Теория информации и эволюция [Джон Эвери] (pdf) читать постранично

Джон Эвери

Теория информации
и эволюция
Перевод с англ. В. Л. Саракула
Под редакцией доктора биологических наук,
профессора А. А. Миронова

Москва

§

Ижевск

2019

УДК 576

Интернет-магазин

http://shop.rcd.ru

•
•
•
•

физика
математика
биология
нефтегазовые
технологии

Эвери Д.
Теория информации и эволюция. — М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2019. — 252 с.
В книге рассматривается феномен жизни, ее происхождение и эволюция, в том
числе эволюция человечества, с точки зрения термодинамики, статистической механики и теории информации. Центральной темой является мнимое противоречие
между вторым законом термодинамики и высокой степенью порядка и сложности,
наблюдаемой у живых организмов. Автор показывает, что это противоречие находит
разрешение в информационном содержании свободной энергии Гиббса, непрерывно поступающей в биосферу из внешних источников. Большое внимание уделяется
роли информации в культурном развитии человечества. В одной из заключительных
глав представлена новая дисциплина, которая образовалась на стыке информационных технологий и биологии, — биоинформационная технология.
Книга предназначена для широкого круга специалистов, интересующихся перспективами развития современной науки.

ISBN 978-5-4344-0598-0
c by World Scientic Publishing Co. Pte. Ltd. All rights reserved. This
Copyright 
article, or parts thereof, may not be reproduced in any form or by any means, electronic or
mechanical, including photocopying, recording or any information storage and retrieval
system not known or to be invented, without written permission from the Publisher.
Russian translation arranged with World Scientic Publishing Co. Pte Ltd.,
Singapore.
c НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2019


Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

ГЛАВА 1. Пионеры эволюционной мысли . . . . . . . . . . . . . .

12

ГЛАВА 2. Жизнь и работа Чарльза Дарвина . . . . . . . . . . . .

26

ГЛАВА 3. Молекулярная биология и эволюция . . . . . . . . . . .

51

ГЛАВА 4. Статистическая механика и информация . . . . . . . .

92

ГЛАВА 5. Поток информации в биологии . . . . . . . . . . . . . . 117
ГЛАВА 6. Культурная эволюция и информация

. . . . . . . . . . 133

ГЛАВА 7. Информационные технологии . . . . . . . . . . . . . . . 159
ГЛАВА 8. Биоинформационные технологии . . . . . . . . . . . . . 180
ГЛАВА 9. Взгляд в будущее . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
ПРИЛОЖЕНИЕ A. Энтропия и информация . . . . . . . . . . . . . . 224
ПРИЛОЖЕНИЕ B. Биосемиотика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

Посвящается Джеймс, Лэри, Синди, Аните и Луи

Предисловие
Цель данной книги состоит в рассмотрении феномена жизни, ее происхождения и эволюции (включая культурную эволюцию человечества) с точки зрения термодинамики, статистической механики и теории информации.
Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия (беспорядок) Вселенной всегда возрастает. Центральной темой книги является кажущееся
противоречие между вторым законом термодинамики и высокой степенью
порядка и сложности, производимой живыми организмами. Это очевидное противоречие находит свое разрешение в информационном контексте
гиббсовской свободной энергии, постоянно поступающей в биосферу из
внешних источников, как будет подробно рассмотрено в главе 4.
В начале книги дан краткий обзор истории эволюционной мысли и исследований в этой области не только на протяжении жизни Чарльза Дарвина,
но также до и после нее. Среди пионеров в исследовании эволюции, чьи
работы будут здесь рассмотрены, Аристотель, Кондорсе, Линней, Эразм
Дарвин, Ламарк и Лайель. Они заложили фундамент, на котором Чарльз
Дарвин построил свою теорию.
После смерти Чарльза Дарвина в 1882 году теория эволюции продолжала развиваться и находить все новые подтверждения благодаря последующим открытиям. Молекулярная биология и генная инженерия позволили
построить эволюционное дерево видов намного более точно, чем это могли
сделать Дарвин и его современники на основе морфологии. Данные сравнительного анализа в целом подтвердили картину эволюции, разработанную
в XIX веке, в то же время добавив множество фактов, неизвестных первым
исследователям эволюционной теории.
Дарвин представлял эволюцию как процесс естественного отбора, действующего посредством небольших изменений индивида, передающихся
по наследству. Однако сегодня известно, что иногда эти изменения могут
быть внезапными и большими — посредством мутаций, подобных исследованным де Ври и Мюллером, либо посредством еще более радикального
механизма — симбиоза и генетического синтеза.
Дарвин размышлял над проблемой происхождения жизни, но сознательно избегал обсуждать эту тему в своих публикациях. Однако известно, что в последнем письме, которое он продиктовал и подписал, сказано:

8

ПРЕДИСЛОВИЕ

« . . . в будущем закон жизни предстанет как часть или следствие некоторого
общего закона». В наше время к открытию этого общего закона приступили такие исследователи,