Фуллер и многие другие исследователи обращали внимание на то, что между тенсегрити-структурами и биологическими системами есть важное сходство — наличие структурной иерархии.
Структурные иерархии повсеместно распространены в биологии (Simon, 1962; Fuller, 1975, 740.00; Reilly & Ingber, 2018). Структурные иерархии и в биологии уменьшают вес, поддерживают прочность, оптимизируют несущую способность, обеспечивают наиболее энергоэффективное встраивание компонентов в ограниченный объем (путем плотной упаковки), рассеивают потенциально опасные напряжения и соединяют все уровни, от самой простой молекулы до самого сложного организма, причем вся система действует как единая функциональная единица (Zhang et al., 2011) (рис. 3.8).
Еще одним очевидным сходством между тенсегрити-структурами и природными феноменами является то, что простые узоры, паттерны и геометроформы могут повторять сами себя в различных масштабах. Аналогичную повторяемость мы уже видели в схемах упаковки высокочастотных тетраэдров, октаэдров и кубов (рис. 2.13); в том, каким образом шестиугольники соотносятся друг с другом в различных размерных масштабах (рис. 2.2) и в делении икосаэдра на более мелкие подструктуры (рис. 1.7).
Такое самоподобие лежит в основе всех процессов роста в природе, наиболее узнаваемые из которых многомасштабные, фрактальноподобные узоры разветвления растений, клеток, артериальных и дыхательных «деревьев». Биотенсегрити интерпретирует эти многочисленные сходства не просто как любопытные артефакты, а как указание на то, что это сущностно и фундаментально связанные процессы. Биотенсегрити полагает, что биологическая организация основана на внутренней встроенной тенсегрити динамического поведения, то есть, иными словами, биологические формы — это самонапряженные синергетические системы. И наоборот, только при изучении биологических форм и систем мы можем в полной мере понять и проиллюстрировать тенсегрити-процессы, потому что в неживой природе они остаются сжатыми, архивированными и тенсегрити-алгоритмы не распаковываются во всем своем многообразии.
Рис. 3.8. Структурная гетерархия в мышцах: обратите внимание, что актиновые и миозиновые спирали сами по себе состоят из более мелких спиралей, способствуя гексагональной схеме плотной упаковки внутри миофибрилл на более высоком уровне. (Воспроизведено с изменениями из © Scarr, 2010; © Elsevier)
Рис. 3.9. Многомасштабное самоподобие дерева (A), панциря брюхоногих моллюсков (B), марганцевых дендритов (C) и образования тканей посредством селективного клеточного роста (D) (по Ingber, 2006b).
(Zamir, 2001; Weibel, 2009; Ball, 2016). (рис. 3.9). Значимость этих конкретных архитектурных решений станет понятной в следующих главах.
Увы, но в силу исторической традиции анатомические структуры классифицируют в соответствии с иерархической нисходящей системой, где наверху находятся крупные структуры, за которыми следуют меньшие, такие как последовательности органов, тканей, клеток, молекул.
На протяжении веков анатомическая классификация развивалась иерархически от крупных анатомических элементов к мелким, при этом больший размер означал большую важность, но в XX веке ситуация изменилась на противоположную. Сегодня в биологии доминирует обратная иерархия. Теперь молекулы и клетки рассматривают как истинно важные и фундаментальные, а более крупные анатомические системы уровня органов считаются менее интересными, полностью зависящими от составляющих их молекулярных и клеточных элементов.
Между тем следует признать, что все формирующие друг друга структуры и субструктуры одинаково важны и являются частью взаимодействий, необходимых для поддержания общей целостности организма. Поскольку в синергетически связанных системах каждая из них влияет на механическое поведение всех остальных элементов каждой шкалы размеров и направлений (сверху вниз, снизу вверх, изнутри-наружу и в любом направлении), такая организация служит основанием для использования термина «гетерархия», являющегося более всеобъемлющим разнонаправленным идентификатором, и это различие важно (Turvey & Fonseca, 2014).