Rosalie
Профи
(707)
14 лет назад
Самая высокая известная нам плотность информации наблюдается в молекулах ДНК, которые содержат в себе гены живых клеток. Эти биохимические вместилища информации имеют 2 нм в диаметре (109 нм = 1 м) и закручены в спираль с шагом 3,4 нм. В результате объем такой спирали составляет 1,068x10-20 см3. Каждая спираль содержит десять химических символов (нуклеотидов) , чем достигается плотность информации 9,4х1020 знаков на см3. Поскольку содержание информации в каждом из четырех разных нуклеотидов, составляющих ДНК - 2 бита, то статистическая плотность информации в ДНК - 1,88х1021 бит на см3.
Юлия Андрейченко
Мыслитель
(9759)
14 лет назад
информация, заложенная в ДНК человека равна I = 2N = 10 в десятой степени. Эта цифра - предел информации, запасённой в ДНК человека. Больше быть не может.
теперь подробнее:
ДНК-спираль представляет из себя как бы веревочную лестницу. Перекладины этой лестницы отстоят друг от друга на рас-стоянии порядка 4 ангстрем, что соответствует 4·10-8 см. Длина всей "лестницы" около 200 см. Количество всех "перекладин" есть частное от деление длины на расстояние между перекладинами, т. е. N = 200/4·10-8 = 5·109. Как известно из биологии, каждая "перекладина" может быть в 4 вариантах. Не будем тратить время на выписывание мудрёных названий. Отсюда в ДНК код не двоичный, как это принято в компьютерах, а четырехбуквенный. Больше ничего из биологии мы знать не хотим, потому что именно эта лестница и есть генный инфоматорий согласно школьным учебникам. Остаётся оценить его информационную вместимость.
Итак, каждая перекладина есть буква. Вся лестница - последовательность расставленных в цепочку букв. Теперь мы забыли о биологии и занялись чистой информатикой. Зададим вопрос, сколько текстов можно построить из 5 на 10 в 9 степени букв, выстроенных в линию, если возможно каждую букву заменить на любую другую. Выведем формулу в общем виде, как это делают в школе. Назовём текстом любую последовательность из N букв. Если в этом тексте будет изменена хотя бы одна буква, это уже будет другой текст. Сосчитаем, сколько всего текстов М можно составить из N последовательных ячеек, в каждую из которых поставлена одна любая буква из k разных букв. В нашем случае k = 4, а N = 5 умноженное на 10 в 9.степени.
Построим любой первый текст. Начнём дальнейшие рассуждения с его конца. Рассмотрим последнюю ячейку под номером N. Если только в ней менять буквы, то за счет этих изменений получим k вариантов текста, отличающихся единственно последней буквой. Далее включим в рассмотрение и предпоследнюю ячейку под номером (N-1). В ней также k вариантов постановки букв. И каждый из этих вариантов за счёт последней ячейки расщепляется ещё на k вариантов.
Всего за счет вариаций букв в двух последних ячейках возникает k в квадрате вариантов текста. Рассмотрение третьей от конца ячейки совместно с двумя последними даст k в кубе вариантов текста. Эти рассуждения выявляют закономерность. Видно, что показатель степени, в которую надо возвести число k, равен числу ячеек, в которые вставляются буквы. Когда мы дойдем до первой ячейки, то число возможных вариантов текста составит M = k в степени N. Мы можем подставить в эту формулу наши конкретные цифры и получить очень большое число. Оно гипнотизирует своими нулями.
Мы его сильно поуменьшим, если введём общепринятое в информатике определение: "Информация численно равна логарифму при основании 2 от числа возможных текстов". Это означает в общем случае (предполагается знание школьной алгебры) I = log2k в степени N = N умноженное на log2k. Мы обращаем внимание, что информация, заключённая в данной буквенной последовательности сильно (пропорционально) зависит от общего числа ячеек, куда надо вставлять буквы, и слабо (логарифмически) от количества применяемых букв. Скажем, если число букв увеличилось до 16 то по сравнению с двоичным кодом, объём информации вырос всего лишь в 4 раза.
В нашем случае код четырёхбуквенный и log2 умноженное на 4 = 2. Поэтому при общем числе ячеек 5 умноженное на 10 в 9 степени информация, заложенная в ДНК человека равна I = 2N = 10 в десятой степени. Эта цифра - предел информации, запасённой в ДНК человека. Больше быть не может.