В параграфе «Натяжение и сжатие» мы уже поднимали вопрос о том, что в рамках тенсегрити-подхода эти динамические роли не являются неотъемлемо закрепленными за конкретным анатомическим элементом, например за мышцей или костью.

Именно поэтому распространенное понимание биотенсегрити: «мышцы — тросы», «кости — распорки» является глубоким заблуждением. Мы уже не раз говорили о том, что в биологии упрощения — это не просто неточности, а полноценные ошибки!

Это заблуждение легко опровергается уже при чуть более внимательном рассмотрении процессов мышечного сокращения.

Очевидно, что мышечное сокращение помимо уменьшения длины мышцы также приводит к одновременному увеличению ее «ширины» (площади поперечного сечения). Таким образом, при мышечном сокращении происходят два действия одновременно: оно выталкивает наружу и натягивает окружающую эту мышцу фасцию. Поэтому при учете фасциальных оболочек как менее податливых одна и та же активная мышца одновременно действует и как аксиально натянутый трос и как сжатая перпендикулярно этому распорка! (Происходящие при этом изменения углов взаимоориентации волокон были уже проиллюстрированы на рис. 6.9.)

После этой иллюстрации мы можем перейти к более детальному рассмотрению возможных вариантов динамических ролей, которых на самом деле намного больше.

Для этого нам потребуется расшифровать тонкости перехода между внешними и внутренними силами.

Ключевым заблуждением в этом случае является отождествление понятий «тянуть-толкать» с «натяжением-сжатием». Это заблуждение, склейка смыслов не учитывает того, что понятия «тянуть-толкать» относятся к внешним силам, в то время как «натяжение-сжатие» — это характеристики внутренних сил реакций на внешние «тяни-толкай» силы.

Для неживых материальных объектов из металла, дерева, пластмассы, с которыми инженерия и экспериментальная наука имеют дело в повседневной жизни, этот переход от внешних сил к внутренним действительно является прямым и простым. Внешнее «тяни» создает внутреннее натяжение, а внешнее «толкай» приводит к внутреннему сжатию.

Но такое прямо пропорциональное линейное соотношение — это всего лишь простейший частный случай, который никак нельзя обобщать на самозамкнутые и самоорганизующиеся системы, которые внутренне сложнее либо по материалам, либо по структуре и архитектуре. Более сложные структуры имеют намного больше вариантов того, каким образом внешние «тяни» и «толкай» трансформируется во внутренние «натяжения» и «сжатия».

Очевидно, что для живых систем характерна именно такая намного более высокая сложность.

Удивительная информативность тенсегрити-моделей для анализа сложных систем как раз и заключается в их способности отобразить эту сложность на очень большую глубину, в скрытые слои! Да, действительно тенсегрити-модели делаются из тех же простых и ничем не примечательных линейных неживых материалов: металла, дерева, пластика и т. д., что и обычные инженерные модели, основанные на типовой диаграмме сил, взаимообращающихся в ноль.

Первый очевидный вариант взаимной самоорганизации — это ситуация, когда натянутые тросы «тянут» узлы и «сжимают» распорки (рис. 9.2А). Ситуации, когда распорки могут активно «расталкивать» узлы в стороны и увеличивать натяжение тросов (рис. 9.2B).

Но тем неожиданней и поразительней оказывается то, что структура тенсегрити-моделей обладает достаточной внутренней модульностью и групповой динамической связностью, позволяющей на этих наглядных моделях наблюдать и понимать процессы взаимодействия, происходящие в самых сложных самоорганизующихся системах, включая живые!

На рис. 9.2 показаны различные сочетания переходов между внешними силами и внутренним «натяжение-сжатие» откликом. Для того чтобы эти схемы не воспринимались как безжизненные абстрактные иллюстрации из учебника геометрии, мы предлагаем читателю держать в уме представления о биологических микротрубочках и капиллярах.

Примечание редактора

Акцентируем ключевой момент, радикально отличающий анатомическое строение живых организмов от инженерных реалий с точки зрения структурного анализа их механики. В силу своей гетерархически связанной многомасштабности анатомические системы обладают бесконечной механической глубиной, то есть в них существует возможность бесконечного «ветвления» действия внешних сил на все более и более мелкие (до нанометров), но увеличивающиеся в бесконечность («бессчетность») внутренние элементы — так называемая кинематическая недетерминированность. Этим они радикально превосходят адаптивность инженерных систем, в которых количество элементов всегда счетно, к тому же они не обладают способностью к самообновлению и самоперестройке.

Поскольку в анатомии нет ограничений на количества элементов и нет жестко заданной геометрии взаимоорганизации тросов, возможна и ситуация, при которой тросы тянут узлы в стороны и натягивают распорку, удлиняя ее, будучи частью того функционального механизма, который регулирует их длину (рис. 9.2C).

Распорки, наоборот, могут укорачиваться и переходить в натянутое состояние, когда тросы пытаются тянуть их концы в стороны (рис. 9.2D); также возможен и ряд других комбинаций.

Микротрубочки, которые обычно считаются сжатыми, могут увеличиваться в длине (полимеризоваться) в ответ на тягу со стороны внеклеточного матрикса (ВКМ) и других клеток (рис. 9.2C). Это возможно благодаря адгезивным молекулам, проходящим через клеточную мембрану (рис. 5.5). Кроме того, актин-миозиновые моторы могут модулировать это динамическое поведение микротрубочек, увеличивая натяжение актина, который тянет их за концы и укорачивает (рис. 9.2D), поддерживая новый динамический баланс (Ingber, 2003). Рост клеток может «расталкивать» окружающие клетки и ткани, которые затем растягиваются (натягиваются) перпендикулярно этой силе (рис. 9.2B) и меняют функцию (рис. 5.8), или же клетки могут сокращаться и тянуть ткани, которые теперь становятся натянутыми в другом направлении (рис. 9.2D) (Henderson & Carter, 2002; Blechschmidt, 2004).

Рис. 9.2. Узлы — это места прикрепления/пересечения между одной распоркой и неограниченным количеством тросов, проходящих через это соединение. (A) Обычно распорка сжимается натянутыми тросами, которые тянут узлы на обоих ее концах. (B) Удлиняющаяся распорка, оказывающая давление на узлы и увеличивающая натяжение и длину троса. (C) Тросы тянут узлы в стороны и натягивают распорку. (D) Укорачивающаяся распорка стягивает узлы друг к другу и увеличивает натяжение троса. (E) Тросы, которые тянут распорку с обеих сторон, увеличивают ее ширину, но сжимают ее (или вращают ее), если они прикреплены с противоположных сторон (сравните с рис. 5.4).