Мы с этой нечёткой информацией постоянно имеем дело, мы пользуемся многими терминами. Вот тут изображены прелестные дамы, все они красивы, но давайте поставим вопрос так: можно ли, чтобы компьютер выделил из всей этой совокупности по какому-то признаку самую красивую? Хотя мы все это понимаем и любой из нас, взглянув на портрет или на живую прелестную даму, всегда вам скажет, да, вот это красивая женщина. Но сам этот термин, он очень нечёток, определить его чётко нельзя. Характерная сторона жизни - это то, что жизнь возможна только тогда, когда это приёмно-преобразующее устройство способно работать в условиях нечёткой информации.
Следующий рисунок. Тут нарочно дан размытый сигнал, то, что носит по-нятие нечёткой информации. Больше того, это используется в компьютерах, когда вы задаёте какой-то признак не как чётко ограниченный, а в виде размазанного с помощью какой-то функции. И весь вопрос в том, что отклик на этот нечёткий сигнал должен быть чётким, с чётко ограниченными границами. Если воспринимается только какой-то чёткий сигнал, то жизнь тоже вряд ли может существовать. Возьмём любое животное, например хищника. Он питается другими суще-ствами, скажем, лиса может поймать зайца и съесть его и прожить, но если зайца нет, она будет мышей ловить, мы это знаем.
А.Г. Если нет мышей, будет кур воровать.
Л.Г. Да, да, будет кур воровать или что-то ещё делать. Теперь представьте себе, что это живое существо настроено на то, что должен быть обязательно заяц, да ещё какой-то определённой величины, это почти наверняка приведёт к тому, что это животное погибнет. Потому что разнообразие - это тоже характернейшая черта, которая тоже обеспечивает сам факт существования жизни: приём нечёткой информации и превращение в совершенно чёткую. Потому что, кого бы хищник не съел, всё равно это пойдёт на функционирование живого организма. То есть если это растущий организм это будет использовано для построения новых тка-ней, клеток, для пополнения их элементами. Конечно, вы понимаете, что тут очень сложная вещь, но достаточно чёткая. Хотя приём оказывается очень разма-занным и очень нечётким - это ещё одна характерная сторона живой природы, без которой она просто не может существовать. Теперь следующий рисунок. Тут показано растение и пример такого рода - рост растений. Мы все хорошо знаем, что здесь работает фотосинтетический про-цесс. Этот фотосинтез идёт вне зависимости того, какое освещение. Может быть утреннее освещение, может быть дневное, вечернее, пасмурная погода, и так далее, всё это предсказать заранее нельзя, может, тучка какая-то набежит. Значит, организм должен как-то воспринять самый разнообразный спектр, а отреагиро-вать по-прежнему одним и тем же образом. Другое дело, что процесс может идти быстрее или медленнее.
А.Г. С большей или меньшей эффективностью?
Л.Г. Да. С большей или меньшей эффективностью, но он обязательно должен идти и идти вполне определённым образом. То есть, если растение растёт, значит, там появляются какие-то новые ткани, новая часть ствола. Если растение выделяет что-то в виде кислорода, оно должно выделять этот кислород опять же вне зависимости от того, происходит это утром, вечером или когда пасмурная по-года.
Невольно возникает такой вопрос: когда, в какой момент и на уровне какой природы будут появляться эти особенности?
А.Г. Каков механизм принятия решения?
Л.Г. Механизм - это несколько более сложная вещь. Давайте пока зададим себе вопрос: когда? Эти признаки проявляются уже в таком сложном образовании как клетка - это уже сложная вещь. Мы прекрасно знаем, что клетка имеет некую оболочку, ядро, клеточную жидкость, все прочие вещи, и там очень сложные про-цессы. Только здесь это начинается или, может быть, это начинается раньше? Хо-тя это ещё не жизнь, но уже какие-то признаки, которые необходимы для сущест-вования этой жизни. Вот к этому мы сейчас с вами и подойдём. И попробуем пе-рекинуть мост к тому, что сейчас иногда называют «молекулярной информати-кой».
Давайте поставим себе вопрос - какими признаками, схожими с этими, обладает молекулярный мир? Следующий рисунок. Там показаны две молекулы, обе имеют одну и ту же формулу С6Н6. Здесь обычно сразу вспоминают бензол, но не очень строгая формальная теория предсказывает, что кроме привычного бензола, может быть ещё 217 структур, которые все имеют форму С6Н6. В своё время, когда этот результат был получен, он был даже вынесен на первую страницу международного журнала. На самом деле это множество получилось в данном случае из-за того, что правила, которые были сформулированы, были довольно общи и на самом деле 217 структур вряд ли существуют, но я думаю, что 30-40 существуют наверняка. Никто этого специально не изучал, но когда смотришь на формулы, то видно, что приблизительно будет такое количество.
И это в случае такой простенькой системы как С6Н6. Если вы возьмёте ка-кую-то сложную молекулу, скажем, 30-40 - 100 атомов, то, как я вначале сказал, это могут быть миллионы структур - разнообразие гигантское. То есть одно и то же сочетание атомов может находиться в колоссальном разнообразии форм. По-скольку такого рода перестройки происходят в замкнутом пространстве, можно сказать, что это одна и та же молекула, которая только принимает различные формы.
А.Г. А свойства у всех одинаковые?
Л.Г. Свойства, конечно, у всех разные, в этом весь и фокус. Свойства у всех разные, но химики говорят (и правильно, может быть, делают), что это разные молекулы. Потому что как обычно определяется, что такое молекула? Это есть мельчайшая частица вещества, которая обладает вполне определёнными химическими свойствами. В этом смысле бензол и вторая структура, которая призман называется, - они разные, они с трудом переходят одна в другую, ведут себя сплошь и рядом как отдельные молекулы, но это не значит, что они совсем независимы. В том-то и дело, что существует вполне определённая возможность перехода одной структуры в другую. Для этого нужно какое-то внешнее воздействие - это вопрос другого рода, но такая возможность существует. И возникает невольно такой вопрос - а зачем это гигантское разнообразие? Если учесть такую возможность, то перед глазами возникает совершенно бесконечный мир.
Сейчас в литературе описано приблизительно 20 миллионов молекул, но никто не знает, сколько их на самом деле. И это неизомерные структуры. Если каждой из этих молекул приписать ещё сотню-другую изомеров, то у вас вообще возникает нечто совершенно гигантское. И невольно возникает такой вопрос: а зачем? Я буду пользоваться таким выражением: зачем Господь Бог это создал? Я не утверждаю, что именно он, это уже вопрос веры, но я говорю: зачем? Зачем в природе предусматривается такое гигантское разнообразие?
И один из возможных ответов как раз заключается в том, что благодаря этой возможности структурной изомеризации внутри молекулы может передаваться некоторый сигнал. Хорошо известно, что когда молекула крупная, то какие-то реакции совершаются в так называемых реакционных центрах (это то, что носит название близкодействия). То есть получается, что только какая-то часть молекулы принимает участие в реакции. Вся молекула при этом не принимает непосредственного участия в этой реакции. Маленькая молекула вся сразу начнёт играть, а крупная молекула в какой-то части сыграет, а остальная часть остаётся более или менее неизменной.
Возникает вопрос такого рода - а что дальше? То есть может ли случиться так, что полученный в каком-то одном месте сигнал… А сигнал всегда будет, всегда будет либо поглощение света (то, что носит название хромофорной группи-ровки), либо реакция присоединения, когда какая-то энергия обязательно будет передана в систему - дальше она может быть израсходована на тепло, на столкно-вение, произойдёт простое присоединение, и на этом всё закончится. Но всё может быть и не так.
Мы сейчас немножко об этом и поговорим. Что может быть в молекуле? Рассматривается такой простой пример, как приём и запись оптической информа-ции. Это тоже одно из очень важных свойств молекул. Это в школе сейчас прохо-дят, наверное, все знают, что квантовая система имеет уровни энергии, и, когда происходит облучение этой квантовой системы электромагнитным излучением, энергия поглощается, и вы можете перейти с нижнего уровня на верхний. На ри-сунке это изображено красной линией. А дальше процесс идёт вниз, потому что молекула не может долго находится в возбуждённом состоянии.
Но этот процесс может пойти по двум путям. Первый: мы сразу возвраща-емся в самое нижнее состояние, и тогда это достаточно бесполезная вещь, то есть поглотили, излучили, и ничего не произошло.
А может быть другой путь. Вы попадаете на уровень энергии, который яв-ляется резонирующим с уровнем энергии другого изомера, и тогда у вас происхо-дит переход в другой изомер, то, что часто называют безизлучательным перехо-дом, и после этого происходит высвечивание. У нас появился второй изомер. По-явление этого второго изомера возможно только тогда, когда произошло первич-ное поглощение, иначе он не появится. Значит, происходит следующее - вы как бы записали информацию, у вас остался след от действия исходного сигнала. Это тоже очень важное свойство молекулярных систем - они могут записать инфор-мацию.
Причём эта информация может храниться очень долго, и это, в конечном счёте, может привести к тому, что возникает своеобразная память молекул о некотором внешнем воздействии. Это крайне важная вещь. Я потом немножко об этом скажу - для живого организма, особенно более-менее сложного, характерно наличие памяти, характерно наличие обучения, и результат этого обучения может храниться очень долго. Например, если мы видели какого-то человека, мы запоминаем его образ, и он может годами у нас храниться. При этом нужно, чтобы это сохранение происходило без особенного напряжения, то есть без специальной энергетической подпитки. Здесь так и произойдёт - происходит переход в другой изомер, и он существует очень долго, он запомнил эту информацию и потом результат этого воспоминания существует очень долго. Никакого последующего действия не нужно - вы можете обнаружить, что такой эффект произошёл.
Дальше ещё один момент. Мы знаем хорошо, что существует такой химический эффект, который носит название миграция связи. Вот здесь на рисунке показано, что двойная связь находится в крайнем левом положении, то есть близко к радикалу R, а дальше идут одиночные связи. Но эта двойная связь может переместиться и принять другое положение. В принципе, она может переместиться и дальше, и происходит как бы перенос сигнала вдоль по определённом цепи, то есть молекулярные цепи могут передать информацию от одного участка молекулы к другому участку молекулы.
Обратите внимание на то, что мы опять начинаем касаться процессов жиз-ни, где мы всё время имеем вопрос передачи информации и восприятия информа-ции.
Этот процесс можно мыслить себе таким образом, как показано на сле-дующем рисунке. Тут изображено то, что в науке носит название потенциальной ямы, она внизу, то есть молекула находится в основном состоянии. Затем проис-ходит какое-то возбуждение, вы попадаете в верхнюю потенциальную яму, и уро-вень энергии этой ямы может резонансным образом взаимодействовать с уровнем энергии другого изомера, другой изомер - это другая яма. И дальше начинается процесс перекачки из одного изомера в другой. Это то, что явно проявляется, ко-гда двойная связь мигрирует вдоль одиночных связей, потому что каждое поло-жение этой двойной связи - это другой структурный изомер.
Оказывается, что если в конце такого процесса мы попадаем в глубокую яму (часто это какая-то реакция), то тогда вернуться к исходному состоянию очень трудно, и тогда весь процесс движения этой двойной связи в данном случае должен происходить всё время в определённом направлении, то есть у вас полу-чается направленная передача сигнала. Обратите внимание, что это направленная передача сигнала существенным образом отличается от того, с которым мы имеем дело в кристаллическом компьютере - там сигналы переносятся с помощью элек-трического тока. То есть с помощью какого-то электрического воздействия. Здесь совершенно другая природа, но результат тот же самый.
Если рассмотреть так называемый фотосинтетический центр, то он устроен так. Там крупные плоские молекулы являются приёмником излучения, вроде па-раболического зеркала, которое может концентрировать это излучение. Когда они принимают излучение, то с ними ничего собственно не происходит, реакция идёт в совершенно другом месте. И нужно передать туда какой-то сигнал, какую-то энергию. По-видимому, это и происходит за счёт такой последовательной изоме-ризации. Другое дело, что это может быть гораздо сложнее, чем здесь изображе-но, но…
А.Г. Но принцип тот же.
Л.Г. Но принцип, по-видимому, тот же. Я думаю так, может быть, другие думают иначе…
А.Г. Недавно у нас была передача, где мы говорили о фотосинтетике, об основных её элементах. Очень похоже, что вы не один так думаете.
Л.Г. Значит, по-видимому, такие вещи всё же наблюдаются. Эта крупная молекулярная система оказывается способной принять сигнал в одном месте, а передать его в совершенно другое место, и там, может быть, произойдёт какая-то нужная реакция или будет записан какой-то сигнал.
Всё это приводит к очень важному рассуждению. Известно, что одна моле-кула может опознавать другую молекулу, это в биологических системах типичная вещь. То есть когда две молекулы сближаются, первый этап здесь тот, что они по-хожи по форме (это то, что носит название «ключик-замочек», принцип Фишера), когда молекула укладывается около другой. На втором этапе происходят отдель-ные химические реакции и получается, что сигнал подан в несколько центров приёмной молекулы.
Теперь зададим себе такой вопрос: что такое распознавание образа? Под распознаванием образа в математике понимается следующая вещь - у вас есть ка-кой-то образ, который в идеале записывается цифрами. Это не всегда так, но близко к этому. Скажем, какой-то спектр можно записать в виде положений ли-ний, их интенсивности и так далее, получить многомерный сигнал. Такой много-мерный образ можно изобразить в виде точки в многомерном пространстве. То есть, у вас много признаков сводится к одному.
В математической логике то же самое: скажем, много исходных каких-то положений могут потом привести к одному выводу, так что когда наблюдается этот сигнал, это доказывает, что вся исходная гамма присутствует. Здесь имеется довольно чёткая аналогия.
Оказывается, что молекулы могут решать такие задачи, то есть может по-лучиться так, что происходит несколько химических реакций, затем эти результа-ты приводят к определённым изомерным перестройкам и в конце концов образу-ется такая изомерная структура, которая возникает только тогда, когда, скажем, в четырех местах произошёл вполне определённый набор химических реакций. Вот это - типичный случай распознавания образа. И мы видим, что молекулы дейст-вительно способны решать подобные логические задачи. Обратите внимание, что это уже очень сложные логические задачи, решать которые не так уж просто нау-чить кристаллический компьютер.
Что ещё важно? Что молекула может получить исходную информацию не так, чтобы одновременно пришёл сигнал от всех четырех реакций, а они могут в разное время проходить, и больше того - в разном порядке.
А.Г. Но приведут к тому же результату?
Л.Г. Приведут к тому же результату. Это крайне важно. Видите, как это похоже на то, что делается в живом мире.
Больше того, последовательность таких операций приводит к тому, что молекулы способны решать логические задачи. Я потом к этому перейду, а сейчас я увидел картинку, где показан такой молекулярный приёмно-решающий элемент, который напоминает жизненный процесс. Мы уже показывали систему потенци-альных ям. Там слева изображён приёмный элемент, который принимает внешний сигнал, затем этот внешний сигнал передаётся в реакционный центр, в реакцион-ном центре произошла реакция, продукты этой реакции выведены наружу, и если бы здесь всё закончилось, то элемент сработал бы всего один раз. Но если у вас имеется связь с внешней средой, и вы можете произвести такую реакцию, чтобы восстановить свойство этого элемента, то у вас…
А.Г. Он становится постоянно действующим…
Л.Г. Он будет всё время действовать. По-моему, уже есть такого типа экс-перименты, в которых построены системы, напоминающие фотосинтетические. То есть, они под действием света всё время что-то делают. Обратите внимание, что это опять открытая среда, то есть молекула срабатывает как система, опять очень напоминающая работу живого организма в условиях, в которых он только и может существовать, в условиях открытой среды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Следующий рисунок. Тут нарочно дан размытый сигнал, то, что носит по-нятие нечёткой информации. Больше того, это используется в компьютерах, когда вы задаёте какой-то признак не как чётко ограниченный, а в виде размазанного с помощью какой-то функции. И весь вопрос в том, что отклик на этот нечёткий сигнал должен быть чётким, с чётко ограниченными границами. Если воспринимается только какой-то чёткий сигнал, то жизнь тоже вряд ли может существовать. Возьмём любое животное, например хищника. Он питается другими суще-ствами, скажем, лиса может поймать зайца и съесть его и прожить, но если зайца нет, она будет мышей ловить, мы это знаем.
А.Г. Если нет мышей, будет кур воровать.
Л.Г. Да, да, будет кур воровать или что-то ещё делать. Теперь представьте себе, что это живое существо настроено на то, что должен быть обязательно заяц, да ещё какой-то определённой величины, это почти наверняка приведёт к тому, что это животное погибнет. Потому что разнообразие - это тоже характернейшая черта, которая тоже обеспечивает сам факт существования жизни: приём нечёткой информации и превращение в совершенно чёткую. Потому что, кого бы хищник не съел, всё равно это пойдёт на функционирование живого организма. То есть если это растущий организм это будет использовано для построения новых тка-ней, клеток, для пополнения их элементами. Конечно, вы понимаете, что тут очень сложная вещь, но достаточно чёткая. Хотя приём оказывается очень разма-занным и очень нечётким - это ещё одна характерная сторона живой природы, без которой она просто не может существовать. Теперь следующий рисунок. Тут показано растение и пример такого рода - рост растений. Мы все хорошо знаем, что здесь работает фотосинтетический про-цесс. Этот фотосинтез идёт вне зависимости того, какое освещение. Может быть утреннее освещение, может быть дневное, вечернее, пасмурная погода, и так далее, всё это предсказать заранее нельзя, может, тучка какая-то набежит. Значит, организм должен как-то воспринять самый разнообразный спектр, а отреагиро-вать по-прежнему одним и тем же образом. Другое дело, что процесс может идти быстрее или медленнее.
А.Г. С большей или меньшей эффективностью?
Л.Г. Да. С большей или меньшей эффективностью, но он обязательно должен идти и идти вполне определённым образом. То есть, если растение растёт, значит, там появляются какие-то новые ткани, новая часть ствола. Если растение выделяет что-то в виде кислорода, оно должно выделять этот кислород опять же вне зависимости от того, происходит это утром, вечером или когда пасмурная по-года.
Невольно возникает такой вопрос: когда, в какой момент и на уровне какой природы будут появляться эти особенности?
А.Г. Каков механизм принятия решения?
Л.Г. Механизм - это несколько более сложная вещь. Давайте пока зададим себе вопрос: когда? Эти признаки проявляются уже в таком сложном образовании как клетка - это уже сложная вещь. Мы прекрасно знаем, что клетка имеет некую оболочку, ядро, клеточную жидкость, все прочие вещи, и там очень сложные про-цессы. Только здесь это начинается или, может быть, это начинается раньше? Хо-тя это ещё не жизнь, но уже какие-то признаки, которые необходимы для сущест-вования этой жизни. Вот к этому мы сейчас с вами и подойдём. И попробуем пе-рекинуть мост к тому, что сейчас иногда называют «молекулярной информати-кой».
Давайте поставим себе вопрос - какими признаками, схожими с этими, обладает молекулярный мир? Следующий рисунок. Там показаны две молекулы, обе имеют одну и ту же формулу С6Н6. Здесь обычно сразу вспоминают бензол, но не очень строгая формальная теория предсказывает, что кроме привычного бензола, может быть ещё 217 структур, которые все имеют форму С6Н6. В своё время, когда этот результат был получен, он был даже вынесен на первую страницу международного журнала. На самом деле это множество получилось в данном случае из-за того, что правила, которые были сформулированы, были довольно общи и на самом деле 217 структур вряд ли существуют, но я думаю, что 30-40 существуют наверняка. Никто этого специально не изучал, но когда смотришь на формулы, то видно, что приблизительно будет такое количество.
И это в случае такой простенькой системы как С6Н6. Если вы возьмёте ка-кую-то сложную молекулу, скажем, 30-40 - 100 атомов, то, как я вначале сказал, это могут быть миллионы структур - разнообразие гигантское. То есть одно и то же сочетание атомов может находиться в колоссальном разнообразии форм. По-скольку такого рода перестройки происходят в замкнутом пространстве, можно сказать, что это одна и та же молекула, которая только принимает различные формы.
А.Г. А свойства у всех одинаковые?
Л.Г. Свойства, конечно, у всех разные, в этом весь и фокус. Свойства у всех разные, но химики говорят (и правильно, может быть, делают), что это разные молекулы. Потому что как обычно определяется, что такое молекула? Это есть мельчайшая частица вещества, которая обладает вполне определёнными химическими свойствами. В этом смысле бензол и вторая структура, которая призман называется, - они разные, они с трудом переходят одна в другую, ведут себя сплошь и рядом как отдельные молекулы, но это не значит, что они совсем независимы. В том-то и дело, что существует вполне определённая возможность перехода одной структуры в другую. Для этого нужно какое-то внешнее воздействие - это вопрос другого рода, но такая возможность существует. И возникает невольно такой вопрос - а зачем это гигантское разнообразие? Если учесть такую возможность, то перед глазами возникает совершенно бесконечный мир.
Сейчас в литературе описано приблизительно 20 миллионов молекул, но никто не знает, сколько их на самом деле. И это неизомерные структуры. Если каждой из этих молекул приписать ещё сотню-другую изомеров, то у вас вообще возникает нечто совершенно гигантское. И невольно возникает такой вопрос: а зачем? Я буду пользоваться таким выражением: зачем Господь Бог это создал? Я не утверждаю, что именно он, это уже вопрос веры, но я говорю: зачем? Зачем в природе предусматривается такое гигантское разнообразие?
И один из возможных ответов как раз заключается в том, что благодаря этой возможности структурной изомеризации внутри молекулы может передаваться некоторый сигнал. Хорошо известно, что когда молекула крупная, то какие-то реакции совершаются в так называемых реакционных центрах (это то, что носит название близкодействия). То есть получается, что только какая-то часть молекулы принимает участие в реакции. Вся молекула при этом не принимает непосредственного участия в этой реакции. Маленькая молекула вся сразу начнёт играть, а крупная молекула в какой-то части сыграет, а остальная часть остаётся более или менее неизменной.
Возникает вопрос такого рода - а что дальше? То есть может ли случиться так, что полученный в каком-то одном месте сигнал… А сигнал всегда будет, всегда будет либо поглощение света (то, что носит название хромофорной группи-ровки), либо реакция присоединения, когда какая-то энергия обязательно будет передана в систему - дальше она может быть израсходована на тепло, на столкно-вение, произойдёт простое присоединение, и на этом всё закончится. Но всё может быть и не так.
Мы сейчас немножко об этом и поговорим. Что может быть в молекуле? Рассматривается такой простой пример, как приём и запись оптической информа-ции. Это тоже одно из очень важных свойств молекул. Это в школе сейчас прохо-дят, наверное, все знают, что квантовая система имеет уровни энергии, и, когда происходит облучение этой квантовой системы электромагнитным излучением, энергия поглощается, и вы можете перейти с нижнего уровня на верхний. На ри-сунке это изображено красной линией. А дальше процесс идёт вниз, потому что молекула не может долго находится в возбуждённом состоянии.
Но этот процесс может пойти по двум путям. Первый: мы сразу возвраща-емся в самое нижнее состояние, и тогда это достаточно бесполезная вещь, то есть поглотили, излучили, и ничего не произошло.
А может быть другой путь. Вы попадаете на уровень энергии, который яв-ляется резонирующим с уровнем энергии другого изомера, и тогда у вас происхо-дит переход в другой изомер, то, что часто называют безизлучательным перехо-дом, и после этого происходит высвечивание. У нас появился второй изомер. По-явление этого второго изомера возможно только тогда, когда произошло первич-ное поглощение, иначе он не появится. Значит, происходит следующее - вы как бы записали информацию, у вас остался след от действия исходного сигнала. Это тоже очень важное свойство молекулярных систем - они могут записать инфор-мацию.
Причём эта информация может храниться очень долго, и это, в конечном счёте, может привести к тому, что возникает своеобразная память молекул о некотором внешнем воздействии. Это крайне важная вещь. Я потом немножко об этом скажу - для живого организма, особенно более-менее сложного, характерно наличие памяти, характерно наличие обучения, и результат этого обучения может храниться очень долго. Например, если мы видели какого-то человека, мы запоминаем его образ, и он может годами у нас храниться. При этом нужно, чтобы это сохранение происходило без особенного напряжения, то есть без специальной энергетической подпитки. Здесь так и произойдёт - происходит переход в другой изомер, и он существует очень долго, он запомнил эту информацию и потом результат этого воспоминания существует очень долго. Никакого последующего действия не нужно - вы можете обнаружить, что такой эффект произошёл.
Дальше ещё один момент. Мы знаем хорошо, что существует такой химический эффект, который носит название миграция связи. Вот здесь на рисунке показано, что двойная связь находится в крайнем левом положении, то есть близко к радикалу R, а дальше идут одиночные связи. Но эта двойная связь может переместиться и принять другое положение. В принципе, она может переместиться и дальше, и происходит как бы перенос сигнала вдоль по определённом цепи, то есть молекулярные цепи могут передать информацию от одного участка молекулы к другому участку молекулы.
Обратите внимание на то, что мы опять начинаем касаться процессов жиз-ни, где мы всё время имеем вопрос передачи информации и восприятия информа-ции.
Этот процесс можно мыслить себе таким образом, как показано на сле-дующем рисунке. Тут изображено то, что в науке носит название потенциальной ямы, она внизу, то есть молекула находится в основном состоянии. Затем проис-ходит какое-то возбуждение, вы попадаете в верхнюю потенциальную яму, и уро-вень энергии этой ямы может резонансным образом взаимодействовать с уровнем энергии другого изомера, другой изомер - это другая яма. И дальше начинается процесс перекачки из одного изомера в другой. Это то, что явно проявляется, ко-гда двойная связь мигрирует вдоль одиночных связей, потому что каждое поло-жение этой двойной связи - это другой структурный изомер.
Оказывается, что если в конце такого процесса мы попадаем в глубокую яму (часто это какая-то реакция), то тогда вернуться к исходному состоянию очень трудно, и тогда весь процесс движения этой двойной связи в данном случае должен происходить всё время в определённом направлении, то есть у вас полу-чается направленная передача сигнала. Обратите внимание, что это направленная передача сигнала существенным образом отличается от того, с которым мы имеем дело в кристаллическом компьютере - там сигналы переносятся с помощью элек-трического тока. То есть с помощью какого-то электрического воздействия. Здесь совершенно другая природа, но результат тот же самый.
Если рассмотреть так называемый фотосинтетический центр, то он устроен так. Там крупные плоские молекулы являются приёмником излучения, вроде па-раболического зеркала, которое может концентрировать это излучение. Когда они принимают излучение, то с ними ничего собственно не происходит, реакция идёт в совершенно другом месте. И нужно передать туда какой-то сигнал, какую-то энергию. По-видимому, это и происходит за счёт такой последовательной изоме-ризации. Другое дело, что это может быть гораздо сложнее, чем здесь изображе-но, но…
А.Г. Но принцип тот же.
Л.Г. Но принцип, по-видимому, тот же. Я думаю так, может быть, другие думают иначе…
А.Г. Недавно у нас была передача, где мы говорили о фотосинтетике, об основных её элементах. Очень похоже, что вы не один так думаете.
Л.Г. Значит, по-видимому, такие вещи всё же наблюдаются. Эта крупная молекулярная система оказывается способной принять сигнал в одном месте, а передать его в совершенно другое место, и там, может быть, произойдёт какая-то нужная реакция или будет записан какой-то сигнал.
Всё это приводит к очень важному рассуждению. Известно, что одна моле-кула может опознавать другую молекулу, это в биологических системах типичная вещь. То есть когда две молекулы сближаются, первый этап здесь тот, что они по-хожи по форме (это то, что носит название «ключик-замочек», принцип Фишера), когда молекула укладывается около другой. На втором этапе происходят отдель-ные химические реакции и получается, что сигнал подан в несколько центров приёмной молекулы.
Теперь зададим себе такой вопрос: что такое распознавание образа? Под распознаванием образа в математике понимается следующая вещь - у вас есть ка-кой-то образ, который в идеале записывается цифрами. Это не всегда так, но близко к этому. Скажем, какой-то спектр можно записать в виде положений ли-ний, их интенсивности и так далее, получить многомерный сигнал. Такой много-мерный образ можно изобразить в виде точки в многомерном пространстве. То есть, у вас много признаков сводится к одному.
В математической логике то же самое: скажем, много исходных каких-то положений могут потом привести к одному выводу, так что когда наблюдается этот сигнал, это доказывает, что вся исходная гамма присутствует. Здесь имеется довольно чёткая аналогия.
Оказывается, что молекулы могут решать такие задачи, то есть может по-лучиться так, что происходит несколько химических реакций, затем эти результа-ты приводят к определённым изомерным перестройкам и в конце концов образу-ется такая изомерная структура, которая возникает только тогда, когда, скажем, в четырех местах произошёл вполне определённый набор химических реакций. Вот это - типичный случай распознавания образа. И мы видим, что молекулы дейст-вительно способны решать подобные логические задачи. Обратите внимание, что это уже очень сложные логические задачи, решать которые не так уж просто нау-чить кристаллический компьютер.
Что ещё важно? Что молекула может получить исходную информацию не так, чтобы одновременно пришёл сигнал от всех четырех реакций, а они могут в разное время проходить, и больше того - в разном порядке.
А.Г. Но приведут к тому же результату?
Л.Г. Приведут к тому же результату. Это крайне важно. Видите, как это похоже на то, что делается в живом мире.
Больше того, последовательность таких операций приводит к тому, что молекулы способны решать логические задачи. Я потом к этому перейду, а сейчас я увидел картинку, где показан такой молекулярный приёмно-решающий элемент, который напоминает жизненный процесс. Мы уже показывали систему потенци-альных ям. Там слева изображён приёмный элемент, который принимает внешний сигнал, затем этот внешний сигнал передаётся в реакционный центр, в реакцион-ном центре произошла реакция, продукты этой реакции выведены наружу, и если бы здесь всё закончилось, то элемент сработал бы всего один раз. Но если у вас имеется связь с внешней средой, и вы можете произвести такую реакцию, чтобы восстановить свойство этого элемента, то у вас…
А.Г. Он становится постоянно действующим…
Л.Г. Он будет всё время действовать. По-моему, уже есть такого типа экс-перименты, в которых построены системы, напоминающие фотосинтетические. То есть, они под действием света всё время что-то делают. Обратите внимание, что это опять открытая среда, то есть молекула срабатывает как система, опять очень напоминающая работу живого организма в условиях, в которых он только и может существовать, в условиях открытой среды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28