Чем отличается биохимия от химии, или является ли ДНК "просто" молекулой

Записка "О практическом нуле и приближенных вычислениях" была опубликована на Русской народной линии. Публикация вызвала ряд комментариев. Некоторые из них явились, на мой взгляд, результатом недостатка понимания читателями семиотического характера системы обработки генетической информации, использующейся в живых организмах. Один читатель даже утверждал, что ДНК представляет собой обычную молекулу. Обычная? Да, но... По результатам читательских откликов я посчитал необходимым написать следующее. 

Итак, чем отличается биохимия от химии? Являются ли ДНК/РНК "просто молекулами"?

Биохимия отличается контекстом и семантикой, смысловой нагрузкой генетической информации, представляющей собой не что иное, как набор инструкций по синтезу биологических структур дочернего организма. В первом приближении развертывание биохимических процессов включает два уровня:

• нижний уровень А непосредственных физико-химических взаимодействий;
• верхний уровень B управления физико-химическими взаимодействиями.

Имеющуюся картину можно сравнить с системой представления информации в сетевой модели OSI, представляющей собой стэк (иерархию) протоколов, использующихся при организации информационных потоков в компьютерной сети. Уровень А будет соответствовать физическому уровню стэка OSI (рис.1), уровень B – прикладному уровню, то есть самому верхнему уровню, доступному пользователям различных приложений.

Рис.1. Организация передачи данных согласно модели OSI между двумя приложениями, выполняющимися на подключенных к сети устройствах. Источник – IndustrialNets.ru

Процесс обработки информации в персональном компьютере или ином устройстве отправителя идет от прикладного уровня вниз до физического, на котором посылаемые данные преобразуются в биты и, в конечном счете, в скачки напряжения в сетевом кабеле. Процесс обработки информации в компьютере (устройстве) получателя обратный: скачки напряжения детектируются, преобразуются в поток данных, передаваемых с уровня на уровень вверх до прикладного, на котором они отображаются с помощью конкретного используемого приложения/программы в виде, удобном для чтения человеком. 

Например, Вы указываете в браузере веб-адрес (URL) интересующей Вас страницы в интернете. Браузер обрабатывает Ваш запрос, преобразуя URL в сетевой адрес сервера, посылает запрос этому серверу, получает отклик от него в виде пакета запрашиваемых данных, например, в формате HTML (при условии, что адрес правильный и сервер подключен к сети в данный момент) и, наконец, обрабатывает HTML-данные и отображает содержимое страницы в Вашем браузере.

Именно на уровне приложений задается семантика будущего обмена информацией в сети. Скажем, автор статьи набивает текст, пользуясь текстовым редактором, и затем публикует ее на сервере. Для успешного прочтения статьи, она должна находиться по указанному адресу в формате, "известном" Вашему приложению (в данном случае, браузеру). 

При этом важно отметить несколько обстоятельств, существенных с точки зрения организации успешного обмена информацией.

• Для корректной интерпретации записанной на носителе информации необходимо предварительно обеспечить совместимость/совпадение протоколов ее представления/считывания, используемых отправителем и получателем.
• Представление информации на разных уровнях имеет формальный характер. Протокол есть не что иное, как набор правил, наложенных поверх физико-химических взаимодействий; в свою очередь, физико-химические взаимодействия определяют лишь ограничения, в которых функционирует данная система, но не сами указанные правила. 
• Поэтому правила как таковые несводимы к физическим закономерностям, задающим ограничения работы системы (как и правила высших уровней несводимы к правилам низших). Об этой несводимости я уже писал здесь.
• Наличие правил достоверно указывает на интеллектуальную деятельность проектировщика/разработчика, поскольку сама физическая реальность функционирует лишь в рамках законов, будучи инертной по отношению к правилам. 

То же самое происходит в живой клетке, с разницей в конкретных деталях: в реализации протоколов записи/считывания. Физический уровень (уровень А) представлен биополимерами: молекулами ДНК/РНК, несущими нуклеотиды четырех типов: A, C, T (U в РНК), G.

Рис.2. Серия кодонов части молекулы информационной (матричной) РНК (mRNA). Каждый кодон состоит из трех нуклеотидов, обычно соответствующих отдельной аминокислоте. Нуклеотиды именуются первыми буквами их химических соединений: A (adenine), U (uracil), G (guanine) и C (cytosine). В состав данной молекулы mRNA входит U (uracil), вместо которого в ДНК присутствует T (thymine). Молекула mRNA впоследствии инструктирует рибосому синтезировать белковую молекулу согласно последовательности кодонов. Источник: Википедия, статья Genetic code (перевод наш – Е.С).

Триплеты нуклеотидов (кодоны, рис.2) интерпретируются считывающей полимеразой и в случае белок-кодирующей части молекулы соответствуют, как правило, отдельному аминокислотному остатку, который впоследствии будет синтезирован как часть молекулы белка. Запись/cчитывание инициируется и завершается особыми старт-стоп кодонами. Свойства синтезируемых белков определяются последовательностями аминокислотных остатков. Именно этими последовательностями и представлен прикладной уровень (уровень В), то есть не чем иным, как биологическим содержанием генетической информации.

Итак, мы видим, что запись/cчитывание генетической информации есть формальный процесс, алгоритм, или последовательность инструкций, заданных с помощью системы материальных символов и записанных на биополимерном носителе. Современная наука не знает ни одного примера самопроизвольной генерации формальных предписаний, протокола их обработки, а также загрузки этого протокола в систему. Напротив, наличие этих признаков есть свойство лишь артефактных систем обработки информации. 

Обстоятельства, которые мы отмечали в связи с обсуждением стэка протоколов сетевой модели OSI, справедливы и в отношении живой клетки. Существование априорно установленного протокола (набора правил) кодирования/интерпретации генетических инструкций необходимо точно так же, как необходимо существование подобных протоколов и в искусственных системах обработки информации. Таким образом, жизнь некорректно сводить лишь к химии, если, конечно, мы хотим получить адекватное представление о том, что такое жизнь с точки зрения современной науки. 

В заключение записки, отмечу, что нет нужды представлять то, о чем я пишу, как попытку наделения носителей генетической информации самих по себе мистическими свойствами. Напротив, свойства вполне химические, но только лишь химией не исчерпывающиеся. Мы выплескиваем с водой и ребенка, когда сводим сложнейший семиотический процесс, действительно имеющий химическую составляющую, только лишь к этой составляющей. Можно, конечно, утверждать, что страница газеты содержит всего-навсего причудливо упорядоченные пятна краски. На физическом уровне так оно и есть. Однако этим не исчерпывается содержание газетной публикации. Точно так же смысл человеческой речи нельзя свести исключительно к звуковым колебаниям, а функционирование сложных приборов, таких как, например, телевизор или радиоприемник, не может быть объяснено только лишь существованием электрического тока.

Как мы уже отмечали, семантическая нагрузка сообщения во всех без исключения примерах функционирования искусственных систем обработки информации есть следствие осмысленных действий лиц, принимающих решения. Таким образом, распознавание семантической нагрузки достоверно указывает на интеллектуальную деятельность проектировщика кибернетической системы.

Настоящая тайна нас ожидает при попытке осмыслить тот факт, что лежащее в основе основ всего живого – в основе процесса репликации – с очевидностью и научной достоверностью указывает на действия интеллекта гораздо более мощного, чем интеллект человека, с целью создания механизма воспроизведения жизни, то есть на Того, Кто дал начало всему живому.


Литература

1. David Abel, The First Gene. 
2. Блог и интернет-форум Uncommon Descent