К 1974 году С. Левин накопил уже 20 лет клинической практики, имея возможность наблюдать и исследовать огромное количество самых разнообразных костных и суставных патологий, а также вариантов анатомической нормы (Levin, 1981). С каждым годом он все сильнее разочаровывался в модели Борелли и в тех интерпретациях, которые предлагала зарождавшаяся в 1960-е годы клиническая биомеханика, интенсифицировавшая расчетный подход к структурному анализу живых организмов.

Левин пришел к выводу, что типовая модель поставленных друг на друга блоков и рычагов, используемая для описания позвоночника, не только не объясняет всей сложности его структуры и движения, но и ведет к ошибочным выводам и к неверным клиническим решениям, наносящим вред пациентам.

Рис. 7.2. (А) Скелет диплодока (Diplodocus longus) (Смитсоновский музей, Вашингтон, округ Колумбия). (B) Железнодорожный мост Форт-Бридж, Эдинбург, Шотландия

В поиске альтернативной интерпретации он решил следовать принципу проверки на экстремальность, то есть необходимости проверить общепринятую модель костно-рычажных блоков на максимально крупных формах жизни.

С очевидностью его выбор пал на динозавров. К счастью, у жившего в Вашингтоне С. Левина была возможность изучения одной из крупнейших мировых коллекций вымерших животных в знаменитом Смитсоновском музее естественной истории в Вашингтоне. Смитсоновский институт — это центральное культурно-историческое хранилище США, в котором работают ведущие специалисты Американского палеонтологического общества. В течение нескольких лет С. Левин почти каждую неделю приезжал в Смитсоновский музей и подолгу общался с кураторами палеонтологического сектора (рис. 7.2A).

Суммировать эти диалоги можно простой фразой, которую больше всего любил куратор палеонтологического сектора: «В песках времени динозавры оставили нам следы своих лап, но не отпечатки своих хвостов». То есть многотонные и многометровые хвосты динозавров двигались в воздухе, так же, как и хвосты современных животных, которые в десятки и сотни раз мельче.

С очевидностью при рычаговой модели, унаследованной от Борелли, удерживать многометровый и многотонный хвост, состоящий из десятков отдельных позвонков, используя синовиальные суставы, фактически не имеющие трения, совершенно невозможно.

Поэтому тот же самый принцип экстремальности С. Левина решил применить и к верификации модели, которую он искал как альтернативу рычаговой костно-суставной. Новая модель должна была быть способна объяснить в том числе и то, как динозавры ходили с поднятыми хвостами.

В 1974 году в один из еженедельных визитов в Смитсоновский музей он размышлял над своими наблюдениями, сидя на скамейке возле музея: «Как мог огромный вес этих существ поддерживаться системой рычагов, которая бы создавала огромные локальные пиковые нагрузки на их ткани? Ведь они же двигались!» (рис. 4.2).

Согласно общепринятому мнению тела динозавров были подобны консольным мостам, таким как железнодорожный мост Форт-Бридж в Шотландии (рис. 7.2В), и эта идея господствовала на протяжении десятилетий (Thompson, 1961, с. 245). Однако мост, с одной стороны, был сделан из прочных материалов, специально жестко скрепленных между собой, а с другой стороны, мост не обладал ни одним из тех движений, которые присущи живому организму, а значит, и не сталкивался с проблемой локальных пиковых нагрузок на мягкие ткани!

Башня Снельсона

Смитсоновский институт находится на Национальной Аллее, соединяющей Белый дом со 169-метровым монументом Вашингтону. Часть этого комплекса составляет Музей современного искусства Хиршорна, который находится как раз напротив главного входа в музей естественной истории. Поэтому, присев на скамейку у входа в Смитсоновский музей естественной истории, С. Левин оказался в очень примечательной диспозиции. Справа от него был гигантский монумент Вашингтону (колонна с широким основанием и огромным весом); слева — Белый дом; за спиной — скелеты динозавров, а впереди Музей современного искусства Хиршорна (рис. 7.3).

Для С. Левина это был тот самый архимедовый момент эврики! Музей Хиршорна только-только разместил новую скульптуру: 60-футовую Игольчатую башню Кеннета Снельсона в своей уличной экспозиции, потому что 20-метровая конструкция заведомо не влезала во внутренние помещения, что удивительным образом совпало по месту и времени.

С первого взгляда на Игольчатую башню С. Левин был потрясен тем, насколько подходящей оказалась ее архитектура для разрешения мучивших его вопросов о строении шей и хвостов динозавров. Эта скульптура выглядела очень прочной, будучи при этом легкой и гибкой, обладая именно теми свойствами, которые были бы исключительно полезны живым организмам и могли бы развиться в процессе эволюции, особенно подходящим такое структурное строение было бы для свехрдлинных и сверхтяжелых динозавров. Именно скульптура Снельсона натолкнула его на мысль о том, что тенсегрити может быть вполне жизнеспособной альтернативой понимания того, как были устроены динозавры. Вместо того чтобы сравнивать действие дорсальных мышц шеи, поддерживающих огромный угловой и пиковый вес головы и шеи динозавра при движениях, со стрелой статичного подъемного крана (рычагом), как это предлагала стандартная биомеханика, С. Левин предположил, что конфигурация тенсегрити распределит действие этих сил по всей шее, избегая концентрации напряжений и точек потенциальной слабости как в статике, так и в вариационной динамике (рис. 7.4).

В свою очередь, при такой способности организма к распределению нагрузок, силы натяжения и сжатия перестроят конфигурацию костей в процессе развития в соответствии с нагрузками (закон Вольфа). А также изменят положения и ориентации креплений мягких тканей к костям, что в конечном итоге и приводит к тому очевидному разнообразию форм, которое мы наблюдаем в природе (Teichtahl et al., 2015).

Рис. 7.3. Игольчатая башня Кеннета Снельсона 1968, алюминий и нержавеющая сталь. (Музей Хиршхорна, Вашингтон, округ Колумбия)

Рис. 7.4. Цепь T-икосаэдров поддерживает саму себя и моделирует позвоночный столб животных с длинной шеей

Исходное умозаключение С. Левина было достаточно частным: очевидно, что такой механизм распределения нагрузок, как тенсегрити, дает очевидные выгоды и преимущества животным с длинной шеей, с тяжелой головой, с длинным хвостом — или всеми эти признаками сразу (как у динозавров). Однако впоследствии он пришел к закономерному обобщению своих выводов — достоинства распределения нагрузки по самонатяжной структуре, позволяющие избежать разрушительных локальных силовых концентраций, настолько самоочевидны с эволюционной точки зрения, что почему бы столь ценной эволюционной находке не быть повсеместно распространенной в живой природе (Levin, 2002).