10.2.1. Запасы и потоки информации в биоте и цивилизации


Генетическая информация закодирована в молекуле ДНК с помощью четырех «букв» - нуклеотидных пар, являющихся молекулярными ячейками памяти, каждая из которых может запомнить по две пары различных «букв», т.е.
два бита информации. Геном человека содержит М=3х109 нуклеотидных пар. Поэтому величина (запас) генетической информации человека равен 2М=6х10[2] бит. Запас информации в памяти человека приблизительно совпадает с запасом его генетической информации.
Человеческий мозг способен усваивать не более 100 бит/с, из них в долговременную память поступает, в среднем, около 10 бит/с. Активное усвоение новой информации человеком происходит не далее, чем в первые 20 лет жизни, т.е. в течение 6х10 с. В дальнейшем информация памяти увеличивается незначительно, и можно принять, что порядок ее величины не изменяется. В результате запас ин-
89
формации памяти человека можно оценить значением 6х10 х10 бит/с = 6х10 бит.
Культурная информация цивилизации (информация искусственной окружающей среды) складывается из неперекрывающихся частей информации всех людей на Земле. Информация, записанная в книгах и компьютерах, не является потерянной и мертвой только в том случае, если она содержится в памяти каких-либо живущих членов общества. Верхний предел запаса культурной информации цивилизации можно оценить величиной произведения числа людей, около 6х109 человек, на запас информации памяти каждого человека, 6х109 бит, т.е. величиной порядка 10 бит. Очевидно, что эта оценка существенно преувеличена, так как большая часть информации памяти одинакова у всех одновременно живущих людей.
Уникальные несовпадения части культурной информации могут содержаться в памяти ученых (около 1% населения - множитель 0,01), а также писателей, музыкантов, художников. Каждая отрасль знаний может устойчиво поддерживаться, если в ней работает не менее 100 ведущих специалистов, владеющих всей информацией в этой области (еще один множитель 0,01). В результате реальную оценку запаса культурной информации цивилизации можно получить, умножив найденный верхний предел на интегральный множитель 10-4, что дает 1015 бит.
Запас генетической информации всей естественной биоты в биосфере равен произведению средней информации генома одного вида, которую можно считать совпадающей с информацией генома самой многочисленной группы видов - на-
8              7
секомых, имеющей порядок 10 бит, и числа видов в биосфере - порядка 10 , т.е.
падные изменения генома и, следовательно, не увеличивает полученную оценку. Таким образом, запас генетической информации биосферы и запас культурной информации цивилизации совпадают по порядку величин.
Объем памяти современного персонального компьютера достигает 109 бит и равен приблизительно запасу генетической и культурной информации одного человека. Соответственно объемы памяти всей современной компьютерной техники способны вместить как культурную информацию цивилизации, так и генетическую информацию биоты. Следовательно, по объемам памяти и запасам информации современная цивилизация не уступает естественной биоте. Однако жизнь - динамический процесс, характеризующийся потоками информации и той работой, которая может быть выполнена за единицу времени живыми организмами при их взаимодействии с окружающей средой. По этим характеристикам между цивилизацией и биотой существует непреодолимая количественная пропасть.
Среднюю информационную скорость эволюции - скорость изменения объема генетической информации во всей биоте Земли, можно оценить, исходя из палеонтологических данных о среднем времени смены видового состава биоты, равном Зх10 лет, и полученной выше величине запаса генетической информации в глобальной биоте - 1015 бит. Смена видового состава биоты возникает с переходом данного вида к ближайшим родственным видам. При этом происходит замена лишь 1% генетической информации. Полная замена генетической информации осуществляется за время в сотню раз большее, т.е. за 3х108 лет, или за 1016 с. В результате, для информационной скорости эволюции - около 10 бит/10 с = 0,1 бит/с. Этой скорости было достаточно, чтобы обеспечить устойчивое развитие биосферы, т.е. поддерживать эволюцию биоты так, чтобы она была способна компенсировать направленные изменения окружающей среды, обусловленные космическими и геофизическими факторами.
Информационная скорость прогресса цивилизации» т. е. скорость изменения культурной информации, определяется способностью людей усваивать и генерировать новую информацию. В настоящее время умы всех людей на Земле могут усвоить информацию, не превышающую 6x109x10 бит/с = 6х1010 бит/с. Текущая скорость прогресса определяется современным временем смены технологий, имеющим порядок 10 лет, или 3х108 с, и проведенной выше оценкой величины запаса культурной информации цивилизации - 1015 бит, т.е. информационная скорость прогресса имеет порядок, равный 1015 бит : 3х108 с = 3х106 бит/с, поэтому отношение вновь генерируемой информации к усваиваемой, в среднем, не превышает 10-4.
Таким образом, скорость прогресса цивилизации более чем на 7 порядков выше скорости эволюции биоты, что объясняет беспрецедентную конкурентоспособность человека в отношении возможностей разрушения биосферы по сравнению со всеми остальными видами.
Информационные потоки в компьютерах современной цивилизации можно оценить как произведение информационных потоков в персональных компьютерах на число людей, владеющих компьютерами. Исходя из одного компьютера на 100 человек, получим информационные потоки во всех компьютерах цивилизации - порядка 1016 бит/с. Этот поток информации вряд ли когда-либо можно будет увеличить более чем на 6 порядков (путем снабжения компьютерами всех людей и увеличения на 4 порядка потоков в каждом персональном компьютере), т.е.
до 1022 бит/с.
Как видно, информационные потоки в компьютерах уже сейчас в миллион раз превосходят возможности усвоения информационных потоков людьми, которые, по полученной выше оценке, имеют возможность усваивать порядка 1010 бит/с. Использование компьютеров целесообразно, если они ускоряют обработку данных и осуществляют автоматическое управление по составленным людьми программам, но при этом выходные потоки информации могут быть проконтролированы людьми.
Информационные потоки, связанные с обменом веществ в человеческом организме при участии всех молекул его клеток, соответствуют эквивалентной мощности потребленной пищи, равной 140 Вт (около 3000 ккал/сутки), деленной на энергию возбуждения молекулы над тепловым шумом, имеющую порядок Кв-Т , где Кв=1,4х10-23 Дж K-1 молекул-1 - постоянная Больцмана, Т = 310К - абсолютная температура тела человека.
Приняв, что одна молекула представляет одну ячейку памяти с двумя состояниями - основным и возбужденным (1 молекула - 1 бит), получим: 140/(l,4xl0-23x310)=3xl022 бит.
Эта информация превосходит асимптотическую компьютерную мощность всей цивилизации и почти на 12 порядков больше возможности усвоения информации умами всех людей.
В теле человека содержится более 10 клеток. Каждая клетка перерабатывает
порядка 10 бит/с, что совпадает со скоростью переработки информации персо-
28
нальными компьютерами. В биосфере содержится порядка 10 живых клеток, которые, следовательно, перерабатывают поток информации порядка 1036 бит/с, что на 20 порядков больше величины информационных потоков во всех компьютерах современной цивилизации.
В противоположность взаимодействию компьютера и человека, в естественной биоте, так же, как и в организме человека, молекулярные ячейки памяти в клетке совмещены с элементами взаимодействия с окружающей клетку средой. Из таких оценок вытекает, что ни на каких компьютерах никогда не удастся смоделировать работу живого человеческого организма и, тем более, биоты.

Энергопотребление современного человечества составляет порядка 10 Вт, что лишь на порядок меньше мощности фотосинтеза биоты, равного 10 Вт. Может показаться, что человечеству необходимо увеличить свое энергопотребление лишь в 10 раз для того, чтобы оно смогло выполнять такую же работу по регуляции окружающей среды, которую способна выполнять неосвоенная человеком биота. Однако в силу разрыва в информационном обеспечении биоты и цивилизации, определяемого, как показано выше, величиной порядка 1020, все энергопотребление человечества может использоваться, и используется с исключительно низкой эффективностью.
Человечество научилось строить эффективные средства передвижения людей и механизмов и транспортировки энергии. При этом внешняя энергия переводится с высоким коэффициентом полезного действия в кинетическую энергию движения транспорта или работающего неподвижного механизма. Движение макроскопического тела как целого кодируется очень небольшим количеством информации в соответствующей этому телу «макроскопической ячейке памяти» (передвижение определяется массой и вектором скорости). В принципе, кинетическая энергия может быть преобразована с коэффициентом полезного действия порядка единицы в гравитационную или электрическую энергию, которая в дальнейшем могла бы быть использована для возбуждения сложно скоррелированных молекулярных процессов, подобных тем, что происходят в живой клетке. Однако при транспортировке макроскопических тел кинетическая энергия расходуется на преодоление трения, не генерирует никаких упорядоченных молекулярных процессов и подвергается диссипации (лат. dissipatio, рассеяние, переход части энергии упорядоченных процессов - кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д., в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге - в тепло), переходя в тепло.
Биота также использует передвижение, переводя метаболическую мощность животного в механическую мощность его передвижения с последующей диссипацией. Однако биота затрачивает на этот чрезвычайно расточительный канал менее 1% располагаемой ею энергии. Человечество тратит на транспорт и его производство более половины потребляемой энергии. Остальное использование энергии людьми не менее расточительно, например, при стихийных бедствиях - пожарах, ураганах, смерчах, землетрясениях, падениях крупных метеоритов. Отсутствие возможности управления энергией стихийных явлений приводит к тому, что эта энергия становится разрушительной силой, уничтожающей упорядоченные структуры биоты, цивилизации и окружающей среды. Возросшая мощь цивилизации становится такой же разрушительной силой и стихийным бедствием для естественной биоты и глобальной окружающей среды.

Для одноклеточных организмов почти все процессы, происходящие в клетке, осуществляются в непосредственном контакте с окружающей средой. Многоклеточные растения сохраняют это свойство одноклеточных благодаря чрезвычайно большой эффективной поверхности своих органов - листьев, ветвей, корней. Для крупного передвигающегося животного основная часть обмена веществ происходит в его внутренних органах, находящихся во внутренней окружающей среде и лишенных контактов с внешней окружающей средой. С ростом размера организма уменьшается разнообразие возможностей его взаимодействия с окружающей средой. Сложнейшие метаболические превращения внутри организма используются, в основном, для перевода метаболической мощности в механическую мощность передвижения, поедания биомассы биоты и выделения экскрементов. Столь простые проявления не требуют той сложности биохимической организации, которая унаследована крупными животными от микроорганизмов. Такая же работа может производиться сконструированным человеком техническим устройством, намного более примитивным, чем организмы крупных животных, что можно видеть на примере многих технологий, разрушающих биоту, передвигающихся и оставляющих отходы.
Поэтому крупные животные, в противоположность широко распространенному ошибочному мнению, представляют собой наиболее примитивную часть биоты, в функции которого входит периодическое возмущение окружающей среды, что «тренирует» биоту и поддерживает ее способность к компенсации внешних возмущений. Мелкие же животные запрограммированы на чрезвычайно сложные типы специализированного взаимодействия с растительностью, которые невыполнимы для любых технических средств цивилизации.
Человек сохранил стратегическую программу поведения, основанную на генетической программе положительных и отрицательных эмоций. Эта программа унаследована от крупных животных и сводится к потреблению природных ресурсов биосферы - разрушению биоты, перемещению продуктов потребления и к выбросам отходов - выделению экскретов. Все цели человека в его взаимодействии с природой определяются этой программой. Накопленное человечеством культурное наследие позволяет неограниченно увеличивать силу воздействия человека на окружающую среду, однако характер и разнообразие этого воздействия остаются в рамках его наследственной стратегической программы.
<< | >>
Источник: Гофман В.Р.. Экологические и социальные аспекты экономики природопользования: Учебное пособие. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ,2001. - 631 с.. 2001

Еще по теме 10.2.1. Запасы и потоки информации в биоте и цивилизации:

  1.   «Потоки» и «запасы»
  2. Показатели потоков и запасов
  3. Макроэкономические модели. Понятие потока и запаса
  4. Теории единой цивилизации и столкновения цивилизаций
  5. 3.4. Потоки и запасы в системе государственных финансов
  6. Чан Суан Хай,студентка 5 курса факультета экономики и управления СПбГЛТА им. Кирова С.М.Научный руководитель: Круглов В.В.,ХОЗЯЙСТВЕННЫЙ БЫТ ДРЕВНИХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ. ПРОЯВЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ МЫСЛИ В ДРЕВНЕМ МИРЕ:ЦИВИЛИЗАЦИЯ ДРЕВНИХ МАЙЯ
  7. Статья 4. Право на отнесение информации к информации, составляющей коммерческую тайну, и способы получения такой информации
  8. 7.8.Анализ производственных запасов. Методы и модели оптимального управления запасами
  9. Управління виробничими запасами та запасами готової продукції
  10. Метод остаточного потоку (потоку грошових коштів для акціонерів FCFE).
  11. Теория столкновения цивилизаций
  12. 2. УЧЕТ ВНП ПО ПОТОКУ РАСХОДОВ И ПО ПОТОКУ ДОХОДОВ. ДРУГИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СНС
  13. Теория единой цивилизации
  14. Теория столкновения цивилизаций
  15. Цивилизация венчурных фирм
  16. 1. ФИНАНСЫ И КРЕДИТ В ЭПОХУ ПЕРВЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ
  17. Глава 30. Глобальные экономические проблемы цивилизации
- Бюджетна система України - Бюджетная система РФ - ВЕД України - ВЭД РФ - Государственное регулирование экономики России - Державне регулювання економіки в Україні - Инвестиции - Инновации - Инфляция - Информатика для экономистов - История экономики - История экономических учений - Коммерческая деятельность предприятия - Контроль и ревизия в России - Контроль і ревізія в Україні - Логистика - Макроэкономика - Математические методы в экономике - Международная экономика - Микроэкономика - Мировая экономика - Муніципальне та державне управління в Україні - Налоги и налогообложение - Организация производства - Основы экономики - Отраслевая экономика - Политическая экономия - Региональная экономика России - Стандартизация и управление качеством продукции - Теория управления экономическими системами - Товароведение - Философия экономики - Ценообразование - Эконометрика - Экономика и управление народным хозяйством - Экономика отрасли - Экономика предприятий - Экономика природопользования - Экономика регионов - Экономика труда - Экономическая география - Экономическая история - Экономическая статистика - Экономическая теория - Экономический анализ -