Информация в живой природе

Живая природа сложна и разнообразна. Источниками и приемниками информации в ней являются живые организмы и их клетки. Организм обладает рядом свойств, отличающих его от неживых материальных объектов. Основные из них:

непрерывный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой;
раздражимость, способность организма воспринимать и перерабатывать информацию об изменениях окружающей среды и внутренней среды организма;
возбудимость, способность реагировать на действие раздражителей;
самоорганизация, проявляемая как изменения организма для адаптации к условиям внешней среды;

Организм, рассматриваемый как система, имеет иерархическую структуру. Эта структура относительно самого организма подразделяется на внутренние уровни: молекулярный, клеточный, уровень органов и, наконец, собственно организм. Однако организм взаимодействует и с надорганизменными живыми системами, уровнями которых являются популяция, экосистема и вся живая природа в целом (биосфера).

Между всеми этими уровнями циркулируют потоки не только вещества и энергии, но и информации.

Информационные взаимодействия в живой природе происходят так же, как и в неживой. Вместе с тем, живая природа в процессе эволюции создала широкое разнообразие источников, носителей и приёмников информации.

Реакция на воздействия внешнего мира проявляется у всех организмов, поскольку она обусловлена раздражимостью. У высших организмов адаптация к внешней среде носит характер сложной деятельности, которая эффективна лишь при достаточно полной и своевременной информации об окружающей среде. Приёмниками информации из внешней среды у них являются органы чувств, к которым относят зрение, слух, обоняние, вкус, осязание и вестибулярный аппарат. Во внутренней структуре организмов имеются многочисленные внутренние рецепторы, связанные с нервной системой. Нервная системы состоит из нейронов, отростки которых (аксоны и дендриты) представляют собой аналог каналов передачи информации. Главными органами, обеспечивающими хранение и обработку информации у позвоночных, являются спинной мозг и головной мозг. В соответствии с особенностями органов чувств информацию, воспринимаемую организмом, можно классифицировать как визуальную, слуховую, вкусовую, обонятельную и тактильную.

Пример (продолжение). Попадая на сетчатку человеческого глаза, сигнал особым образом возбуждает составляющие её клетки. Нервный импульсы клеток через акcоны передаются в мозг. Мозг запоминает это ощущение в виде определенной комбинации состояний составляющих его нейронов. (Продолжение примера — в секции "Информация в человеческом обществе").

Накапливая информацию, мозг создает на своей структуре связанную информационную модель окружающего мира.

В живой природе для организма — приёмника информации важной характеристикой является её доступность. Количество информации, которое нервная система человека способна подать в мозг при чтении текстов, составляет примерно 1 бит за 1/16 с.

Исследование организмов затруднено их сложностью. Допустимая для неживых объектов абстракция структуры как математического множества вряд ли допустима для живого организма, потому что для создания более или менее адекватной абстрактной модели организма необходимо учесть все иерархические уровни его структуры. Поэтому сложно ввести меру количества информации. Очень сложно определяются связи между компонентами структуры. Если известно, какой орган является источником информации, то что является сигналом и что приемником?

До появления вычислительных машин биология, занимающаяся исследованиями живых организмов, применяла только качественные, т.е. описательные модели. В качественной модели учесть информационные связи между компонентами структуры практически невозможно. Электронно-вычислительная техника позволила применить в биологических исследованиях новые методы, в частности, метод машинного моделирования, предполагающий математическое описание известных явлений и процессов, происходящих в организме, добавление к ним гипотез о некоторых неизвестных процессах и расчет возможных вариантов поведения организма. Полученные варианты сравниваются с реальным поведением организма, что позволяет определить истинность или ложность выдвинутых гипотез. В таких моделях можно учесть и информационное взаимодействие.

Чрезвычайно сложными являются информационные процессы, обеспечивающие существование самой жизни. И хотя интуитивно понятно, что это свойство прямо связано с формированием, хранением и передачей полной информации о структуре организма, абстрактное описание этого феномена представлялось до некоторых пор невозможным. Тем не менее, информационные процессы, обеспечивающие существование этого свойства, частично раскрыты благодаря расшифровке генетического кода и прочтению геномов различных организмов.