CC BY
0DOI: 10.31249/metodquarterly/02.04.07
Остапенко Г.И.1, Думов А.В.2
Как молекулы стали знаками3 (Реферат)
Реферат статьи: Deacon T. How molecules became signs // Biosemiotics. - 2021. - Vol. 14, issue 3. - P. 537-559. -DOI: https://doi.org/10.1007/s12304-021-09453-9
Ключевые слова: биологическая информация; интерпретация; аутогенный вирус; семиотический аффорданс; молекулярная модель; аутогенный рабочий цикл.
Для цитирования: Остапенко Г.И., Думов А.В. Терренс Дикон. Как молекулы стали знаками (Реферат) // МЕТОД : московский ежеквартальник трудов из обществоведческих дисциплин: ежеквартал. науч. изд. / под ред. М.В. Ильина ; ИНИОН РАН, центр перспект. методологий соц.-гуманит. исследований. - М., 2022. - Вып. 12. - Т. 2, № 4 : Эволюция систем и кодов, дискурсов и семиозиса. - С. 115-122. - DOI: 10.31249/metodquarterly/02.04.07. -Реф. ст.: Deacon T. How molecules became signs // Biosemiotics. - 2021. - Vol. 14, issue 3. -P. 537-559. - DOI: https://doi.org/10.1007/s12304-021-09453-9
Автор статьи - Терренс Дикон - биосемиотик, нейроантрополог, когнитивист, профессор антропологии Калифорнийского университета в Беркли, исследователь в области поиска ответов на вопрос о происхождении жизни и специфики существования живых органических систем. Т. Дикон ставит в центр своих научных интересов наиважнейшие вещи для человеческого существования - особенности и условия возникновения разума из ограничений неодушевленной материи. Автор обладает даром довести до полноценной научной идеи и сформулировать то, что является отчасти интуитивно известным другим ученым.
В статье поднимается вопрос о роде процессов, позволяющих рассматривать молекулу в качестве знака. Дикон обращается к исследованию явления интерпретации в биологических системах, к осмыслению развития их
1 Остапенко Герман Игоревич, магистр политологии, магистрант факультета социальных наук НИУ «Высшая школа экономики», e-mail: ostig@bk.ru
2 Думов Александр Витальевич, бакалавр философии, кафедра философии Гуманитарного института ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», e-mail: avdumov@inbox.ru
3 Исследование выполнено за счет гранта РНФ 22-18-00383 «Междисциплинарные методологические исследования расширенного эволюционного синтеза в науках о жизни и обществе».
115
интерпретативной компетенции. Он вводит несколько теоретических моделей для различных уровней развития интерпретативной компетенции и обосновывает необходимость отказа от распространенного представления о молекулах ДНК и РНК как первичных источниках биологической информации.
С использованием биосемиотических подходов к объяснению возникновения знаков и знаковых систем применительно к разным сторонам проявления эволюции Дикону удается объяснить многие процессы посредством анализа интерпретационных систем, заостряя внимание на молекулах как на «семиотических артефактах».
Дикон подвергает критике модель передачи биологической информации Френсиса Крика, названную им «центральной догмой» [Crick, 1959]. Она также соответствует «инженерной» концепции коммуникации, предложенной Клодом Шенноном в «Математической теории связи» [Shannon, 1948]. Эти догма и модель игнорируют референциальные и функциональные аспекты биологической информации. Дикон подчеркивает, что адекватное понимание существования биологической информации невозможно без учета ее функционального содержания, реализующегося на молекулярном уровне. В соответствующих исследованиях необходимо использовать биосемиотический подход.
В своей статье Дикон для иллюстрации интерпретационных свойств разрабатывает молекулярную модельную систему, последовательно усложненные варианты которой укладываются в иерархическую пирсовскую логику «иконичность / индексальность / символьность».
Центральное место в интерпретации
Чтобы говорить о том, что молекула способна представлять информацию о других молекулах, необходимо исследовать процессы, в рамках которых происходит процесс извлечения такой информации - интерпретация. Дикон подвергает сомнению идею о том, что интерпретацией может являться репликация. В случае репликации игнорируются референци-альные и функциональные аспекты, так как единственным ключевым информационным процессом становится копирование.
Дикон утверждает, что структурные характеристики молекул, не являются источником биологической информации, а обеспечивают семиотические возможности. Эволюционно сформированные функциональные ограничения сдерживают интерпретирующую динамику вирусов и клеток.
Такое утверждение Дикона позволяет ему изменить догму эволюционной биологии о молекулах ДНК и РНК как о первоисточнике биологической информации. Прежние подходы к молекуле ДНК как к информации, хранящейся в последовательности нуклеотидов, определяющей признак живого, утратили свою предметность. Концепция биологической информации совместима с концепцией коммуникации. «Биологической пробле-
116
мой» коммуникации оставалось то, что не учитывалась функция молекулярной информации.
Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК в понимании Ди-кона - это молекулярная структура, рассматриваемая вне контекста живой клетки. Факта наличия такой структуры недостаточно. Необходим процесс, который это интерпретирует.
Дикона интересует, какой молекулярный процесс следует признать необходимым и достаточным для интерпретации молекулярного свойства как информирующего об иных свойствах. Семиотическое значение ответа находится в плоскости физических аспектов процессов интерпретации, которые могут быть установлены средствами молекулярной биологии.
Проблема происхождения жизни связана с рассмотрением простой системы спонтанно образующихся молекул вне термодинамического равновесия. Система избирательно взаимодействует со своим окружением для поддержания постоянства своих процессов.
Может ли быть репликация, характеризующая передачу информации независимо от соображений смысла, таким процессом?
Дикон отождествляет семиотические свойства со свойствами знакового носителя. Любое свойство физического носителя может служить носителем знака любого типа (знак, индекс или символ). Такие свойства целиком зависят от формы конкретной интерпретации. Внутренние свойства не делают что-то семиотическим. Свойства знака не имеют значения, они - всего лишь возможности. Семиотические свойства включают нечто большее: интерпретацию.
Модельная система
Главный вопрос сводится Диконом к определению молекулярной системы, способной производить интерпретанты. Интерпретанты могут привести репрезентируемое свойство в продуктивные отношения с этой системой. Для понимания физической реализации интерпретации Дикон обращается к возникновению первых форм жизни в результате простых молекулярных процессов при взаимодействии с окружением. Идеализированные простые модельные системы способны выделять основные черты проблемы, не включая в себя непрозрачные свойства.
Цель Диконовского модельного системного подхода в объяснении: как ДНК может использоваться в качестве источника информации о взаимоотношениях между другими молекулами. Модели, основанные на анализе репликации, Дикон признает недостаточными.
Дикон исследует «молекулу как информацию о чем-то другом» через другую модельную систему молекулярного процесса. Такая модельная система - аналог непаразитического вируса (аутогена), способного к автономному воспроизведению. Аутоген использует простой молекулярный процесс для воспроизведения своих частей - это взаимно необходимые катализ и само-
117
сборка. Катализ и самосборка предполагают развитие интерпретационной компетентности, без которой воспроизведение данной системы невозможно.
Существование аутогена обеспечивают два процесса. Первый - взаимный катализ - цепь потенцирующих друг друга каталитических реакций. Второй - самосборка - связывание элементов вирусных капсид друг с другом. Процессы химически дополняют друг друга путем взаимного ограничения. Созависимость динамик процессов в модели Дикона - источник внутренних каузальных диспозиций, индивидуализирующих всю аутогенную систему.
Свойства самовосстановления и самовоспроизведения обеспечивают воспроизводящийся аутогенный рабочий цикл. Цикл имеет две фазы с разной химической и термодинамической направленностью. Катализ инициирует химический процесс, при разнице энергии от реагента к продукту запускает реакцию. Этот процесс является эндергоническим.
Самосборка позволяет молекулам в высоком энергетическом состоянии осаждаться из раствора в решетку, поглощающую кинетическую энергию, и переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. Этот процесс является экзергоническим.
Энергия, приводящая в движение автогенный цикл, обеспечивается энергией, высвобождаемой при катализе. Самосборка аккумулирует образующиеся таким образом молекулы и в процессе рассеивает эту энергию в виде тепла и роста. Оба этапа направлены внутрь замкнутой самовоспроизводящейся системы, чтобы регенерировать те условия, которые вызывают эти изменения. Действия каждого из самоорганизующихся этапов создают внешние граничные условия, которые требуются для другого.
Две самоорганизующиеся динамики созависимы и являются разрешающей средой для другой - они взаимовключены друг в друга. Источник каузальных диспозиций - внутренний, внешнее влияние исключается, фиксированные свойства не определяют поведение. Аутоген самоиндивидуализируется, не лишаясь возможности приобретать молекулы и обмениваться ими с окружающей средой. Приобретенные молекулы имеют тенденцию к включению и репликации. Это создаст различные родословные автогена. Сохранение взаимных ограничений процессов от цикла к циклу является основанием для интерпретационной компетентности системы.
Ограничение, работа и информация
У аутогенной системы есть пять холистических свойств, которые не сводятся к физико-химическим свойствам ее компонентов. Они являются следствием внутренней диспозиции целостной интегрированной системы.
1. Индивидуация - различение «я» / «не-я»).
2. Автономия - собственные и взаимные граничные условия.
3. Рекурсивность - самовоспроизводство граничных условий или самоподдержание самоподдержания.
118
4. Нормативность - стремление к определенным результатам.
5. Интерпретация.
Смысл приведенной Диконом модельной системы - установить основание интерпретационной компетентности. Как характеризуется простая интерпретационная способность в семиотических терминах? Основное семиотическое различие - между собой («я») и «не-я». Отсюда - нарушение целостности является признаком «не-я». Динамика, которая восстанавливает стабильное состояние, - порождение интерпретанта, который реконструирует это различие между собой и «не-я». Цикл аутогенного разрушения и самовосстановления рассматривает каждую форму нарушения как неотличимую друг от друга - как иконическую: система может производить только одну форму интерпретанта. Иконизм является самой основной семиотической операцией, он отмечает предел того, что можно интерпретировать.
Семиозис должен исходить из иконизма. Он выделяет точку, в которой более развитый интерпретант не может быть создан. Так, иконизм рассматривается не как особенность знакового носителя, а как функция интерпретативной неразличимости.
Аутогенный аналог индексальной интерпретации
Семиотические свойства отождествляются не со свойствами носителя знака, а с обеспечением возможности интерпретационной компетентности агента. Смещение акцента становится важным для биосемиотического анализа: оно помогает устранить неоднозначность использования связки «икона - индекс - символ».
Из базовой формы саморепрезентации Дикон выводит усложнение интерпретационной динамики. Вводится дополнительная способность интерпретировать условия окружающей среды по значимости для рекурсивного самоподдержания интерпретирующей системы.
Саморепрезентирующая способность аутогена позволяет установить корреляцию между изменениями хрупкости капсида для этого «я» и его способности к интерпретации. В семиотических терминах, индексальная интерпретационная компетентность (корреляционная способность) зависит от базовой иконической интерпретационной компетентности (изоморфная способность). Вложенная зависимость, где уровни семиозиса построены иерархически, может рекурсивно повторяться уровень за уровнем.
Простейшая интерпретационная компетенция аутогена рассматривается Диконом как способность к осуществлению базового семиотического различения «я» и «не-я». Иконичность становится основанием и отправной точкой для семиозиса в целом.
Дикон описывает три разные по сложности модели аутогенной системы. Совокупно они демонстрируют принципы интерпретативной логики. Функционирование интерпретаторов позволяет учитывать референциаль-
119
ные, инструктивные и функциональные аспекты существования биологической информации.
Первой моделью является простая аутогенная система. Второй -система с контекстно зависимым расширением. Третьей моделью является аутогенетическая система, катализ в которой ограничен молекулярной структурой матрицы. Трехуровневая структура развития интерпретатив-ной компетенции рассматривается Диконом как наделенная фундаментальным значением. Спецификой биологического существования информации являются системная значимость граничных условий, формируемых локальными структурами, и принадлежность информационных явлений (знаковых средств) к категории ограничений (constraints).
Энергичная прелюдия
Ограничения, составляющие рекурсивно самоподдерживающуюся молекулярную систему, обеспечивают мнемонические, обучающие и нормативные атрибуты, которые Дикон отождествляет с биологической информацией.
Дикон рассматривает усиление простого аутогенеза. Побочным продуктом, образующимся при аутогенном катализе, является молекула. Подобная нуклеотидам АТФ, она может приобретать и отдавать энергию, переносимую пирофосфатными связями. Доступность этой общей свободной энергии потенциально могла бы способствовать более эффективному катализу. Но наличие высокоэнергетических молекул полезно только во время динамических эндергонических процессов и может нарушить экзер-гонические реакции и стабильные молекулярные структуры. Может происходить потенциальное повреждение молекул во время инертной фазы аутогенеза. Чтобы сохранить их неповрежденными и доступными для катализа, их нужно каким-то образом хранить в нереактивной форме.
Нереакционноспособные молекулы на основе нуклеотидов - это молекулы ДНК и РНК. В этих нуклеотидных полимерах фосфатные остатки не вступают в реакцию и их можно эффективно «хранить» для последующего использования посредством деполимеризации. Таким образом, в эволюционном сценарии первоначальная функция молекул полинуклеоти-дов - энергетическая, и только позже в ходе эволюции они используются уже для информационных задач.
От хранилища к шаблону к информации
Спонтанная деградация внутренних ограничений взаимодействия может происходить без потери специфичности. В результате динамические ограничения, обеспечиваемые химическими взаимодействиями, переносятся на структуру отдельной молекулы. Поддержка структурой шаблона, а не взаи-
120
модействиями смещает источник ограничений взаимодействия со свойств катализатора на свойства шаблона. Шаблон не трансформируется в результате химических реакций. Он может служить более стабильным источником памяти и инструкций, позволяя заменять катализаторы другими типами молекул. Информационная взаимозависимость между шаблоном и динамикой означает, что модификации шаблона будут иметь последствия для динамической организации всей системы.
В системе, опирающейся на шаблон, можно выделить два уровня семиозиса: один загружен из другого и вложен в него. Во-первых, есть интерпретация шаблона, в которой шаблон шаблона можно рассматривать как репрезентамен (знаковое средство). Порядок связывания катализаторов на матрице можно считать непосредственной интерпретацией. Их впоследствии ограниченный паттерн взаимодействия можно считать динамическим интерпретантом. Привычка, связывающая их в синергетическую систему, может считаться окончательным интерпретантом.
Ссылочное смещение
В семиотических терминах Дикон описывает результат как создание отношения, подобного коду (отличного от генетического кода). Оно подобно коду, поскольку основано на сопоставлении компонентов между элементами в двух наборах не связанных друг с другом субстратов. Хотя процесс генетической трансляции намного сложнее, чем описанный здесь аутогенез с помощью шаблона, в основе лежит абстрактное сходство в том, что подобное коду («произвольное») отображение в обоих случаях зависит от конкретной комбинации изометрии и корреляционных отношений.
Структура биосемиотических лесов
Диконом предлагается трехуровневая структура интерпретационных процессов. Смещение аффорданса (возможности определенного применения), в котором информационная среда отделена от ограниченной динамической среды, обеспечивается смещением ограничений с одного физического субстрата на другой. Смещение ограничений опосредуют сопряженные изоморфные (подобие) и коррелятивные (смежные) аффордансы. Это обеспечивает мост для поддержания непрерывности информации, несмотря на прерывистость субстрата. Изменение в субстрате обеспечивает новые изоморфные и корреляционные возможности. Интерпретационные процессы, использующие преимущества этих свойств, одновременно переинтерпретируют интерпретационные процессы более низкого порядка. Это порождает интерпретативную рекурсию, позволяя развиваться уровню за уровнем.
121
Обеспечивая рекурсивную регуляцию больших наборов генов, регу-ляторная логика обеспечивает основу для семиотического построения. Становится возможным появление все более высоких уровней интерпретационной компетентности. Семиотическое ограничение постепенно передается от молекул к клеткам, тканям и структурам тела. С каждым более высоким уровнем смещения на новый уровень субстрата возникает форма рекурсии более высокого порядка.
Выводы
Предложенные в статье молекулярные модели еще не объясняют происхождения генетического кода. Они вытекают из критического анализа представлений, основанных на редукции понимания биологической информации к анализу репликации как воспроизведения паттерна. Модели аутогенных живых систем позволяют приблизиться к объяснению, как молекула, ДНК или РНК, может обретать свойство «записи» конституирующих и поддерживающих живую систему динамических молекулярных отношений и управления ими. Модели позволяют прийти к объяснению того, как молекулы предоставляют информацию об иных молекулах. Модели Дикона акцентируют внимание на обусловленности информационной функции нуклеиновых кислот их способностью к воплощению ограничений, формируемых созависимыми динамиками процессов аутогенных систем. Это может служить источником аргументов для инвертирования порядка рассмотрения эволюции генетического кода, установленного «центральной догмой» молекулярной биологии.
German Ostapenko1, Alexander Dumov2 How Molecules Became Signs (Summary review)
A summary of. Deacon T. (2021). How Molecules Became Signs. Biosemiotics, 14 (3), P. 537-559. https://doi.org/10.1007/s12304-021-09453-9
Keywords: biological information; interpretation; autogen virus; semiotic affordance; molecular model; autogen work cycle.
For citation: Ostapenko, G.I., Dumov, A.V. (2022). Terrence Deacon. How Molecules Became Signs [Summary of the article «How Molecules Became Signs» by T. Deacon]. METHOD: Moscow Quarterly Journal of Social Studies, 2 (4), 115-122. DOI. 10.31249/metodquarterly/02.04.07
1 German Ostapenko, HSE University (Moscow, Russia), e-mail. ostig@bk.ru
2 Alexander Dumov, Humanitarian institute of Siberian Federal University (Krasnoyarsk, Russia), e-mail. avdumov@inbox.ru
122
