Информационная избыточность кода

Код (язык) допускающий передачу большего объёма информации, чем фактически нужно получателю, является информационно избыточным. Избыточность открывает возможность эффективно обнаруживать искажения сообщений, и даже, возможно, парировать их. Например, предупреждая друзей о своём приезде, мы сообщаем дату, номер поезда, маршрут его следования, и точное время прибытия. Фактически хватило бы даты и номера поезда; но дополнительные сведения позволят друзьям встретить нас, даже если мы (или каналы коммуникаций) исказят наше сообщение – можно легко проверить, действительно ли поезд такого следования имеет такой номер, и прибывает в упомянутое время.

Естественные человеческие языки избыточны примерно в той же степени, что и генетический код. Эта избыточность позволяют нам общаться даже в условиях сильного шума, искажений в телефоне или плохом знании языка нами или нашим собеседником. Но будучи порождением спонтанного естественного процесса, человеческие языки не используют эту избыточность оптимально: наряду с чрезвычайно помехозащищёнными конструкциями, в естественных языках встречаются и чрезвычайно уязвимые – типа «помиловать нельзя казнить». В рассудочно спроектированных кодах такая неравномерность исключена. Избыточность же генетического кода не используется клеткой даже в минимальной степени.

Если бы за проектирование генетического кода взялся современный инженер, то он обязательно использовал бы информационную избыточность кода для защиты информации от искажений. Как минимум, он объявил бы неиспользуемые коды запрещёнными, и предусмотрел бы адекватную реакцию на них – например, повтор неудачно выполненного действия, или запрещение использования искажённого кода в рабочих процессах в клетке. Как максимум – предусмотрел бы более сложную систему кодирования. В современных системах передачи данных используются коды, дающие почти стопроцентную защиту от ошибок при куда меньшей избыточности, чем в генетическом коде. Но жизнь этот подарок судьбы никак не использует – «лишние» 43 кодовые комбинации являются полными синонимами «нелишних». Например, код «остановка синтеза» существует в виде трёх равноправных синонимов, функционально идентичных; а код аминокислоты Серин – даже шести! Фактическая помехозащённость генетического кода очень велика, но она достигается другими, гораздо более «накладными» средствами. Похоже, у Творца явно был «неуд» по теории информации…

Так или иначе, но руководствуясь это информацией, соответствующие биологические механизмы могут построить из одной клетки полноценный организм, и далее обеспечить его функционирование, нацеленное на расширенную репликацию этой же информации в исторические дали.

Разумеется, геном не содержит исчерпывающей информации о построении организма «с нуля» – он слишком мал для этого. Например, весь человеческий геном содержит всего 600–700 мегабайт информации – как один компакт‑диск. По нынешним меркам – всего ничего. Если же учесть, что большая часть этой инфомации относится к так называемой «мусорной ДНК» – ДНК, не содержащей работающих генов, и выполняющей в лучшем случае вспомогательные функции (а то и вовсе никаких), то мы получим совсем скудный объём информации – не более одного‑двух десятков мегабайт. Вряд ли этого достаточно для хранения исчерпывающего чертежа даже коленной чашечки [48], не говоря уж о целом живом организме. Но «живое рождается от живого»: новая жизнь всегда зарождается в уже готовой, функционирующей клетке, а гены – лишь набор специфических (и, кстати, не исчерпывающих) инструкций по преобразованию этой клетки в новый организм. Создание жизни, такой, какую мы наблюдаем сейчас, на совсем «пустом месте», невозможно даже при наличии генов, и этот факт является центральным вопросом изначального возникновения жизни. Впрочем, это не наша тема.

Поскольку генетические «слова» дискретны, то при их реплицировании достаточно легко достигается полная идентичность копии и оригинала: или слова абсолютно совпадают, или это совсем другие слова, с совсем другим смыслом. Поэтому «погрешность» при копировании легко распознаётся, и если что – отбрасывается. Благодаря этой дискретности, разные клетки (и даже тела) могут очень долго сохранять полную генетическую идентичность, не меняющуюся при смене поколений, веков и даже эпох. Читатели, заставшие эпоху аналоговых магнитофонов и грампластинок, наверное помнят, как быстро снижается качество звука при последовательных перезаписях. Современные же цифровые (т. е. дискретные) файлы можно копировать бесконечно – и они останутся в точности теми же самыми, что и оригиналы. Как и гены. Хотя, конечно, эта стабильность не абсолютна, но именно благодаря этому обстоятельству и имеет место эволюция…

Итак, сущность жизни – в информации. Даже такая, во многом загадочная субстанция, как прионный белок (часто для популярности называемый вирусом, хотя это совсем не вирус), в своей основе является инфомрационным феноменом. Для заражения здоровых клеток этот белок не привлекает нуклеиновых кислот: информацию о своей структуре он реплицирует здоровым белкам «личным примером». Но итог один – этот, ранее здоровый белок становится информационно тождественным больному, и превращается в инфекционного агента. Хотя все его атомы остаются прежними.