Возникновение информации в системе нуклеиновых кислот. Добиологическая полинуклеотидная система мо­жет существовать лишь при условии строгого совершен­ства комплементарной полимеризации. Небольшое или умеренное количество ошибок, допущенных при построе­нии комплементарной нити, не будет препятствовать ассоциации этой последней с матричной нитью или с ка­кой-то другой, похожей на нее одиночной нитью. Однако ошибки, возникающие при последовательных актах ком­плементарной полимеризации, будут накапливаться, и если частота появления ошибок, приходящихся на гене­рацию, умеренна или велика, то нити, отделенные друг от
друга несколькими поколениями, окажутся столь раз­личными, что их ассоциация станет невозможной. Если нестабильные одиночные нити не смогут с легкостью об­разовывать стабильные двойные, то вся система окажет­ся нестабильной, особенно при недостатке строительных блоков., Отсюда не следует, что частота ошибок должна равняться нулю; она должна быть настолько малой, чтобы обеспечить соответствующую концентрацию экви­валентных одиночных нитей. При этом условии нить, сильно отклоняющаяся от нормальной, будет с большой вероятностью элиминирована, так как она не может об­разовать пару с нормальной нитью и таким образом стать стабильной. Если же такая нить случайно окажет­ся в благоприятных для нее условиях, то она сможет породить какую-то новую «мутантную» систему.
Наличие совершенной комплементарной полимериза­ции подразумевает передачу информации: последова­тельность оснований, существовавшая в матричной нити, сохраняется на протяжении ряда следующих друг за другом актов репликации. Единственная причина, по ко­торой эта особая последовательность должна точно вос­производиться, заключается именно в том, что она со­впадает с последовательностью в исходной матричной нити. Иными словами, мы имеем здесь дело с соответ­ствием ради самого соответствия.
В добиологической полинуклеотидной системе почти все последовательности оснований равноправны. Отсю­да следует, что такая последовательность сама по себе не имеет никакого «смысла», т. е. не несет никакой ин­формации, являясь лишь «шумом». Конечно, это спра­ведливо в том случае, когда исходная последователь­ность образовалась в результате совершенно случайной полимеризации; это остается справедливым и тогда, когда исходная последовательность возникла в резуль­тате действия какого-то закона, не влияющего на по­следующую функцию самой системы. Вместе с тем ис­ходная «бессмысленная» последовательность становится весьма осмысленной, как только возникает необходи­мость точно следовать ей. ИнФопмация возникла благо­даря тому, что какая-то одна оределенная нить стала прародительницей системы, т. е. она возникла благодаря стабильности системы, порожденной этой особой нитью.
Следует подчеркнуть, что возникновение информации из шума — это совсем не то, что обнаружение информа­ции, замаскированной шумом, например при выявлении ранее не известной закономерности. В последнем случае информация существовала, хотя и в замаскированном виде, тогда как в первом случае ее просто не было. Это справедливо и тогда, когда у какой-то одной определен­ной нити были известные основания для того, чтобы стать прародительницей системы. Безупречная компле- ментарность необходима и в случае совершенно случай­ного выбора исходной последовательности. «Запомина­ние случайного выбора» служит механизмом создания информации, и по своей природе этот механизм совер­шенно отличен от механизма обнаружения информации.
Создание новой информации. «Запоминание случай­ного выбора» — это обычный способ возникновения ин­формации. Поскольку создание информации обычно связано с сознательной деятельностью, представляется целесообразным обсудить этот способ создания инфор­мации, используя примеры, связанные с деятельностью человека.
Простой способ создания информации вполне анало­гичен предполагаемой ситуации в случае системы нуклеиновых кислот. Рассмотрим, например, создание информации путем выбора определенной комбинации букв для отпирания сейфа. Здесь несущественно, каким образом первоначально выбирали эту комбинацию — научным методом, заимствуя ее из таблицы случайных чисел, или не очень разумно пользуясь какой-то в прин­ципе расшифровываемой последовательностью, напри­мер датой рождения или телефонным номером. Нам важ­но лишь, что перед введением данной комбинации в ме­ханизм сейфа любая последовательность чисел столь же хороша (или столь же нехороша), как и любая другая, но после того, как она введена в этот механизм, одна последовательность оказывается нужной, а все осталь­ные бесполезными. Таким образом, выбор какой-то опре­деленной последовательности и закрепление этого вы­бора (введение в механизм сейфа) создают информацию.
Переходя к более «высоким материям», можно ска­зать, что информация возникает каждый раз, когда что- то новое создает художник, композитор или поэт. Этот способ создания информации основан на акте свободной воли: мы знаем из личного непосредственного опыта, что человек способен на это. Интуитивно мы приписываем способность к акту свободной воли и существам, кото­рые подобны человеку. Степень требуемого подобия не для каждого одинакова, но это не кажется нам особен­но важным. Трудности возникают в тех случаях, когда мы хотим рассматривать события такого класса, поль­зуясь объективными критериями, а не прибегая к ин­туиции. Для пояснения нашей мысли допустим, что мы хотим попытаться объяснить процесс «создания инфор­мации в результате акта свободной воли» пришельцу с другой планеты, владеющему речью и способному пони­мать то, что ему говорят. Если мы просто предъявим нечто, сотворенное человеком, то наш собеседник, конеч­но, отметит, что это якобы новое творение —■ простой ре­зультат перестройки чего-то, что уже ранее существо­вало, и притом перестройки, которая может подчинять­ся вполне определенным законам. Как можно узнать, что в том или ином случае действительно возникла хоть какая-то новая информация и что «новое» не просто ре­зультат перестройки ранее существовавших образцов в соответствии с ранее существовавшими законами? От­ветом могут служить слова композитора Пьера Буле, который усматривал задачи творчества в том, чтобы «сделать непредсказуемое неизбежным». Попытаемся раскрыть это великолепное определение. Если в работе действительно есть какой-то подлинно новый элемент, то предсказать его заранее, очевидно, совершенно невоз­можно, и здесь не помогут никакие имеющиеся данные; а если работа удалась, то этот непредсказуемый эле­мент должен стать совершенно неизбежным, приобрести силу закона. Однако разве мы не встречаемся именно с такой ситуацией всякий раз, когда на секретном меха­низме сейфа набирается новая комбинация цифр или — в рассмотренном выше гипотетическом случае — когда какая-то случайная последовательность оснований ста­новится прародительницей системы нуклеиновых кислот?
Сомнительно, чтобы, пользуясь объективными крите­риями (а не интуицией), можно было отличать один спо­соб возникновения новой информации от другого, т. е. отличать запоминание случайного выбора от создания информации в результате акта свободной воли. Оба спо­соба ведут к непредсказуемым результатам. Для того чтобы отличить случайность от проявления свободной воли, следовало бы обратиться к рассмотрению всей истории определенного организма. Когда наш выбор оп­ределяется актом свободной воли, мы руководствуемся какими-то рациональными соображениями, что подра­зумевает использование полезных сведений, извлеченных из предыдущего опыта. Если же мы имеем дело с про­цессом типа случайного выбора, например с распадом атома радия в данный момент времени, то на такое событие никак не может повлиять предыстория этого атома.
Комбинация способности производить непредсказуе­мые выборы со способностью учиться на опыте (и, в ча­стности, учиться, используя результаты предыдущих вы­боров) настолько близка к способности создавать но­вую информацию в результате акта свободной воли, насколько это вообще возможно (если судить по объек­тивным критериям). К сожалению, было показано, что можно построить автомат, прекрасно удовлетворяющий таким критериям и тем не менее не позволяющий даже приблизиться к ситуации, в которой можно было бы распознать вдохновение. Принцип его конструкции со­стоит в следующем.
Начинают с простейшего автомата, устройства вход— выход, управляемого какой-то программой (стратегия, код, закон), предписывающей, какой выходной сигнал должен возникнуть в ответ на любой входной сигнал (фиг. 3). Используемая программа может быть очень простой, например: «Если вы видите зеленый свет, иди­те, если видите красный — остановитесь»; или она мо­жет включать подробный анализ, например: «Оценить ситуацию, обусловленную самыми последними события­ми в окружающей среде; рассмотреть все возможные от­веты и рассчитать на возможно большее число ходов вперед их результаты; оценить возникшую после расчета
ситуацию путем анализа следующего перечня свойств... вычислив величину, связанную с каждым свойством, при помощи формулы со следующими параметра­ми... и найдя суммарную ожидаемую величину для каж­дого возможного ответа; выбрать в качестве выходного сигнала такой ответ, для которого эта ожидаемая вели­чина окажется наибольшей». Устройство, работающее по этому второму способу, должно, по-видимому, обла­дать сложной структурой для распознавания входного

Фиг. 3.

сигнала, создания выходного сигнала и для выполнения промежуточных вычислений, связывающих выходной сигнал с входным. Тем не менее структура такого авто­мата в основных своих чертах не будет отличаться от структуры устройства вход—выход с простой програм­мой.
Следующий шаг, который нужно сделать для получе­ния «автоматов, создающих информацию в результате чего-то, аналогичного акту свободной воли», состоит в замене фиксированной стратегии такой стратегией, ко­торую можно приспособлять, следуя строго определен­ным правилам. Для этого в схему включается стратеги­ческое устройство; его входными сигналами служит на­копленный опыт, приобретенный в результате ряда от­дельных действий, а выходными — стратегия, которой
следует пользоваться в ряде последующих действий. Такое устройство можно сконструировать по-разному, на­пример так, как это показано на фйг. 4. Выходные сигналы автомата, т. е. истинное значение величины, соответствующей данному действию, поступают в запо­минающее устройство стратегической машины вместе с записью отдельных действий. После промежутка времени, достаточного для сбора представительной выборки вход­ных сигналов, полученные результаты сравниваются с

Фиг. 4

ожидаемыми величинами и в случае отличия одних от других разность между ними поступает в запоминающее устройство вместе с записью использованной стратегии. Затем стратегия слегка видоизменяется либо непосред­ственно, либо путем варьирования одного или несколь­ких параметров. Полученный результат оценивается, и если он оказывается лучше предыдущего, то производят­ся дополнительные изменения в том же направлении; в противном случае это направление изменяется на об­ратное.
Автоматы явно «учатся на опыте». Действуя указан­ным выше способом, стратегическое устройство автома­тов «пробует» все возможные стратегии, начиная с вы­бранной отправной точки и пользуясь предписанной про­граммой поиска. В конце концов оно остановится на какой-то определенной стратегии или станет непрерывно перебирать какое-то конечное их число. Стратегическое устройство не обязательно обнаружит оптимальную стра­тегию, но оно найдет одну или несколько таких, которые окажутся лучшими в совокупности близких стратегий. Поскольку окружающая среда, отправная точка и про­грамма поиска заданы, получающиеся результаты в прин­ципе предсказуемы. Если промежутки времени между изменениями стратегии достаточно велики для получе­ния полной выборки соотношений вход—выход, то тогда в принципе можно предсказать даже путь поиска или всю совокупность последовательных стратегий. Если ис­пользуемый автомат очень сложен, то вполне возможно, что предсказать результат поисков подходящей страте­гии будет чрезвычайно трудно, но это уже другой во­прос.
Заключительный и в то же время критический этап в создании такого автомата сводится к введению неко­его случайного элемента. Физически это можно выпол­нить несколькими путями. Например, подобное устрой­ство может состоять из счетчика Гейгера и регистрато­ра, который просто заменяет «1» на «О» и «О» на «1»при каждом акте регистрации. Сверяясь с таким регистра­тором, автомат может теперь принимать случайные не­предсказуемые решения при условии, что промежутки времени между обращением к регистратору велики по сравнению с промежутками между изменениями в пока­заниях (фиг. 5).
Эти случайные решения должны использоваться ра­зумно. Здесь можно представить себе такой путь. Если в процессе расчета величин всех возможных выходных сигналов при заданном входном оказывается, что значе­ние наилучшего ответа отличается от значения следую­щего на величину, меньшую некоторого заданного е, то следует обратиться к регистратору. Если он показывает «1», то в качестве выходного сигнала нужно выбрать наилучший ответ, в противном случае — ответ, следую­щий за наилучшим. В результате такого простого изме­нения автомат оказывается способным к действиям, ко­торые действительно нельзя предсказать. Разумеется, число возможностей не безгранично. Если отправная точ­ка, программа поиска и среда заданы, то, очевидно, не­трудно установить, в каком месте процедуры поиска по­явится первое случайное решение и каковы будут его возможные последствия. В этом месте процедуры поиска

Фиг. 5.

произойдет разветвление: из этой точки начнутся два пути, снова предсказуемые до нового разветвления, и т. д. Длина пути между точками решения определяется величиной е. Если эти пути не соединяются вновь, то трудности предсказания результатов поиска экспонен­циально возрастают с увеличением числа случайных ре­шений.
Теперь наш автомат в принципе закончен — остается лишь немного потрудиться над его сборкой. Такой ав­томат, безусловно, способен к непредсказуемым дей­ствиям. Если интересующая нас ситуация настолько проста, что известна вся совокупность возможных результатов, то область непредсказуемости ограничена и о ней можно не заботиться. Однако если ситуация та­кова, что совокупность всех возможных стратегий либо бесконечна, либо слишком велика, чтобы можно было исследовать каждую из них (как, например, при игре в шахматы), то автомат может дать нечто совершенно неожиданное. Кроме того, он учится на опыте и разумно использует свои непредсказуемые действия. Он представ­ляется нам весьма отличным от нас самих — разумных существ, наделенных свободной волей. Однако разум­ный пришелец из какого-нибудь другого мира, по всей вероятности, не уловит этой разницы, и нам будет труд­но — или даже невозможно — убедить его в том, что в отношении разумности и свободной воли мы обладаем чем-то таким, чего автоматы лишены. Выбирая некую правильную стратегию, автомат создает информацию; выполняя это способами, которые нельзя предсказать, он делает то, что представляется неотличимым от созда­ния информации в результате акта свободной воли.
К счастью, мы не должны пока заниматься автома­тами, делающими непредсказуемые выводы из опыта и создающими (при помощи средств, которые даже не должны быть очень сложными) нечто родственное наи­более благородному проявлению сознания человека — созданию новой информации. В самой мысли о таких автоматах есть нечто малоприятное, но вместе с тем в ней есть и кое-что обнадеживающее. Из нее следует воз­можность создания новой информации способом, весьма близким к тому, которым пользуется сознание человека, и в то же время с использованием одних лишь чисто физических средств, без привлечения каких-либо вита­листических принципов. Иными словами, это лишает процесс создания новой информации того характера исключительности, которым мы его наделяем, и позво­ляет серьезно рассматривать вопрос о создании новой информации системами, организованными значительно проще, чем человек, даже одной клеткой, даже некой добиологической макромолекулярной системой.