Глава 3

Подсказки отца подействовали. Я довольно быстро накидал тезисы нового доклада, и у меня получился десяток слайдов. Действительно, оказалось всё не так сложно, как я боялся. Нет, конечно, если закапываться в тему, то можно сделать презентацию и с парой сотен слайдов, так как тема поистине безгранична. Но я ограничился только самыми поверхностными тезисами о том, как применяется теория информации в генетике и вообще в биоинформатике.

Всё оказалось одновременно и довольно тривиально, но в то же время очень интересно. Итак, генетическая информация потому и называется «информацией», так как в молекулах ДНК закодированы инструкции о том, как производить белки. Эта кодировка достаточно проста – используется всего лишь четыре буквы: А, Г, Т и Ц.

ДНК – это дезоксирибонуклеиновая кислота, огромная молекула, которая содержится в каждой клетке организма. В ядре каждой клетки содержится две копии ДНК, свёрнутые в так называемые хромосомы. Хромосомы – это Х-образные биомолекулярные комплексы, даже видимые в оптический микроскоп. У каждого вида живых существ используется свой набор хромосом, и, например, у человека таких хромосом 23 пары. Пары именно потому, что ДНК хранится в ядрах клеток в двух экземплярах.

ДНК состоит из нуклеотидов, если говорить очень упрощённо. Нуклеотиды – это и есть те самые четыре буквы генетического кода. Буква «А» обозначает аденин, буква «Г» – гуанин, буква «Т» – тимин и буква «Ц» – цитозин (или при помощи букв латинского алфавита – A, G, T и C). Аденин, гуанин, тимин и цитозин – это четыре нуклеотида, из которых состоит ДНК всех живых существ на планете, а также некоторых вирусов.

И вот тут как раз проявляется теоретико-информационный подход к генетике. Вместо того чтобы размышлять о ДНК, как о гигантской биомолекуле, состоящей из нуклеотидов, сцеплённых друг с другом в двойную спираль, имеет смысл абстрагироваться от этого и записывать последовательность нуклеотидов в виде букв генетического кода, которых всего лишь четыре. Геном человека состоит из двух цепочек ДНК, в каждой из которых примерно три миллиарда нуклеотидов, то есть это три миллиарда букв А, Г, Т или Ц, записанных друг за другом. Если предположить, что на одной странице формата А4 примерно 45 строк, в каждой из которых около 85 букв, то на странице умещается 3825 букв, а это значит, что весь геном человека можно уместить на 784 313 страницах убористого текста. Не так уж и много – всего лишь полторы тысячи книг, которые умещаются в небольшой библиотеке.

Но это всё – всего лишь самый первый уровень кодирования. Оказывается, что есть второй уровень, на котором в расчёт берутся три подряд идущих нуклеотида – так называемые «триплеты», и значение имеет комбинация букв в каждом триплете. Если на первом уровне существует 4 типа нуклеотидов, то на втором уровне есть 64 разных тройки нуклеотидов. Почему 64? Всё просто – на первом месте в тройке может быть любой из четырёх нуклеотидов, на втором – тоже любой из четырёх, и на третьем тоже любой из четырёх, а это значит, что для получения общего числа различных комбинаций троек нужно 4 умножить на 4 и потом ещё раз умножить на 4, то есть возвести 4 в куб, а это как раз будет 64.

Так вот второй уровень кодирования тройками нуклеотидов определяет, как строятся белки. Каждая тройка нуклеотидов определяет аминокислотный остаток, который добавляется к полипептидной цепочке при построении белка. Белки как раз и формируются из таких цепочек. Но тут интерес вызывает то, что в построении белков участвуют всего лишь 20 аминокислот, а разных вариантов троек нуклеотидов – 64. Оказывается, что некоторым аминокислотам соответствует несколько вариантов таких троек.

Я подумал, что это такой способ резервирования, поддержанный естественным отбором. Так вышло, что у подавляющего большинства живых организмов на Земле и всех вирусов белки состоят из одного и того же крайне ограниченного множества аминокислот, но каждая аминокислота кодируется несколькими вариантами триплетов – троек нуклеотидов. Я вспомнил, как отец однажды мне рассказывал про то, как инженеры используют принципы резервирования при конструировании надёжных систем из ненадёжных компонентов. Мне показалось, что и здесь в генетике используется нечто подобное.

На третьем уровне всё оказалось намного сложнее. Многие белковые молекулы оказались этакими механизмами, которые взаимодействуют с другими более мелкими молекулами – примерно как ключ с замком. Белок – это замок со скважиной, а ключ – это то, что называется сигнальной молекулой. Она подходит в скважину белка, а сама скважина называется рецепторным сайтом или просто рецептором. Фишка в том, что когда сигнальная молекула присоединяется к рецептору белка, белковая молекула изменяет свою трёхмерную конфигурацию, то есть то, как она свёрнута в пространстве. Это действительно можно представить как ключ и замок – если вставить ключ в замок и повернуть его, то из замка вылезет язычок. Ну в любом случае трёхмерная форма замка так или иначе изменится.

На биологическом языке это всё выглядит более строго: сигнальная молекула лиганда присоединяется к рецепторному сайту белка, в результате чего меняется трёхмерная конфигурация последнего, и тем самым реализуется функциональная особенность белковой молекулы. А вот на языке теории информации и кибернетики то же самое явление выражается совсем другим способом. Действительно, здесь имеет место информационный процесс, в котором на вход подаются две молекулы – сигнальная и белковая – и они соединяются в белковый комплекс, выполняя при этом определённую функцию с её результатом, после чего разъединяются, то есть на выходе имеются те же молекулы, а также результат выполнения функции белка. При этом у самой этой функции также есть входные и выходные молекулы. Например, для ферментов входными и выходными биомолекулами являются ингредиенты тех биохимических реакций, которые ускоряются соответствующими ферментами.

Далее я обнаружил четвёрый уровень – это был уровень отдельных клеток. Как оказалось, клетки тоже обмениваются информацией, и делают они это при помощи механизмов третьего уровня. Действительно, в мембрану клетки встроено огромное количество белковых молекул, многие из которых являются рецепторами различных сигналов, которые, как оказалось, также являются молекулами – это различного рода гормоны, нейромедиаторы, интерфероны и другие подобные молекулы. Все их можно опять же объединить под названием «сигнальных молекул». И в этом случае процесс передачи информации описывался простой кибернетической формулой – клетка является механизмом преобразования информации, на вход которому через рецепторы на поверхности поступают сигнальные молекулы от других клеток, информация передаётся внутрь клетки при помощи изменения конфигурации рецепторных белков, внутри происходят биохимические процессы, в результате которых клетка меняет своё состояние и при необходимости испускает другие сигнальные молекулы вовне в качестве выходной информации.

Я долго думал, что могло бы быть на уровнях тканей и органов. Действительно, я заметил, что в какой-то мере моя иерархия информационных процессов в биологическом организме так или иначе соотносится с уровнями организации живой материи: биомолекулярный, комплексный, клеточный, уровни тканей, органов и системный. Но вот на уровне тканей я так и не смог придумать те процессы, которые явно можно было бы описать на теоретико-информационном языке.

Поэтому я, не мудрствуя лукаво, пропустил тканевой уровень и перешёл к уровню органов, систем в организме и всего организма в целом, попытавшись найти на нём информационные процессы. И это оказалось довольно просто, так что на пятом уровне своей информационной схемы в биологических организмах я описал получение воздействий извне органами чувств – глазами, ушами, языком, кожей и так далее – с последующим преобразованием этой информации в нервной системе человека с выдачей в качестве выходных результатов движения, запоминания и даже деятельности внутренней секреции. Таким образом, на своём пятом уровне я охватил интеллектуальную деятельность человека. Это показалось мне очень интересной идеей.

Я вновь откинулся на кресле и обозрел все те тезисы доклада, которые написал к этому моменту. Получалось очень интересно – на каждом организационном уровне живой материи имеются определённые информационные процессы. Это полностью согласовывалось с моей первоначальной идеей о том, что всё в мире можно представить с теоретико-информационной точки зрения. Я даже улыбнулся тому, как всё красиво складывалось.

Тут мне в голову пришла ещё одна идея. Ведь если рассмотреть человеческие общества, то можно выделить шестой уровень преобразования информации. Люди обмениваются информацией внутри своего общества, и это, очевидно, ещё один уровень. Тут же мне пришла в голову следующая мысль о том, что можно и дальше укрупнять сущности – сами человеческие сообщества: организации, компании и даже государства также являются акторами информационного взаимодействия. Ведь, например, организация может отправить в другую организацию письмо, и это с очевидностью передача информации. Я подумал и выделил это в седьмой уровень. Получилось семь уровней, и это мне понравилось: семь – хорошее число.

Внезапно я понял, что всё то, что я написал, можно отнести не только к человеку, но и вообще к любым живым существам на Земле. У бактерий, растений, животных же тоже есть сообщества, в которых они обмениваются информацией. А сами по себе эти сообщества формируют экологические системы, которые всё так же можно рассматривать как взаимодействующих акторов. Так что я дополнил свои тезисы ещё одним – сделал сопоставление всех уровней информационного взаимодействия у человека и других видов живых существ в биосфере планеты. Мне показалось это очень интересным.

Итак, список тезисов для завтрашнего доклада был готов. Я ещё раз обозрел его общим взглядом, поправил пару формулировок и вновь закинул в работу Аурелии, чтобы она оформила презентацию. Через несколько минут всё было готово, и я вновь удивился и поразился тому, какой прогресс был достигнут в этой области буквально за несколько лет – с тех времён в средней школе, когда нас начали учить навыкам заклинателя нейросетей для работы с генеративными системами искусственного интеллекта, они стали настолько совершенны, что мало кто сегодня обходится без них. А ведь я ещё помню, как в школьной среде были мощные баталии на тему того, что использование таких систем ведёт к деградации человека, и их даже хотели запретить в преподавании. Хорошо, что верх взял здравый смысл в педагогике, и вместо запретов мы получили нормальные навыки целеполагания для генеративного искусственного интеллекта, чтобы он создавал хорошие и даже превосходные результаты.

Я последний раз просмотрел полученную презентацию, поправил пару недочётов и отправил файл Василисе. В ответ я получил сообщение от неё, что она ждёт моего выступления завтра на планёрке, а так ей презентация нравится – всё красиво, но у неё, дескать, нет времени во всё детально вчитываться. Прочитав это сообщение, я немного расстроился, но потом забил – мало ли какие у человека дела вечером. Так что я решил прогуляться и развеяться.

* * *

На следующий день я вновь участвовал в планёрке. Все сотрудники докладывали о результатах прошедшего дня и планах на день текущий. Вторая планёрка начала постепенно приоткрывать для меня суть проекта – проектная команда прямо сейчас занималась изысканиями в области генетики и протеомики. При этом пока всё было на каком-то теоретическом уровне – как я понял, прямо сейчас шёл этап библиографического поиска и сравнительного анализа того, что уже было наработано в этой области. Но общая цель проекта пока всё также оставалась туманной. Хотя я совсем не парился на эту тему, так как чётко понимал, что вряд ли можно что-то понять на третий день работы. Так что я просто реализовывал известную тактическую уловку – затаиться и слушать.

Я дождался, когда все сотрудники кратко расскажут о своих успехах и проблемных вопросах, а потом Василиса вновь дала слово мне. Несмотря на то, что я уже был знаком с большинством тех, кто присутствовал на планёрке, я всё равно немного мандражировал. Но, конечно, доклад я сделал – я рассказал про все семь выявленных мной уровней информационных процессов в живых системах, а потом показал схему соответствия этих уровней в животном и человеке. Весь доклад занял минут пятнадцать. Когда я закончил, в виртуальном конференц-зале вновь повисла тишина.

Затем слово взял сотрудник, который вчера высказывался о моём первом докладе крайне негативно и в том смысле, что я просто трачу их время. Он снова сказал, что не видит никакого смысла в том, чтобы выслушивать странные идеи студента-первокурсника, поэтому хотел бы, чтобы Василиса перестала тратить их время на это. Я вновь ощутил укол щемящего чувства, как будто бы меня облили помоями. Этот человек высказал свою резкую реакцию и сразу же отключился от видеоконференции. Василиса пожала плечами и никак не прокомментировала эту выходку. Зато она высказалась в мою сторону:

– Данила, вот скажи мне, пожалуйста, сколько ещё раз ты будешь делать не то, что я тебя просила? Я же русским языком попросила рассмотреть теоретико-информационные аспекты в генетике. А ты сейчас рассказываешь нам про семь уровней, включая организации и экосистемы. Зачем? Из всех этих семи уровней к делу относятся только первые два или три. Ну, возможно, четвёртый тоже.

Я сконфузился и продолжил молчать.

Василиса закончила видеоконференцию и перезвонила мне. Она сказала, что в целом я молодец, что уже за два дня изучил столько материалов, но её смущает то, что меня заносит в темы, которые совершенно не требуются в реализации проекта. Я ответил ей, что не совсем понимаю задачи, которые они решают на проекте, поэтому мне сложно воспринимать то, что она мне поручает. Она как будто бы улыбнулась и сказала, что вечером попробует организовать для меня вебинар по погружению нового сотрудника в проектную работу и конкретные задачи, которые поставлены перед всей проектной командой. Ну а пока она прислала мне техническое задание к научно-исследовательской работе, и я должен был внимательно его прочитать до нашей вечерней встречи, а также написать ей в рабочем порядке все вопросы, которые у меня возникнут, для обсуждения их на вебинаре. Этим я и занялся.

К вечеру я внимательно прочитал техническое задание и записал все свои вопросы, которые возникли у меня в процессе чтения. Вечером я пришёл на вебинар и был приятно удивлён, что он был организован специально для меня и что участвовали практически все члены проектной команды. Василиса представила проект, кратко пересказав цели и задачи из технического задания, ответила на все мои вопросы и рассказала о том, как каждый из нас вкладывается в решение конкретных задач проекта. Я понял, что работал в неправильном направлении и начал понимать, как все взаимосвязаны между собой. После вебинара я понял, что важно всегда задавать вопросы, если чего-то не понимаешь, и что такие хорошие люди, такие как Василиса, всегда будут готовы помочь.

После вебинара я пошёл к отцу. Мы расположились у него в кабинете за чашечкой душистого чая, как он любит по вечерам. Я пожаловался на то, что на планёрке в отношении моего доклада были существенные негативные реакции. Отец задумчиво смотрел в окно, качаясь на своём кресле. Затем он сказал:

– Слушай, ну твои жалобы немного некорректны, согласись. Тебе поставили задачу, а ты пошёл в лукавое мудрствование, выдал свои непроверенные идеи за какие-то откровения. Ну и получил. Я считаю, что заслуженно.

Я немного ошарашенно смотрел на отца. Всё же я надеялся на его поддержку, а он вот так. А он, между тем, продолжил, попивая свой ароматный чаёк:

– Мне кажется, что я должен тебе немного рассказать про то, как устроены отношения в организациях, а также про то, что такое научный метод, научная деятельность и научно-исследовательские работы. Ведь мы именно этим сейчас занимаемся.

По кабинету отца распространялся чуть сладковатый запах душицы, корицы и ещё каких-то странных трав, которые он сам собирает и сушит. Отец приглушил свет и открыл окно, из которого на нас обрушился вечерний стрекот цикад. Атмосфера стала самая душевная, и я расслабился. Подумал даже, что можно было бы заменить электрическое освещение на керосиновую лампу.