16.1. Biologinen informaatio henkisenä suureena (s. 275) Kuva 16.1. Gittin informaation viisi tasoa. (Mukailtu kirjasta). Kirja kuvaa Gittin informaatioteorian (Gitt 1996, 1997) peruspiirteet. Teoria sisältää viisi informaation tasoa - statistinen, syntaktinen (kieliopillinen), semanttinen (merkitystaso), pragmaattinen (käytännön taso) ja apobeettinen (tarkoituksellinen) taso. ''Statistisella'' tasolla kirja viittaa Claude Shannonin (1948) muotoilemaan viestinnän matemaattiseen teoriaan: ''Shannon laski merkkijärjestyksen informaatiosisällön pelkästään tilastollisesti.''(korostus kirjoittajien) Vaikka Shannonin malli keskittyykin tilastolliseen signaalien tasoon, ulottuu se myös syntaktiselle eli kieliopilliselle tasolle. Viestit ovat nimittäin aina koodattuja jollain lailla ja koodauksessa on kyse syntaktisesta asiasta. Syntaktinen taso on Shannonin teoriassa erittäin merkittävä, koska se on taso jossa viestin redundanssi määritellään. Redundanssin tärkein tehtävä on vähentää siirtovirheiden vaikutusta. Se erottaa toisistaan viestintäkanavan kapasiteetin ja varsinaisen informaatiosisällön. Kolmikko syntaksi-semantiikka-pragmatiikka ovat lähemmäs sata vuotta vanhoja kielitieteellisen semiotiikan peruskäsitteitä; kyseessä ei siis ole mikään Gittin oma teoria. Kielitieteessä ei käsitellä viestinnän tilastollista siirtotasoa, koska se ei ole kielellinen taso. Se on kuitenkin aina olemassa taustalla kaikessa viestinnässä. ''Apobeettisella tasolla'' Gitt tarkoittaa varmaankin jotain sellaista, mitä filosofiassa kutsutaan asioiden teleologiseksi eli tarkoitukselliseksi luonteeksi (en ole nähnyt sanaa apobeettinen muualla kuin Gittin käyttämänä, joten se lienee hänen oma keksintönsä). Inhimillisessä toiminnassa ja kommunikaatiossa meillä on yleensä tarkoituksia. Kristillisessä teologiassa myös ihmisen ja maailmankaikkeuden olemassaololla katsotaan olevan tarkoitus, jonka Jumala olisi antanut. Koska tarkoituksellisuus ei kuitenkaan ole asioissa itsessään havaittava objektiivinen ominaisuus, jää tämä universaaliksi väitetty piirre vain teistisen maailmankuvan todistamattomaksi väittämäksi. Evoluutiobiologiassakin eliöillä kuitenkin usein nähdään näennäistä teleologista eli teleonomista luonnetta, jolla viitataan esimerkiksi evoluution ''ikään kuin''-tarkoituksellisuuteen ja pyrkimyksellisyyteen. Esimerkiksi Richard Dawkins käyttää usein tätä metaforaa, puhuessaan siitä kuinka geenit ''pyrkivät'' lisääntymään. Teleologisen ja pragmaattisen tason välinen ero on kuitenkin aika outo; normaalisti pragmatiikalla tarkoitetaan sitä, mitä Gitt tarkoittaa pragmatiikalla ja apobetiikalla yhteensä. Tavallisimmassa merkityksessään informaatio on jonkinlaista ihmisen toiselle antamaa tietämystä: viesti, joka on lähetetty tarkoituksena vaikuttaa muiden ihmisten toimintaan. Tässä kontekstissa Gittinkin informaatiokäsitys on luonteva, mukaanlukien pragmaattinen/teleologinen taso. Gittin informaation monet ongelmat ''Energiaa ja materiaa pidetään perimmäisinä universaaleina suureina. Informaation käsitteestä on kuitenkin tullut aivan yhtä perustavanlaatuinen ja kauaskantoinen, oikeuttaen sen kategorisoinnin kolmantena perussuureena. Informaatio on yksi elämän olennaisista ominaisuuksista.'' (Gitt 1996, suomennos allekirjoittaneen) Gitt tekee sen perusvirheen, että sekoittaa inhimillisen viestinnän universaaliksi katsomaansa informaatiokäsitteeseen, jota voitaisiin käyttää puhuttaessa myös biologisista organismeista. Tämä johtaa eräänlaiseen kehäpäätelmään. Mainittakoot tässä kohtaa, että Gitt käsittelee Shannonin informaatioteoriaa kirjoituksissaan tavoilla, jotka selvästikään eivät pidä paikkaansa -- vaikuttaisi, ettei Gitt olisi edes ymmärtänyt Shannonin teorian peruskäsitteitä. Tämä on varsin huikean omituinen seikka, ottaessamme huomioon, että Gitt on matematiikan tohtori, joka on sentään kirjoittanut informaatiosta kokonaisen kirjan. Jätän Gittin virhekäsitysten tarkastelun kuitenkin toiseen kertaan ja keskityn tässä vain Schererin kirjan väitteisiin. Kuva 16.2. Gittin informaatiokäsite on hyödytön, koska se vaatii informaation lähteelle tietoisuuden. Yllättävää kyllä, Gittin informaatiokäsitys kaatuu äärimmäisen yksinkertaiseen vastaesimerkkiin. Ajatelkaamme tilannetta, jossa Pekka haluaa viestittää Liisalle säätilan, tarkemmin sanottuna pilvisyyden, jonka oletamme yksinkertaisuuden vuoksi vaihtelevan satunnaisesti kahdessa tilassa: pilvetön ja pilvinen. Viestintälaitteena he voisivat käyttää vaikkapa lennätintä, mutta he päättävätkin käyttää valomerkkiä. Pekalla on taskulamppu, sekä kaksi värillistä kalvoa: sininen ja harmaa. Pekka sopii Liisan kanssa koodauksen, jossa sininen valomerkki tarkoittaa pilvetöntä ja harmaa pilvistä. Tällä tavoin Pekka voi välittää viestejä Liisalle, ja viestinnässä voidaan kuvitella Gittin viisi tasoa - Pekka mitä luultavimmin ymmärtää viestinsä merkityksen, hän saattaa odottaa Liisalta jotain toimintaa sen johdosta (vaikka en kyllä näe miksi tämä olisi tarpeellista) ja hänellä voi olla myös jokin pyrkimys viestin lähettämisessä (vaan onkohan sekään välttämätöntä?). Eräänä päivänä Pekka kuitenkin sairastuu ja Liisan täytyy saada tietää säätila jollain toisella tavalla. Hän avaa ikkunan ja katsoo siitä ulos taivaalle. Katsoessaan taivaalle hän vastaanottaa valosignaaleja, joiden koodaus on täsmälleen sama kuin Pekan viesteissä - sininen tarkoittaa pilvetöntä ja harmaa pilvistä. Tässä tapauksessa viestin ''lähettäjä'' ei kuitenkaan enää ole älyllinen ihminen. Liisan epävarmuus säätilasta alenee aivan samalla lailla kuin saadessaan viestin Pekalta. Ei-älyllinen viesti sisälsi siten sellaista varsin käyttökelpoista ''jotain'', jonka semanttinen merkitys ja pragmaattinen arvo vastaanottajalle on täsmälleen sama kuin Gittin informaation, mutta joka alkuperänsä vuoksi ei selvästikään ole Gittin informaatiota. Pääasiallisena ongelmana Gittin informaatioteoriassa on siten se, että sen tarjoama informaatiokäsite on käyttökelvoton. Suurin osa ''jostain sellaisesta'', jota ihmiset vastaanottavat, joka on syntaksiltaan, semantiikaltaan ja pragmaattiselta arvoltaan sellaista, minkä voisimme kuvitella olevan informaatiota, ei Gittin mukaan ole informaatiota. Gittin informaatiokäsitteen rajoituksetkaan eivät tällöin koske tätä ''ikään-kuin-informaatiota''. Gittin informaatiolla voi hyvinkin olla sellainen rajoitus, että sitä ei voi syntyä sattumalta, mutta jos vaikkapa geneettinen informaatio ei ole Gittin informaatiota, ei tuo rajoitus koske sitä. Toisin sanoen, jos DNA:ssa ei ole Gittin informaatiota, on täysin merkityksetöntä sanoa, että geneettisen Gittin informaation, jota ei ole olemassakaan, syntyminen sattumalta olisi mahdotonta. Gittin informaatio siten kenties on informaatiota, mutta kaikki informaatio ei selvästikään ole Gittin informaatiota. Tavallinen käsityksemme informaatiosta on laajempi. Voimme olla samaa mieltä, että biologinen informaatio on informaatiota sen tavanomaisessa merkityksessä, mutta ei välttämättä Gittin informaation merkityksessä. Miten voisimmekaan tietää, onko biologinen informaatio Gittin informaatiota? No vaikkapa siitä, että sillä olisi suunnittelija. Jos siis tietäisimme vaikkapa jonkin luojajumalan suunnitelleen biologisen informaation, olisi se Gittin informaatiota. Mutta tällöin jo tietäisimme tuon jumalan suunnitelleen sen; emme voi todistaa kyseisen jumalan tekemää suunnittelua sortumatta kehäpäätelmään. Huomaa kuitenkin, että geneettisen informaation voidaan katsoa olevan älyn luomaa - nimittäin evoluutioprosessin ''älyn''. Kutsumme älyksi usein jotain sellaista, joka kykenee löytämään ratkaisuja ongelmiin. Evoluutio on tälläinen menetelmä - mikä onkin pääsyy sille miksi evolutiiviset algoritmit ovat tulleet niin suosituiksi tekoälytutkimuksessa. Lisäksi, kuten jo mainitsimme, evoluutiolla on myös teleonominen luonne. Näiden tekijöiden perusteella voimme nähdä, että evoluution kautta syntynyt geneettinen informaatio kuitenkin täyttää Gittin (muutoin hyödyttömän) informaatiokäsitteen tunnusmerkit. ''Tekninen informaatio viittaa suunnittelijaan'' (s. 276) Kirja väittää: ''Teknisen informaation (esimerkiksi koneiden piirustukset) tai keskinäiseen kommunikaatioomme käyttämämme informaation takana on aina henkinen konsepti.'' Kuva 16.3. (Teknisen evoluution kritiikistä) Tutkimuksessa evolvoitiin oikeita käveleviä robotteja. Rakennetun robotin muoto ja ohjauspiirit ovat evolutiivisen algoritmin synnyttämien rakennusohjeiden mukaan tehtyjä. Tämä ''Tetra'' on vain yksi monista syntyneistä rakenteista ja liikkumismuodoista. (Pollack). Kuten kirjan ''teknistä evoluutiota'' koskevassa kritiikissäni osoitin, koneiden piirustukset voivat syntyä myös evoluutioprosessin kautta. Tässä tapauksessa tietokoneella on tiedossa käytettävät rakennusosat ja se tietää millaisilla tavoilla niitä voi liittää toisiinsa, mutta varsinaisia rakennuspiirustuksia ei evolutiiviseen algoritmiin ole ohjelmoitu millään lailla. (Kts. myös alla) ''Tähän päivään mennessä ei ole onnistuttu löytämään esimerkkiä, joka osoittaisi tällaisen informaation voivan syntyä sattumanvaraisesti ilman henkistä apua.'' Scherer suhtautuu informaatioon Gittin tavoin, aivan kuin sen sattumanvaraisen syntymisen mahdottomuus olisi universaali luonnonlaki. Tälle ei ole mitään perustetta tuntemassamme fysiikassa, kemiassa tai biologiassa. Niin koneiden piirustukset kuin biologinenkin rakennusinformaatio voivat syntyä paitsi evoluution kautta myös täysin sattumalta. Ajatellaan vaikka, että jonkin koneen rakennuspiirustukset voidaan siirtää tietokoneesta toiseen radiolinjan kautta. Jos nyt vastaanotammekin radiosta puhdasta kohinaa ja tulostamme sen kuvaksi, eteemme saattavat hyvin pienellä todennäköisyydellä ilmestyä hyvinkin monimutkaiset - ja virheettömät - rakennuspiirustukset. Huomaa, että inhimillinen äly ei vaikuta tässä kohtaa edes valitsemalla virheettömät piirustukset virheellisten joukosta, vaan satunnainen kuva voidaan lähettää suoraan laitteen kokoonpanolinjalle, jolla on velvollisuus noudattaa ohjeita. Rakennettu tuote on tällöin sattumanvaraisesti suunniteltu. Kuva 16.4. 8x8-othellolaudalle on ripoteltu sattumanvaraisesti 16 pelimerkkiä. Näin on syntynyt kolme ''rakennuspiirustusta'', joiden todennäköisyys syntyä sattumalta on sama, noin 1:1014. Tässä on täysin epäoleellista se, kuinka todennäköistä tuo sattumalta syntyminen on. Kvanttimekaniikasta tiedämme, että atomien sijainti ei ole määrätty, vaan ne voivat tietyillä todennäköisyyksillä tunneloitua täysin mielivaltaisia etäisyyksiä ja muodostaa monimutkaisia rakenteita. Vaikka todennäköisyys jonkin hienon rakenteen syntymiselle olisi vaikkapa vain 1:101010000000000000, on se mahdollista. Jos syntyminen on mahdollista millään todennäköisyydellä, tämä Gittin ja Schererin teesi kaatuu välittömästi. Klassisin esimerkki samasta asiasta on miljoona apinaa, jotka takovat kirjoituskoneita sattumanvaraisesti tauotta. Ennemmin tai myöhemmin - jos aikaa annetaan riittävästi - jokin apinoista onnistuu täysin sattumalta kirjoittamaan Shakespearen koko tuotannon. Scherer et al väittävät evolutiivisten algoritmien tuottamasta informaatiosta seuraavaa: ''Teknistä evoluutiota (III.6.2) ei voida pitää todisteena informaation synnylle, koska edellä mainitut informaatiotasot ovat mukana jo insinöörien suunnittelemassa lähtörakenteessa; ne eivät siis synny uutena.'' Mielenkiintoista kyllä, tämän pohjalta myös Gittin informaatiota voi syntyä luonnollisissa, sattumanvaraisissa puitteissa. Jos nimittäin ihmisen rakentamissa laitteissa voi syntyä Gittin informaatiota siksi että laitteet ovat ihmisen tiettyyn tarkoitukseen suunnittelemia, ei Gittin teoria voi kieltää että luonnossa voisi syntyä informaatiota, koska luonto on Gittin oman kreationistisen käsityksen mukaan Jumalan suunnittelema. Gittin informaatioteoriassa on siten selvä sisäinen ristiriita. Kts. tekninen evoluutio (III.6.2). Useimmat tietokoneohjelmat ovat tietysti ihmisen suunnittelemia. Mutta tämä ei tarkoita, että kaikki tietokoneessa tapahtuva olisi ihmisen suunnittelemaa! Jos vaikkapa suunnittelemme simulaattoriohjelman, joka simuloi planeettojen tai biljardipallojen liikkeitä fysiikan lakeihin perustuen, ei se tarkoita, että ihminen olisi suunnitellut sen, mihin planeetat tai biljardipallot tietokonesimulaatiossa liikkuvat. Eihän tällaisia ohjelmia edes tehtäisi, jos tekijä jo ennalta tietäisi mitä kappaleille tapahtuu. Ja tällaisten simulaattorien tekeminen voi olla teknisesti ja tieteellisesti hyvinkin haastavaa, jotta päästään vain siihen, mitä luonnossa tapahtuu fysikaalisesti. Sama pätee, jos tietokoneohjelman suunnittelija on päättänyt käyttää hyvinkin toisenlaisia tai yksinkertaistettuja "fysiikan lakeja". Esimerkiksi evolutiivisten algoritmien keinoevoluutio ei perustu tarkkaan fysikaalisten prosessien kuten atomien simulaatioon, koska tällainen simulaatio olisi hyvin hidasta, vaan simulaatio tehdään korkeammalla tasolla. Ne ratkaisut, joita nämä tietokoneohjelmat löytävät, eivät ole sen enempää "ihmisen suunnittelemia", kuin planeettojen liikkeetkään. Informaatio biosemiotiikassa Semiotiikka eli merkkioppi on merkkejä, merkkijärjestelmiä ja niiden tuottamista sekä käyttöä tarkasteleva kielitieteen osa-alue. C. S. Peircen (1839-1914, kuva) semiotiikassa mikä tahansa voi olla merkki, jos on objekti johon merkki viittaa, ja interpretatti eli tulkitsin, jonka avulla merkki tulkitaan objektin merkiksi. Kyse on siten kolmipaikkaisesta merkkirelaatiosta: Interpretantti on merkin tulkitsijassa aiheutuva vaikutus, kuten tunne, ajatus tai toiminta. Interpretantti on itsessään aina merkki. Semiotiikka jaetaan yleensä kolmeen osa-alueeseen: syntaktiikkaan, semantiikkaan ja pragmatiikkaan. Kts. Johdatus semiotiikkaan, Semiotics for Beginners, Biosemiotics Home Page. Kysymys ''onko geneettistä informaatiota olemassa?'' ei ole lainkaan niin yksinkertainen kuin voisi kuvitella. Informaatiolla voidaan tarkoittaa monia asioita, ja sovellettaessa informaatiokäsitettä biologiaan ja kemiaan joudutaan sitä väistämättä käsittelemään enemmän tai vähemmän vertauskuvallisesti. Geneettinen informaatio ei selvästikään ole luonteeltaan samanlaista kuin viestinnässä välitetty informaatio. Elämänmuodot eivät koostu mistään abstraktista inhimillisen viestinnän käsitteestä, vaan konkreettisista molekyyleista, joiden toiminta muodostuu niiden kemiallisista reaktioista. Toisaalta kaikki molekyylien toiminta voidaan nähdä semioottisen metaforan sovelluksena - merkkien toimintana, jossa kaikki vuorovaikutus on kommunikaatiota. Semiotiikassa yleisin ja tunnetuin informaation määritelmä on yksinkertainen: se on ''ero joka tekee eron'' jollekin (Bateson 1972). Tämäkin määritelmä katsoo informaation olevan aina sidoksissa tulkitsijaan, joka antaa sille merkityksen. Viestillä on sen tulkitsijalle informaatioarvoa eli merkitystä jos ja vain jos viesti kertoo jotain merkittävää - tässä suhteessa tämä käsitys on hyvin samankaltainen Shannonin informaatiokäsityksen kanssa. Informaation määritelmässä ei tällöin myöskään ole mitään inhimillistä. Decadtin (2000) vastaava määritelmä on seuraavanlainen: ''Informaatio on sitä millä on merkitys, tietyssä kontekstissa. ... Informaation merkitys evolutiivisessa kontekstissa on se että se kasvattaa tiettyjen evoluution polkujen valinnan todennäköisyyttä, ja siten vähentää diversiteetin kasvua.'' (Decadt 2000, korostus kirjoittajan, suomennos allekirjoittaneen) Emmeche (1991) näkee geenin informaationa, jolla on merkitystä organismille. Geeni voidaan nähdä merkkirelaationa, jossa DNA on merkki joka viittaa proteiiniin; interpretantti on solubiokemiallinen verkosto. Organismi itsessään on merkkisysteemi. Informaation teleologista luonnetta ei biosemiotiikassa nähdä, vaikkakin ikivanhat teologiset käsitykset ovat edelleen muistissa; geneettisellä informaatiolla teleonominen luonne kuitenkin saatetaan nähdä. Johtopäätös Gitt muotoilee informaatiokäsitteensä ikään kuin se olisi ehdoton yleispätevä luonnonlaki. Todellisuudessa se soveltuu vain inhimilliseen viestintään, jossa sekä viestin lähettäjä ja vastaanottaja ovat älykkäitä olentoja. Biologiset organismit eivät tiettävästi sisällä Gittin informaatiota, joten Gittin vaatimus informaation älyllisestä alkuperästä ei yksinkertaisesti koske biologista informaatiota. Väite geneettisen informaation sattumanvaraisen synnyn mahdottomuudesta ei ole muuta kuin uuteen tieteellis-mystiseen asuun puettu versio kreationismin perusväitteestä: elämää on mahdotonta syntyä ilman luojaa. Informaatiokäsite ei tuo tarkasteluun mitään lisäapua. Aiemmin kreationistit ovat vastaavalla tavalla vedonneet fysikaalisen termodynamiikan entropia-käsitteeseen, voidakseen todistaa evoluution luonnonlakien vuoksi mahdottomana. Tämäkin vetoomus perustui virhelliseen tieteellisen käsitteen käyttöön. Sama pätee informaatiokäsitteeseen, joka on semiotiikkaa tuntemattomalle maallikolle riittävän mystinen käsite, jotta sen taakse voi helposti verhota kaikenlaisia virhepäätelmiä. Semiootikkojen kohteliaat huomautuksetkin menevät kuuroille korville aihepiirin vaikean ymmärrettävyyden vuoksi. Onko kyseessä tahallinen vaiko tahaton kreationistinen savuverho, jää mietittäväksi. Lähteet Dawkins, Richard (undated). The ''Information Challenge''. Dembski, W. (1998). Intelligent Design as a Theory of Information. Access Research Network. Emmeche, Claus (1994). The Computational Notion of Life. Secunda Epoca, volume 9 (21), pp. 1-30. Emmeche, Claus, and Hoffmeyer, Jesper (1991). From language to nature - the semiotic metaphor in biology. In Semiotica, volume 84 (1/2), pp. 1-42. Emmeche, Claus (1999). The Sarkar challenge to Biosemiotics: Is there any information in a cell? Semiotica 127 (1/4), pp. 273-293. Gitt, W. (1997). In the Beginning was Information. Christliche Literatur-Verbreitung e.V. Gitt, W. (1996). Information, Science and Biology. AnswersOnline. Heglar, E. Laurence (undated article). Information Theory. Oyama, Susan (1985). The Ontogeny of Information. Cambridge University Press. Mayr, E. (1997). Science, Technology, and Liberal Education. An unpublished speech transcript. Available online Paton, R. (1997). The organizations of hereditary information. In Biosystems 1997, volume 40(3), pp. 245-255. Abstract available online. Rocha, Luis M. (1998). Selected Self-Organization and the Semiotics of Evolutionary Systems. In: Evolutionary Systems: The Biological and Epistemological Perspectives on Selection and Self- Organization. S. Salthe, G. Van de Vijver, and M. Delpos (eds.). Kluwer Academic Publishers, pp. 341-358. Shannon, Claude E. (1948). A Mathematical Theory of Communication. University of Illinois Press. Sharow, A. Alexei (1991). Biosemiotics: Functional-Evolutionary Approach to the Analysis of the Sense of Information. In: T.A.Sebeok and J. Umiker-Sebeok (eds). Biosemiotics. The Semiotic Web 1991. Mouton de Gruyter, New York, 1992, pp. 345-373. Truman, R. (1999). The Problem Of Information For The Theory Of Evolution. True.origins Archive. http://trueorigins.org/dawkinfo.htm,