Information and life

ارتباط، یکی از مهمترین عملکردهای حیات، در هر مقیاس فضایی از مقیاس مولکولی تا جمعیت ها و اکوسیستم ها، و در هر مقیاس زمانی از واکنش های شیمیایی سریع تا سنین زمین شناسی رخ می دهد. نظریه اطلاعات، یک علم ریاضی ارتباطات که توسط شانون در سال 1948 آغاز شد، در مهندسی بسیار موفق بوده است، اما زیست‌شناسان آن را نادیده می‌گیرند.

هدف این کتاب پر کردن این شکاف است. این یک تعریف انتزاعی از اطلاعات را بر اساس تجربه مهندسان پیشنهاد می کند که آن را در علوم زیستی قابل استفاده می کند. تئوری اطلاعات و کدهای تصحیح خطا، محصولات جانبی آن را به ساده ترین شکل ممکن بیان می کند. سپس مشکل اساسی بیولوژیکی وراثت مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده شده است که زیست شناسی به اندازه کافی برای حفاظت از ژنوم ها در طول سنین زمین شناسی توضیح نمی دهد، که تنها در صورتی می توان فهمید که ژنوم ها با کدگذاری مناسب در برابر خطاهای اتفاقی مقاوم شده اند. علاوه بر این، حفظ خوب بخش‌های بسیار قدیمی ژنوم‌ها، مانند ژن‌های HOX، بیانگر این است که کدهای ژنومی مفروض دارای ساختار تودرتو هستند که باعث می‌شود اطلاعات هرچه نسبت به خطاها مقاوم‌تر باشد، قدیمی‌تر باشد.

پیامدهایی که نظریه اطلاعات از این فرضیه‌ها به دست می‌آورد، با واقعیت‌های بسیار اساسی، اما در عین حال غیرمنتظره از نسل موفقیت آمیز، مطابقت دارد. گونه ها و روند تکامل به سمت پیچیدگی. اطلاعات که لزوماً بر روی رسانه های فیزیکی حک می شوند، به عنوان پلی بین انتزاعی و عینی ظاهر می شوند. ثبت، برقراری ارتباط و استفاده از اطلاعات منحصراً در دنیای زنده رخ می دهد. بنابراین اطلاعات با زندگی همراه است و مرز بین زنده و بی جان را مشخص می کند.

Communication, one of the most important functions of life, occurs at any spatial scale from the molecular one up to that of populations and ecosystems, and any time scale from that of fast chemical reactions up to that of geological ages. Information theory, a mathematical science of communication initiated by Shannon in 1948, has been very successful in engineering, but biologists ignore it.

This book aims at bridging this gap. It proposes an abstract definition of information based on the engineers' experience which makes it usable in life sciences. It expounds information theory and error-correcting codes, its by-products, as simply as possible. Then, the fundamental biological problem of heredity is examined. It is shown that biology does not adequately account for the conservation of genomes during geological ages, which can be understood only if it is assumed that genomes are made resilient to casual errors by proper coding. Moreover, the good conservation of very old parts of genomes, like the HOX genes, implies that the assumed genomic codes have a nested structure which makes an information the more resilient to errors, the older it is.

The consequences that information theory draws from these hypotheses meet very basic but yet unexplained biological facts, e.g., the existence of successive generations, that of discrete species and the trend of evolution towards complexity. Being necessarily inscribed on physical media, information appears as a bridge between the abstract and the concrete. Recording, communicating and using information exclusively occur in the living world. Information is thus coextensive with life and delineates the border between the living and the inanimate.