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编码的关键作用

继1957年出版的“黑云”并且基于一种非常抽象的生活观之后,弗雷德霍伊尔为英国广播公司制作了另一部虚构作品“A for Andromeda”,与约翰·艾略特合作(1962年出版的电视剧本)系列[6])。在这本书中,他描绘了地球上一个位于仙女座大星云的智慧文明的远程行动。这一行动是由一种未知的生命形式引发的,天文学家在扫描宇宙中寻找非随机信号时会发现这种生命。一群英国天文学家在对天空的分析中 - 这让人想起仍在进行的SETI计划[7] - 指出仙女座星系内的电磁信号看起来不随机。分析来自天堂的电磁波的科学家意识到这不是偶然的,因为信号显然是通过一种只能是计算智能的重复形式发送的。整个信号重建需要一些时间,因为每日地球自转将其部分隐藏起来。然后天文学家理解信号是一条消息,并且该消息具有令人联想到计算机程序的属性。为了破译它的含义,他将其作为一种算法在一台先驱计算机上运行,这要归功于苏格兰北部迷雾中国防部的资金。在计算机中运行消息的第一步后,天文学家明白这个算法是构建新计算机的一种蓝图。这台新计算机应该结合许多小型预处理计算机运行的计算,然后必须将这些计算机引入主框架。该算法首先询问有关生物物质的化学性质的问题,然后提出生物组织合成的方案。信息的最终目的是控制我们的尘世生活。

这个小说特别具有启发性,因为它强调,虽然物质在我们看到的生物中是必不可少的,但生命的关键并不重要。从遥远的恒星运输的实体是物理的,但并不重要(尽管光子是它的载体)。这是一个信息,作为一个侵略性和狡猾的程序,而不是传统的绿色小人类生物。生命被视为一个程序的物理实现。在霍伊尔的小说中,生活就是这个计划。信息的一个吸引人的特征,在这个小说中生动地突出,是它不仅仅是一个孤立的,毫无价值的独立实体。它可能并且必须与其他信息来源以及物质相互作用,这一特征有一天需要被包含在信息理论中。在霍伊尔的小说中,人类行为是将数字信息处理成物质设备的中介。虽然这触及了解生命是什么的一个关键点,但它也说明了一个普遍的混淆:因为它使用人类作为中间体,这种情况将程序与其实现混为一谈,这需要特定的信息来源。就像一个没有细胞感染的病毒,没有活着的人类中间体,该程序将无效,它将不会存在。正如许多当代生物学观点一样,这个小说基于一种万物有灵的视野,我们称之为“DNA的万物有灵论”。发现外星信息的天文学家总结了这一点:“如果我们能够将计算机用作控制设备,如果我们可以建造一个化学反应堆,它可以按照它们出现的说明行事 - 事实上,如果我们可以制造DNA合成仪 - 那么我认为我们可以开始建立活组织“。今天,在生物有机体基因组的研究中,并且自然地在生命起源的情景中,找到这种类型的陈述并不困难。这是基于无意识掩盖的一个显而易见的事实:运行程序需要一台机器!当然,我们知道,如果没有放置在实际的计算机中,那么使用具有最先进操作系统(OS)的CD是没用的,并且这个(信息丰富的)计算机必须仍然与OS。当然,当然还有另一个小说中没有的特征:后代的创造。然而,正如每个人都会接受的那样,

编码的关键作用

在对生命的基本特征有着非常有先见之明的愿景的同时,我们在本书中找到了误解 - 最常见的 - 今天被称为“合成生物学”的误解以及大众媒体传播的信念,即混淆一个程序,程序的表达,以及能够读取和表达程序的机器(我们一直忘记这台机器)。就像肤浅的头脑一样,在霍伊尔写的小说中,所有东西都有“基因”(例如智力,疾病,肥胖和老年),该程序足以建立和生产制造的有机体的最终形式。它规定了。就好像烹饪食谱产生了一顿饭,或者更确切地说,一个乐谱产生了你正在听的交响乐。造成这种深刻误解的原因之一是,一个程序的概念需要在编码中发挥核心作用,这是一个非常深刻和抽象的概念,很少被当前教育系统所教授的内容所掌握(“遗传”的广泛使用和误导性使用代码“作为遗传程序的替代就是一个例子”。编码过程(即使用密码)建立了抽象信息世界与其物质实现之间的对应关系。

这里的想法是,因为我们的世界将信息作为其基本货币之一,所以任何实体都可以通过使用符号代表来描述,这是一个用有限字母书写的文本(在最抽象的层面上数字化,或者在编码的根,表示为0和1的序列。编码过程基于两个属性:将任何实体分解为有限的构建块(蛋白质的氨基酸,分子的原子,原子的中子和电子)和字符串之间的对应关系,代码表符号和这些构件(例如,对于物质的原子组成:N代表氮,Fe代表铁,C代表碳)。因此,化学分子是信息丰富的。SN-Glycerol-3-phosphate可以通过有限的符号字母表(例如,简化分子输入线条目规范(SMILES)代码表[8]),C([C ]来描述,包括其三维配置的概述。@H](COP(= O)(O)O)O)O,而其镜像对称性sn -glycerol-1-phosphate总结为C([C @@ H](COP(= O)(O)O )O)O。图1中可以看到这种编码是足够的(如果与混凝土机器相关联),我用这些代码用算法生成相应分子的图片。值得注意的是,遗传程序与运行该程序的机器的生物过程的效应物之间的联系,即蛋白质,由这样的代码即遗传密码调节,该代码建立核苷酸构建块之间的对应关系,使核酸携带该计划,以及制造蛋白质的氨基酸结构单元。

这具有非常深刻的后果,要求进行彻底和耗时的研究。抽象的编码过程让道格拉斯霍夫施塔特成为一本长达六百多页的书的主题,“哥德尔,埃舍尔,巴赫。永恒的金色辫子“ [9]尽管它的深度和长度在1979年赢得了普利策奖,但你永远不应该期望用两句话来理解生命是什么。尽管经过合理的努力,您可能会理解它并不是复杂概念的大混合。相反,它只包含一些必要但非常深刻的概念,其中编码过程具有至高无上的地位。然而,有趣的是,似乎每个人都可以谈论生物学,就自然选择,物种进化或基因工程的益处或不良行为发表意见。当然,因为这种谈话并没有探究关键问题,所以最引人注目的人物,事故和变异都被置于聚光灯下,而不是管理生活的深刻规律。

再一次,理解生物学需要一个漫长而深刻的工作,与当下的懒惰倾向很少相容。要理解生命的关键规律是将基因组记忆与其表达联系起来的编码,需要理解递归的概念和后果(即,要求自身确定后续序列的过程的实现。霍夫施塔特在他的书中(再次,大约600页)中广泛讨论了这些事件。其主要后果之一是生命中显然矛盾的特性:与生命相关的所有过程都可以被认为是确定性的,但它们不属于机械类型,因为通过构造递归,不可能长期预测它们的后果。术语(即使知道初始条件)。生活过程既具有决定性,又具有不可预测性。这可能看作是矛盾,但这里是一个使用整数的简单例子(显然很简单)。知道允许你计算数字π的数字的递归算法,试着预测数值p -长序列(p后面的≥1)ñ个π的数字(你可能会联想到这个顺序触发例如大地震,所以知道它会事宜)。因为唯一的方法是运行算法直到达到n,如果你选择n足够大,即使使用功能最强大的计算机,这也是不可能的没有比运行此算法更具确定性的了。

一旦理解了这一点,很明显细胞具有抽象的特性,很容易让人想起成为我们计算机的抽象设计,图灵机[4]实际上,这台机器结合了两个独立的实体,一个真实的机器和一系列符号,它们充当程序,控制着机器的行为。后者读取,写入和移动程序支持(必须是重要的,但这个要求在图灵机的抽象公式中没有具体讨论)以达到其符号。重要的是,正如在活细胞中,没有特定的指令(没有设计)告诉它开始生活,在图灵的描述中,机器操纵的信息纯粹是声明性的(即,程序的存在触发了运行的机器),而不是规定的(即,没有必要告诉程序开始运行)。这意味着,对于图灵机,数据和程序之间没有概念上的分离。[1])。因此,“程序”这个词有点误导。我们如何使用制造细胞的构建块使其具体化?最重要的是,如何在没有某种设计的情况下出现编码过程,将来自远距离化学类别,蛋白质和核酸的分子联系起来?细胞起源的简要场景将说明。


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