Нить рибоза-фосфат сама по себе не несёт информации — она ведь совершенно однородна по всей длине. К счастью, каждое звено этой цепи обладает способностью присоединить к себе ещё какой-нибудь атом или их группу — любые, лишь бы они образовывали ковалентные химические связи. Например, атом металла, или группу атомов, представляющих собой какое-нибудь самостоятельное химическое соединение. И именно этот «довесок» и превращает нить «рибоза-фосфат» в носитель информации — ведь «довески» к каждому из звеньев могут быть различны, а последовательность их может кодировать какие-то сведения о чём-то. Например, о последовательности букв, составляющих какую-нибудь пьесу Шекспира, или о последовательности аминокислот в молекулах белков.
Фактически, из всего сонма возможных «довесков» в биологически осмысленных молекулах нуклеиновых кислот используются только четыре химические соединения, единые для всего живого — так называемые нуклеозиды. Для нашей темы их конкретная химическая формула не важна, важно, что это вещества с довольно несложной молекулой, сопоставимой по сложности с самой рибозой: мы повседневно сталкиваемся в нашей жизни с веществами подобного типа. Например, когда пьём чай или кофе. А кое-какие вещества данного типа даже были обнаружены в космосе. «Выбор» именно этих кодирующих молекул представляется совершенно случайным: каких-либо веских преимуществ именно этих молекул перед другими, в принципе подходящими, не просматривается. Более того — грамотный инженер-химик вполне мог бы, пожалуй, предложить кое-что и получше; но сейчас это делать, разумеется поздно — вся система жизни «заточена» именно под то, что есть.
Входящие в эту цепь отдельные молекулы рибозы, после присоединения нуклеозида образуют так называемые нуклеотиды; нуклеотидов тоже четыре вида — по числу типов нуклеозидов. Нуклеотиды (как бы «буквы») в ДНК логически объединены в кодоны (как бы «слова») — группы из трёх нуклеотидов, интерпретируемые внутриклеточными механизмами как единое целое, имеющее чёткий биохимический смысл. Смысл этот может состоять либо в необходимости присоединить к синтезируемой белковой цепи конкретную аминокислоту, либо остановить синтез. Таким образом, последовательность определённых кодонов порождает однозначно соответствующую им последовательность аминокислот, а следовательно — тот или иной белок, что в конечном итоге порождает ту или иную структуру организма.
Как нетрудно подсчитать, каждый кодон может пребывать в одном из 64 состояний (4?4?4), однако осмысленных кодовых комбинаций в генетическом коде только 21. 20 из них соответствуют одной из 20 аминокислот, 21-я интрепретируется как знак остановки синтеза. Этот код тоже един для всего живого на Земле — от мельчайшей бактерии, до огромного кита или секвойи, и поэтому генетические тексты «читаются» ими совершенно единообразно. Ну строго говоря, «кое-что» всё-таки отличается, но это «кое-что» совершенно непринципиально для нашей темы.
Тот факт, что из сотен известных химии аминокислот в биологических объектах используются только 20, явно свидетельствует не в пользу разумности Творца. И даже пространство 64 состояний кодона не используется с должной разумностью!
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.