Monday, 28 July 2014

Конкретные цифры по энергетической эффективности живых организмов

"Это и я так могу!"

В последнее время мне несколько раз подряд пришлось услышать: "никакого дизайна в природе нет, поскольку я бы сделал это лучше". 

Я уже писал об этом здесь и здесь. Мне такие аргументы напоминают слова Промокашки из знаменитого кинофильма "Место встречи изменить нельзя". Услышав виртуозное исполнение 2-го этюда Шопена на фортепиано, наш персонаж сказал с усмешкой: "Это и я так могу!"

Здесь содержатся конкретные факты, касающиеся энергоэффективности передачи генетической информации:
С энергетической точки зрения наиболее совершенной системой памяти является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), молекулы которой хранят генетическую информацию у всех без исключения живых организмов на Земле. Полимерная молекула ДНК представляет собой двойную спираль с шагом 34 Å и диаметром 20 Å, соединенную через 3,4 Å парами специальных химических веществ — оснований, последовательность которых и определяет генетическую информацию. Так как всего имеется четыре различных основания, то каждая пара содержит два бита информации. Это соответствует объемной плотности информации ~1021 бит/см3 (для мозга эта величина составляет всего лишь ~107 бит/см3). Полное количество информации в молекуле ДНК человека ~108 бит. Интересно, что только около 10% этого количества является собственно генетической информацией, т. е. описанием «устройства» человека, точнее, рецепта «изготовления» (химического синтеза) человека. Остальное составляет «административно-управленческий аппарат», организующий передачу информации и распределение ее между различными клетками. Сравнение относительно скромного объема генетической информации (~107 бит) с объемом памяти человека (~1010 бит) приводит к любопытному выводу о том, что жизненный опыт человека значительно богаче его наследственности. Интересно отметить, что у простейшего живого существа — вируса, объем генетической информации всего в несколько сот раз меньше. Передача одного бита информации ДНК требует около 0.2 эВ, что приблизительно в 10 раз больше нормальной температуры (T = 300 К), т. е. минимальной затраты энергии при тепловых шумах. Таким образом, в энергетическом отношении информационная система ДНК близка к идеалу, остающийся множитель ~10 почти наверняка служит для обеспечения надежности работы системы (защита от тепловых флуктуаций) [полужирный шрифт мой].

No comments:

Post a Comment