В. Корогодин - Информация как основа жизни

Заметим, – и это хочется особенно подчеркнуть, – что автомат фон Неймана можно рассматривать с двух точек зрения. Во-первых, так же, как делал сам Дж. фон Нейман, анализируя принцип устройства самовоспроизводящейся технической системы. В этом аспекте инструкции или информация, содержащаяся в блоке В и используемая блоком А для изготовлении копии такого автомата, играет как бы служебную роль, подчиненную цели создания новых блоков А, Б, В и Г. Но можно весь автомат рассматривать и с другой позиции, когда все неинформационные компоненты его, т. е. блоки А, Б, В и Г, выступают в роли операторов по отношению к кодирующей их информации, а совокупность этих блоков, т. е. сам автомат, есть не что иное, как супероператор, обеспечивающий воспроизведение этой информации.

Дж. фон Нейман, по-видимому, не был знаком с работой Г. Меллера [4], опубликованной за четверть века до его выступления, в которой живой организм рассматривался как устройство, обеспечивающее воспроизведение кодирующих его генетических структур. Если посмотреть на автомат фон Неймана с этой точки зрения, то его с полным правом можно интерпретировать как подобное же устройство, осуществляющее воспроизведение кодирующей его информации. Поэтому-то автоматы фон Неймана и можно рассматривать как простейшие информационные системы. Термин "простейший" здесь используется в смысле "элементарный", чтобы подчеркнуть дальнейшую неделимость системы, способной обеспечивать воспроизведение информации. Очевидно, что анализ строения и функционирования такой информационной системы следует проводить, постоянно имея в виду функциональную специфику отдельных блоков автомата фон Неймана и характер их взаимодействия друг с другом.

Однако это еще не все выводы, которые можно сделать из упомянутой работы Дж. фон Неймана. Используя идеи А. Тьюринга [5], Дж. фон Нейман показал, что теоретически возможен универсальный автомат, т. е. механизм такой степени сложности, которой при наличии правильно заданных инструкций может выполнять операцию любого другого механизма. Иными словами, на определенном этапе эволюции самовоспроизводящихся автоматов для выполнения все более сложных операций уже исчезает необходимость дальнейшего усложнения структуры самих автоматов. Для этого оказывается достаточным задавать все более подробные и сложные инструкции I. Эволюция автоматов уступает место эволюции информации.

Универсальный автомат фон Неймана может, конечно, и самовоспроизводиться. Для этого достаточно включить его в качестве блока А в описанную выше систему. Дж. фон Нейман считал, что именно потому, что логически возможен универсальный автомат, возможна и бесконечная биологическая эволюция. Отпадает необходимость переделывать основные механизмы биосинтеза по мере перехода от простых организмов к более сложным. Необходимо только модифицировать и расширять генетические инструкции. Все, что было открыто нового об эволюции биологических систем после 1948 г., подтверждает правоту Дж. фон Неймана. Очевидно, что эволюцию информационных систем от простейших к универсальным можно вполне трактовать как эволюцию природных автоматов фон Неймана.

Выше мы коротко рассматривали те особенности физических объектов, которые позволяют им быть носителями информации (см. главу 2). Один из выводов, полученных нами, был тот, что в качестве носителя информации может выступать любое физическое тело. Из сказанного в предыдущем разделе следует, однако, что реальный носитель информации должен отвечать еще двум, в дополнение к рассмотренным выше, требованиям: допускать возможность записи информации некоторым данным способом и допускать возможность считывания информации также заранее заданным способом. Иными словами, реальный носитель информации должен строго соответствовать своей информационной системе. Носители информации и информационные системы должны быть комплементарны друг другу.

Рассмотрим четыре типа информационных систем, в соответствии с которыми можно выделить четыре комплементарные им группы носителей информации.

Первая группа – это носители генетической информации. К ним относятся молекулы РНК, односпиральной ДНК и двуспиральной ДНК. "Вписывание" генетической информации в эти носители происходит в процессе трансляции, осуществляемой по матричному принципу, и лишь в качестве исключения (как реликт? или прообраз будущего?) существует система "РНК – обратная ревертаза – ДНК" – пока единственный пример перевода информации с одной системы записи на другую в генетических информационных системах.

Вторая группа – это носители поведенческой информации. Здесь уже следует различать носители, используемые для реализации (и хранения) такой информации, и носители, используемые для ее передачи. Носители, используемые для хранения и реализации поведенческой информации, – это неизвестные пока структуры нервных клеток или нервной системы в целом, с соответствующими считывающими устройствами. Для передачи поведенческой информации используются другие носители: в случае генетически-детерминированных поведенческих реакций – носители первой группы, а в случае поведенческих реакций, приобретаемых в ходе индивидуальной жизни, – электромагнитные (световые лучи) и воздушные (звуки) колебания, а также ряд химических соединений, имеющих специфические запахи. Существуют специальные приспособления – рецепторы –воспринимающие такую информацию и переводящие ее в ту форму записи, которая может сохраняться и быть использована нервной системой.

При рассмотрении носителей второй группы, предназначенных для передачи индивидуальной поведенческой информации, возникает интересный вопрос: в каких ситуациях их можно рассматривать как действительно носители информации, а в каких – как простые "сигналы", т. е. воздействия внешней среды, лишь запускающие реализацию тех или иных предсуществующих информационных программ? Вопрос этот не тривиальный и относится к одной из важнейших особенностей развивающихся информационных систем – к способам обмена информацией. Можно думать, что в эволюции способов обмена поведенческой информацией решающее значение принадлежало использованию рецепторов, первоначально предназначавшихся для совершенно другой цели, а именно для восприятия различного рода внешних воздействий, таких, как световые, звуковые, химические и температурные, которые иногда и называют двусмысленным термином "сигналы". Такие воздействия, или сигналы, могли последовательно играть три разные роли: непреднамеренного свидетельства (следы), преднамеренного свидетельства ("Это моя территория!") и примера для подражания. Во всех трех случаях это то, на основании чего у реципиента может создаваться новая информация. Но лишь в третьем случае сигнал превращается в средство (или способ) передачи уже существовавшей информации от донора к реципиенту, приобретая тем самым функцию носителя информации. Разнообразие физических объектов, служащих таковыми во второй группе носителей, как мы знаем, ограничено.

Третья группа – это носители информации, специфически используемые для передачи человеческого знания, за исключением технических систем связи. Помимо носителей информации второй группы сюда относятся все те физические тела, на которых (и с помощью которых) можно записывать сообщения. При огромном разнообразии потенциальных носителей такого рода использование их, во-первых, стереотипно, а во-вторых, всегда играет промежуточную роль, с последующим переводом на носители второй группы. Возникновение языка, однако, в отличие от сигнального типа общения, было прорывом информации за пределы собственных информационных систем как в пространство, так и во время.

К четвертой группе носителей могут быть отнесены те атрибуты технических систем связи, которые не воспринимаются непосредственно органами чувств (как носители второй и третьей групп) и практически не генерируются живыми организмами. Информация, содержащаяся в таких носителях, чтобы быть в такие носители включенной или, чтобы быть воспринятой живыми организмами, требует обязательного трансформирования с помощью технических же систем приема или передачи. Это, прежде всего, электромагнитные колебания диапазона радиоволн, магнитозаписи и т. д. Вовлечение их в информационные циклы не принесло (по крайней мере до сих пор) ничего принципиального нового по сравнению с использованием носителей третьей группы, но чрезвычайно усилило потенции, в них заключавшиеся. Это относится, прежде всего, к скорости и расстоянию передачи информации, к возможностям ее хранения, а также к расширению круга возможных адресатов.

Таким образом, использование тех или иных потенциальных носителей информации в качестве ее реальных носителей целиком и полностью обусловливается особенностями соответствующих информационных систем. Информационными, как договорились, будем и впредь называть системы, способные самостоятельно осуществлять полный информационный цикл, т. е. воспроизведение кодирующей их информации, а поэтому выступающие по отношению к такой информации как системы, обеспечивающие ее существование. Мы уже говорили, что воспроизведение информации обычно происходит путем самовоспроизведения всей системы. Каждое новое поколение информационной системы призвано воспринимать информацию, для этого подготовленную, сохранять ее до следующего акта воспроизведения, а затем передавать дальше. Эти три элементарных информационных акта являются необходимыми условиями существования любой информационной системы.