Наука Плоского Мира II: Земной шар - Терри Пратчетт

Слово «всей» сразу бросается в глаза. Есть бесчисленное множество причин, по которым ДНК развивающегося организма не оказывает на него определяющего влияния. Факторы, влияющие на развитие, но не связанные с геномом, называются «эпигенетическими» и варьируются от едва заметного мечения ДНК до родительской заботы. Сложнее найти слабое место в слове «информация». Конечно же, геном в некотором роде является носителем информации: в настоящее время огромные усилия в международном масштабе прилагаются к тому, чтобы извлечь эту информацию из генома человека и других организмов, включая рис, дрожжи и круглых червей Caenorhabditis elegans. Но обратите внимание на то, как легко мы попадаем в ловушку небрежности, ведь слово «информация» в данном случае подразумевает получение новых сведений человеческим мозгом, а не развивающимся организмом. «Проект человеческого генома» предоставляет информацию не организмам, а нам.

Ущербность этой метафоры приводит к столь же ущербному заключению, будто бы геном объясняет сложность организма с точки зрения количества информации, заключенной в его ДНК-коде. Люди сложны, потому что обладают длинным геномом, который содержит много информации, а круглые черви устроены проще из-за того, что их геном короче. Это соблазнительная идея, но она не соответствует действительности. К примеру, количество шенноновской информации, содержащейся в человеческом геноме, на несколько порядков уступает информации, необходимой для описания нейронных соединений в человеческом мозге. Неужели мы сложнее, чем информация, которая нас описывает? К тому же у некоторых амеб геном намного длиннее, чем у нас — это отбрасывает нас на несколько шагов назад и еще сильнее заставляет усомниться в том, что ДНК — это информация.

Широко распространенное убеждение, согласно которому сложность организма объясняется сложностью его ДНК (хотя это точно не так), основано на двух допущениях, двух научных историях, которые мы рассказываем самим себе. Первая история называется «ДНК — это чертеж» и рассказывает о том, что геном не только контролирует и направляет биологическое развитие, но хранит информацию, необходимую для описания организма. Вторая история называется «ДНК — это сообщение» и посвящена метафоре «Книги Жизни».

Обе истории чрезмерно упрощают прекрасную сложность интерактивной системы. «ДНК — это чертеж» утверждает, что геном — это молекулярная «карта» организма. А «ДНК — это сообщение» говорит нам, что организм способен передавать эту карту следующему поколению путем «отправки» подходящего сообщения.

Обе истории не соответствуют действительности, зато являют собой пример неплохой научной фантастики — или, во всяком случае, плохой, но интересной научной фантастики с хорошими спецэффектами.

Если у «ДНК-сообщения» и правда есть «получатель», то это никак не следующее поколение организмов, которое на момент «отправки» «сообщения» еще даже не существует, а, скорее, рибосома, то есть молекулярный механизм, превращающий цепочки ДНК (ген, кодирующий белок) в белки. Рибосома — ключевая составляющая системы кодирования; она играет роль «адаптера», который заменяет информацию, находящуюся в ДНК, цепочкой аминокислот, образующих белок. Мы говорим о рибосоме в единственном числе, потому что все рибосомы одинаковы, но любая клетка располагает множеством их копий. Представление о ДНК как носителе информации стало практически общепринятым, однако очень немногие считают хранилищем информации рибосому. Теперь мы довольно точно представляем себе структуру рибосом и никакого очевидного носителя информации, похожего на ДНК, в них нет. Рибосома похожа на «неизменную» машину. Так куда же делась информация? Никуда. Просто мы задаем некорректный вопрос.

Это недопонимание объяснятся тем, что мы не учитываем контекст. Наука очень серьезно относится к смысловому наполнению, но имеет привычку упускать из виду «внешние» ограничения изучаемой системы. Контекст — это важное, хотя и недооцененное качество информации. Так легко сосредоточить внимание на комбинаторной ясности сообщения и забыть о тех сложных и запутанных процессах, которые приемник выполняет в процессе декодирования сообщения. Контекст — ключевая составляющая процесса интерпретации сообщений — иначе говоря, их смысла. В книге «Иллюзия пользователя» Тор Норретрандерс ввел понятие эксформации, чтобы охватить роль контекста, а Даглас Хофстедтер обратил на это внимание в книге «Гедель, Эшер, Бах». Обратите внимание на то, как в следующей главе контекст помогает расшифровать поначалу непонятное собщение «ТИОРСИЯ».

Вместо того, чтобы представлять ДНК как чертеж, в котором закодирован организм, проще обратиться к аналогии с музыкальным компакт-диском. Биологическое развитие похоже на компакт диск с инструкциями по сборке нового CD-плейера. И если у вас изначально нет CD-плейера, то «прочитать» эти инструкции вы не сможете. Если смысл не зависит от контекста, то код, записанный на компакт-диске, должен обладать инвариантным смыслом, который не зависит от конкретного плейера. Но так ли это на самом деле?

Сравните две крайности: «стандартный» плейер, который преобразует цифровой код на компакт-диске в музыку согласно программе, заложенной проектировщиками, и музыкальный автомат. В случае с обычным автоматом сообщение состоит из некоторой суммы денег и нажатия на кнопку; в то же время музыкальный автомат отвечает на эти действия проигрыванием конкретной музыкальной композиции в течение нескольких минут. В принципе конкретный числовой код может «обозначать» любую композицию — все зависит только от настроек музыкального автомата, или, другими словами, от эксформации, выраженной в его конструкции. А теперь представим музыкальный автомат, который в ответ на компакт-диск не проигрывает закодированную на нем мелодию, а интерпретирует этот код как число и затем проигрывает другой диск с соответствующим номером. Предположим, к примеру, что запись пятой симфонии Бетховена на цифровом носителе начинается с 11001. Это двоичная запись числа 25. Тогда наш автомат считает с диска «25» и найдет диск с этим номером — будем считать, что там записан джаз в исполнении Чарли Паркера. С другой стороны, в музыкальном автомате есть диск с номером 973, на котором записана пятая симфония. Получается, что компакт диск с записью пятой симфонии можно «интерпретировать» двумя совершенно разными способами: как указатель на Чарли Паркера и как саму пятую симфонию (она будет запущена в ответ на диск, код которого начинается с 973 в двоичной записи). Два контекста, две интерпретации, два разных смысла и два разных результата.

От контекста зависит и само наличие сообщения: отправитель и получатель должны договориться о протоколе, который преобразует символы в их значения и обратно. Без протокола семафор — это просто несколько кусков древесины, развевающихся на ветру. Ветки дерева — это тоже куски древесины, развевающиеся на ветру, однако никто не пытается декодировать сообщения, передаваемые деревом. Годичные кольца, или кольца роста, которые можно увидеть, посмотрев на спиленный ствол, — это уже другое дело. Мы научились «декодировать» их «сообщения» — например, о климате в 1066 году и тому подобные сведения. Толстое кольцо указывает на благоприятный год, когда дерево росло хорошо, а климат, видимо, был теплым и влажным; тонкое кольцо означает неблагоприятный год и, вероятно, прохладный засушливый климат. Однако последовательность годичных колец стала сообщением и средством передачи информации только тогда, когда мы открыли правила, связывающие климат с ростом деревьев. Сами деревья никаких сообщений нам не посылали.

Протокол биологического развития, благодаря которому ДНК-сообщения приобретают смысл — это законы физики и химии. Именно в них и заключена эксформация. Правда, оценить его количественно нам вряд ли удастся. Сложность организма определяется не количеством оснований в цепочке ДНК, а сложностью процессов, инициированных этими основаниями в контексте биологического развития. Иначе говоря, смыслом «ДНК-сообщений», когда они поступают на вход тонко настроенной и отлаженной биохимической машины. Именно в этом отношении мы превосходим амеб. Переход от зародыша, отращивающего маленькие крылышки, к младенцу с изящными ручками требует выполнения целого ряда процессов, формирующих скелет, мышцы, кожу и другие части тела. Каждый этап зависит от текущего состояния всех остальных и все вместе они зависят от контекста физических, биологических, химических и культурных процессов.

Центральным элементом теории информации Шеннона является величина, которую он назвал энтропией — в данном случае она выражает влияние статистических закономерностей в источнике сообщений на количество информации, которое можно передать с их помощью. Если определенные последовательности бит более вероятны, чем другие, то они переносят меньшее количество информации, так как снижают неопределенность на меньшую величину. Например, в английском языке буква «E» встречается намного чаще буквы «Q». Таким образом, сообщение «E» несет в себе меньшее количество информации, чем сообщение «Q». Имея выбор между «E» и «Q», лучше всего сделать ставку на «E». А больше всего информации мы получаем, когда наши ожидания не оправдываются. Энтропия Шеннона сглаживает эти статистические сдвиги и дает «справедливую» оценку количества информации.