором объектом, принимающим информацию, является уже сам организм. Такой акт во многом еще носит такой же характер, как и акт информационного взаимодействия одноклеточного организма со средой. Используемый в нем аппарат интерпретации информационных кодов (основанный на строгой последовательности действий нейронов) является безусловным и непосредственным, как и в случае одноклеточного организма. Различие присутствует пока лишь в плане увеличения сложности и разнообразия принимаемых информационных кодов и соответственно в более сложных и разнообразных действиях реализующих принимаемую информацию.
Усложнение многоклеточных организмов в ходе их эволюции сопровождается усложнением процессов их информационного взаимодействия со средой в соответствии с необходимостью поддержания широкого спектра их симметричных взаимодействий с этой средой, обеспечивающих уже не столько существование каждой клетки, а существование организма в целом.
Усложнение информационного обмена со средой обеспечивается в организме через усложнение аппарата интерпретации принимаемых информационных кодов. Его действие продолжает основываться на действиях нейронов, но уже взаимодействующих между собой в более сложных структурах: нервных узлах, нервных центрах и, наконец, в спинном и головном мозге. Сложный акт информационного взаимодействия организма со средой происходит на основе иерархического построения простых актов. Следящая информация поступает из разных точек в узлы, из них в центры, затем в мозг. Из мозга управляющая информация по другим иерархическим путям через соответствующие центры и узлы распределяется к органам, реализующим ее в соответствующих действиях.
Иерархическое построение отдельных простых этапов информационных взаимодействий обеспечивает качественное преобразование следящей информации от того вида, в котором она принималась из внешней среды к тому, на основе которого инициируется ее реализация. Т.е. к тому, которое приводит непосредственно к генерации управляющей информации в центрах непосредственно организующих ответную реакцию организма целесообразную в текущих условиях внешней среды.
Качественное преобразование информации при ее продвижении с нижних иерархических уровней обработки к верхним заключается в ее обобщении.
Обобщение информации - это преобразование информации о наличии множества простых частных событий в информацию о наличии некоего события более высокого уровня, в которое эти частные события входят как отдельные его элементы.
Необходимость обобщения связана, прежде всего, с тем, что на любом отдельном этапе информационного обмена имеется принципиальное ограничение количества и разнообразия информационных кодов, с которыми может работать аппарат интерпретации того объекта, который принимает на этом этапе информацию. Обобщение информации заключается в замене информации о конкретных частных событиях на информацию о событии, которое заключается в их совместном проявлении. Эта информация переносится меньшим числом кодов, чем суммарное количество кодов необходимое для переноса информации обо всех частных событиях.
При этом, конечно, неизбежны потери детализации отражения ситуации, но обеспечивается возможность ее согласованной реализации через передачу командной информации адекватной данной ситуации в целом. Обобщение дает возможность хоть какой-то целесообразности реализации информации в различающихся по деталям, но подомным в целом, информационных взаимодействиях в условиях ограниченных возможностей учета особенностей каждого из них. Реализация обобщенной информации заключается в генерации объектом таких действий, которые должны быть целесообразными в условиях всего комплекса имеющих место частных событий, а не каждого из них в отдельности.
Командная информация для обеспечения конечной ее реализации проходит обратный путь через соответствующие центры и узлы, в которых она детализируется через разветвления, ведущие к конкретным органам выполняющим элементарные действия, образующие в целом адекватное поведение организма по отношению к внешней ситуации. Множество разных конкретных ситуаций отражается в одной и той же обобщенной информации и соответственно реализуется в одних и тех же действиях организма. Если эти действия приводят к примерно одинаковому и полезному для организма результату, то обобщение информации является правомерным.
Обобщение информации принимаемой многоклеточным организмом реализуется через ее поступление из разных точек в нервные узлы, которые меняют параметры своего состояния соответствующие каждой конкретной порции информации, и при определенной комбинации значений этих параметров инициализируют посылку информации в вышестоящий нервный центр, сообщая ему о событии наличия этой комбинации.
Простейший механизм обобщения может иметь безусловный характер. Т.е. одинаковые комбинации информационных кодов, поступающие из разных точек в нервный узел, центр или мозг интерпретируются в нем детерминированным образом в соответствии с его возможностями, которые остаются постоянными на протяжении всего его существования. Соответственно на их основе возникает одна и та же обобщенная информация.
По мере эволюции многоклеточных организмов у них появился и стал развиваться аппарат условной интерпретации информации. Этот аппарат смог реализоваться только на уровне достаточно развитого головного мозга, в котором взаимодействуют миллионы и миллиарды нейронов. Действие этого аппарата интерпретации, видимо, заключается в том, что нейроны после получения и реализации информации не возвращаются сразу в состояние полностью эквивалентное тому, что было до их участия в информационном взаимодействии, а некоторое время сохраняют в себе его следы. Кроме того, должны существовать другие нейроны, принимающие в обобщенном виде информацию о состоянии первых и сохранять состояние своих элементов обусловленное этой информацией. Такие нейроны не принимают непосредственного участия в цепочках основных информационных взаимодействий, но способны вмешиваться в них, имитируя состояния одних нейронов при наличии комбинаций состояний других достаточно часто встречающихся совместно с ними. В результате получается, что комплекс информационных взаимодействий протекает, как будто в нем участвует информация, которая на самом деле не поступила в данный момент. В результате организм реализует действие соответствующее той ситуации, которая должна иметь место, но напрямую еще не проявилась для организма в его информационном взаимодействии со средой. Такие действия Павлов назвал условными рефлексами. Последовательное развитие способности условной интерпретации информационных кодов протекающее в течение жизни конкретного организма означает настройку его врожденного аппарата интерпретации на конкретные условия существования.
Для возможности условной интерпретации информационных кодов одновременно необходимо должны иметь место несколько важных факторов. Первый из них - память.
Память объекта, - это изменения возникающие в его аппарате интерпретации информационных кодов в результате отдельных актов информационных взаимодействий объекта, и сохраняющиеся некоторое время после завершения этих актов.
Память сама по себе бесполезна для объекта, если не может быть использована им в процессе изменения его информационного взаимодействия со средой в направлении, обеспечивающем повышение целесообразности организуемых им взаимодействий с этой средой. Аппарат интерпретации, обладающий памятью, может реализовывать ее через имитацию информации о событии, которую он еще не получил, но возможно должен получить, исходя из порции информации поступившей в данный момент и ее взаимосвязи с поступлением других порций информации в прошлом. Такое действие аппарата интерпретации представляет собой прогнозирование.
Прогнозирование, - имитация получения новой информации на основе информации поступающей в текущий момент и ее сопоставления с совокупностью информации поступившей ранее.
Память о том, что было в прошлом, используется в процессе прогнозирования для определения того, что будет в будущем. Для обеспечения этой возможности объект должен вступать в такие информационные взаимодействия со средой, из которых он получает не только информацию, непосредственно реализуемую в данный момент, но и информацию, которая для него в данный момент бесполезна. Чем выше внутренняя организация объекта и сложнее комплекс его взаимодействий со средой, тем больше он должен получать бесполезной в текущем моменте информации, накапливая ее в своей памяти. Необходимость этого вытекает из неопределенности того, какие конкретно взаимодействия могут произойти в дальнейшем, и какая текущая информация будет в них реализована.
Совокупное наличие памяти, возможности обобщения и прогнозирования стало предпосылкой развития того, что называют абстрактным мышлением. Оно заключается в том, что имитируется и обрабатывается информация, связанная с явлениями, которых, может быть, никогда не было и никогда не будет.
Память каждого объекта всегда ограничена, а большая часть поступающей информации так и остается невостребованной. При этом общее ее количество (с точки зрения переносящих ее информационных кодов), безусловно, превышает возможности полного ее запоминания.
Для предотвращения переполнения памяти и соответственно потери возможности ее нормального функционирования обязательно должен существовать механизм ее чистки (забывания), дающий возможность использовать те же элементы памяти для запоминания новой информации.
Механизм чистки памяти может быть реализован, во-первых, на основе неустойчивости сохранения активных состояний элементов памяти, с помощью которых фиксируется информация. Они постепенно самовосстанавливаются в пассивном состоянии и скорость этого восстановления тем больше, чем реже поступает информация приводящая их в соответствующее активное состояние. В более сложном случае возобновление активного состояния может обуславливаться не в процессе получения, а в процессе использования запомненной информации, подтверждающем ее полезность.
Еще одна возможность чистки памяти может заключаться не в полном стирании следов информации, а в переводе множества отдельных, но взаимосвязанных параметров состояния групп элементов памяти в обобщенный вид и сохранении уже обобщенной информации в состоянии параметров других элементов. Это требует меньше ресурсов памяти, хотя и влечет потерю детализации.
Многоклеточный организм, о чем мы уже упоминали, вырастает из одной зародышевой клетки, формируемой материнским организмом. Главной частью этой клетки является молекула ДНК, управляющая информация, от которой реализуется в развитии клетки, последующем многократном ее делении, и затем в развитии и делении ее дочерних клеток. На состав и свойства элементов, а значит и функции, дочерних клеток оказывает влияние то, какие клетки уже образовались ранее. Неизменным у всех клеток остается только состав и структура молекулы ДНК.
Структура ДНК представляет собой две линейных цепочки нуклеотидов попарно соединенных и закрученных в спираль. На каждой позиции цепочки может находиться только один из четырех возможных видов нуклеотидов. Самовоспроизведение клетки начинается с разделения этих двух цепочек и формирования к каждой из них такой же парной, какая была ранее.
Для одноклеточных организмов этот процесс заканчивается появлением второй клетки идентичной первой, для многоклеточных, как уже было упомянуто, это выполняется не всегда. Каждая клетка имеет ограниченное число функции определяемых информационным воздействием отдельных участков ее ДНК на остальные элементы. Это воздействие однозначно определено комбинацией входящих в данный участок видов пар нуклеотидов. В одноклеточных организмах таких пар в ДНК входит от 1 до 10 млн. Поскольку в многоклеточных организмах одинаковые молекулы ДНК управляют совершенно разными клетками, то количество необходимых для этого пар нуклеотидов возрастает и составляет уже от 100 млн. у простейших до 3,3 млрд. у человека (у земноводных почему-то еще больше). При этом упоминавшаяся ранее доля избыточности этих пар растет вместе с ростом их количества. У человека доля управляющих участков составляет 3% в общем количестве пар. Избыточность обеспечивает защиту передаваемого от клетки к клетке через ДНК врожденного аппарата интерпретации информационных кодов и защиту управляющей информации генерируемой ДНК. Чем сложнее информационные взаимодействия, тем больше требуется защита самой ДНК и передаваемой ею информации.
Изменчивость клеток, обуславливается тем, что нарушения структуры ДНК при ее воспроизведении все же случаются. Небольшие нарушения ведут к несущественным индивидуальным изменениям свойств клеток, значительные, случающиеся крайне редко, к появлению новых их видов, если они окажутся жизнеспособными. Появление новых видов дает материал для естественного отбора и таким образом приводит к эволюции живых форм. Индивидуальные изменения важны для сохранения вида, потому что обеспечивают возможность появления групп его индивидуальных организмов приспособленных к происходящим изменениям внешней среды. Индивидуальная изменчивость даже стимулируется многими видами многоклеточных через процесс полового размножения, в котором молекула ДНК зародыша формируется из молекул двух родительских организмов и, не совпадая ни с одной из них, обладает своим собственным потенциалом информационных взаимодействий.
В многоклеточных организмах, в ходе их эволюции, процессы обработки информации усложняются и приобретают новые качества. Но при этом сохраняется действие и всех существовавших прежде более простых процессов (вплоть до каталитического), действующих в отдельных информационных взаимодействиях самостоятельно или входящих как часть в более сложные процессы. Все сложное строится из простого, и приобретая новые качества, во многом сохраняет прежние. Новые качества, развиваясь, обуславливают возникновение еще более сложных новых качеств.
Таким новым качеством стала для многоклеточных организмов способность выступать в информационные взаимодействия со средой не только в роли объекта принимающего информацию, но и целенаправленно ее передающего. Это создало предпосылки для развития информационного взаимодействия между организмами в целях согласования их действий ведущих к повышению устойчивости существования каждого из них. Стали возникать социальные образования, способные выступать по отношению к окружающей среде как самостоятельные объекты, реализующие взаимодействие с нею через комплекс специфичных действий отдельных своих членов связанных внутренними информационными взаимодействиями. Основное отличие эволюции социальных образований от эволюции живых форм заключается в том, что она проистекает не из случайных факторов изменения ДНК, а из постепенного развития возможностей информационного взаимодействия между членами этих образований. Общим у обоих видов эволюции является естественный отбор наиболее жизнеспособных вариантов. Собственно второй вид эволюции не заменяет первый, а происходит на его фоне и только в тех рамках, которые им определены.
