Для того чтобы проиллюстрировать динамический, ролевой принцип в гетерархии биотенсегрити еще нагляднее и глубже, мы пойдем дальше и рассмотрим примеры с отсутствующей распоркой и отсутствующим сжатием в мягких тканях.

На рис. 9.3A показана тенсегрити-модель, изготовленная из двух соединенных вместе T-икосаэдров разного размера, при этом в меньшем из них удалена одна из вертикальных распорок, а тросы, которые крепились к ее узлам, были переприкреплены не к распорке большей модели, а к ее вертикальному тросу (красного цвета). Теперь после такой структурной трансформации этот вертикальный трос тянет в стороны узлы недостающей распорки.

Казалось бы, что налицо кажущийся парадокс, поскольку выделенный красным элемент по-прежнему является тросом для более крупной модели, но действует как распорка в отношении меньшей модели. Единственное отличие состоит в том, что узлы этой потерянной распорки теперь раздвигаются друг относительно друга большей моделью, но стягиваются друг к другу красной частью троса меньшей модели.

На самом деле никакого парадокса здесь нет. По факту элементы модели объединились в новую гетерархическую конфигурацию, в которой вся большая модель заменила распорку в меньшей модели, но одновременно с этим вся меньшая модель заменила трос в большей модели.

Рис. 9.3. (A) Две модели тенсегрити (T-икосаэдры) разных размеров, соединенные вместе таким образом, что распорка меньшей модели заменяется частью троса большей модели (красная линия). (B) Удаление этой теперь уже избыточной распорки оставляет пробел (красная пунктирная линия), способствуя формированию структуры, где каждая часть теперь ориентирована слегка иначе

Эта иллюстрация подчеркивает, что на самом деле с помощью тенсегрити-моделей мы как бы проявляем скрытые внутренние векторы сил! Это действие аналогично тому, как фотоэмульсия проявляет скрытое содержание фотографии, которое без такого специального «проявителя» остается скрытым от наблюдения. Именно поэтому любой конкретный материальный элемент-носитель может исполнять обе структурно-динамические роли в тенсегрити-комплексе и функционировать одновременно и как трос, и как распорка в зависимости от того, какие связи задействуются в гетерархии и в каком динамическом режиме.

Более того, в зависимости от изменения динамических взаимодействий внутри гетерархий, каждый из элементов способен к переключению «режимов» распорка-трос эмерджентно, то есть непосредственно во время действия (рис. 9.2). В этом состоит одно из важных наглядных отличий тенсегрити-комплексов от стандартных машинных механизмов, которые могут быть перенастроены на разные динамические роли предварительно и целенаправленно, но не способны к эмерджентности и спонтанности.

Означает ли возможность такого эмерджентного переключения динамических режимов, а также «конкуренция» множества различных контуров взаимодействия (групповых связностей в ЗКЦ) между силами натяжения и сжатия за каждый из таких потенциально переключаемых элементов, что динамическое поведение тенсегрити-комплексов является совершенно непредсказуемым, а потому непрактичным?

Это важный вопрос, который тем не менее успешно разрешается в тенсегрити-комплексах. Дело в том, что, несмотря на многообразие динамических опций для системы в целом, в подструктуре тенсегрити более высокого уровня в любой данный конкретный момент времени всегда будет преобладать/реализовываться только одно из этих состояний (в терминах механики это называется «результирующая»).

В этом смысле наиболее понятной аналогией является пример того, как дуализм волна-частица, в котором находится электрон, должен разрешиться только в одно из этих состояний при взаимодействиях.

Аналогичным образом в тенсегрити-комплексах нижние уровни гетерархии обладают динамическим потенциалом как троса, так и распорки. Но при их задействовании в системе взаимодействий структурой более высокого уровня будет выбрано только одно из этих состояний («подгружено» в общую динамическую функцию всей системы в целом).

Таким образом, биотенсегрити-подход позволяет разрешить извечную дилемму сложных систем, в первую очередь биологических. Что «важнее»: части или целое?

С одной стороны, во введениях и в предисловиях к научным работам в биологии и медицине мы постоянно видим утверждение о необходимости целостного холистического подхода, рассмотрения организма в целом и т. д. Но на практике эти намерения чаще всего так и остаются намерениями. В реальности вся практическая деятельность — как научная, так и терапевтическая — деятельность фокусируется именно на частях, описывая их состав, структуру и функцию. При этом как бы предполагается, что, разобравшись в устройстве всех частей, а потом сложив их вместе, как раз и можно получить искомое целое. Поэтому на практике холистическое целое постоянно ускользает от практического и прагматического представления, с которым можно работать и которое можно пощупать.

Биотенсегрити делает холистический подход предельно конкретным. Нижние этажи гетерархии создают потенциал (запас разнообразия адаптаций, репертуар возможных внутренних откликов и реакций), но выбор, актуализация и «пути сходимости» конкретных динамических каскадов внутренних взаимодействий делаются сверху, с организменного уровня.

Продолжим исследование динамического поведения тенсегрити-комплексов и усложним ситуацию: помимо удаления исходной распорки из меньшей модели, рассмотрим, что произойдет, когда мы удалим и заменивший ее трос (красный элемент) (рис. 9.3Б).

Этот пример позволяет нам изучить еще одно важное понятие — так называемую механическую избыточность.

Это понятие близко связано с представлением об оптимальности конструкции. Всем известным примером инженерно-механической избыточности является поговорка: «Нужна ли табуретке пятая нога?» (при этом в народной мудрости табуретка рассматривается как обычная конструкция, а не как тенсегрити-структура). Смысл этого выражения в том, что четыре точки опоры — это оптимум для стабилизации табуретки через компрессионную структуру, а пятая лишняя и ее можно убрать без дестабилизации системы. Однако есть и следующий вопрос: а если убрать четвертую ногу и оставить только три, насколько это критично для стабилизации системы? Очевидно, что в нашем примере с табуреткой переход от пяти опор к четырем не был критичным (в этой конструкции была механическая избыточность), а вот переход от четырех опор к трем уже критичен. То есть убыль элементов та же, минус одна подпорка, но при переходе от четырех опор к трем происходит резкое падение устойчивости системы. На этом примере мы можем увидеть, что в обычных инженерных конструкциях присутствует резкий контраст между оптимумом стабилизации системы и соседними состояниями.

Рассмотрим с этой точки зрения тенсегрити-систему.

На рис. 9.3B сделана «повторная хирургическая операция», то есть та красная часть троса, которая изначально заменила собой удаленную распорку, теперь тоже удалена. Если бы это было обычной инженерной конструкцией, то следовало ожидать резкого ослабления стабильности и сбалансированности системы, однако в тенсегрити-структурах этого не происходит!

Удаление красного троса заставило остальную часть системы перебалансироваться в новое состояние внутреннего динамического равновесия за счет перераспределения натяжений по всей системе гетерархии. Понятно, что при этом механические свойства в целом изменились (рис. 9.3B). Однако это не означает того, что система в целом стала хуже.

Именно в этом состоит большое достоинство гетерархических тенсегрити-систем. В тенсегрити-систем присутствует большое число состояний около оптимума в отличие от стандартных компрессионных структур, что связано в первую очередь с их большой глубиной, многомасштабностью и модульностью.

В результате тенсегрити-система не только обладает большим запасом прочности, но и способна к адаптивной эволюции за счет множества вариантов внутреннего перераспределения нагрузок и модульности.

Это свойство особенно важно для понимания наличия в организме разделенных внутренних пространств, позволяя разрешить кажущееся противоречие живой природы, в которой, с одной стороны, нет пустот, но, с другой стороны, есть полости, которые как бы пустые. Эти пространства, не имеющие сплошного заполнения, в анатомии так и называются — полости. Они имеют соответствующую локализацию — полость сустава, черепа, грудная, брюшная и т. д..

Тенсегрити-интерпретация и модульность переходов между уровнями гетерархии с одновременным задействованием разных масштабов как раз и позволяет понять, каким образом организация распределения нагрузок через мягкие ткани удерживает анатомические элементы на расстоянии друг от друга. Иначе говоря, тенсегрити-комплекс всегда является сплошным, непрерывным, полным с точки зрения самостабилизации, но при этом задействует разные уровни гетерархии по вложенной модульности, создавая пространство между костями в локте, колене, своде черепа или брюшной полости.

Таким образом, различие между тем, что мы называем тросами и распорками в контексте биотенсегрити, является «ролевым», поведенческим, относительным. Поэтому базовая тенсегрити-терминология тросов и распорок дает нам вводное представление о различии модульных частей, однако в динамике эти роли могут меняться на противоположные или даже совсем исчезать. Поэтому тенсегрити-систему следует рассматривать только с перспективы самого высокого организменного уровня. Они показывают динамическую общность всех элементов, вовлеченных в процессы самостабилизации, в котором механика простой молекулы работает по тем же принципам, что и механика всего организма, превосходящего ее в миллиард раз!

Теперь самое время задать себе еще один серьезный вопрос: поскольку в тенсегрити-моделях одни и те же принципы применяются на любом масштабе и на любом материале, то так называемые мягкие ткани живых организмов также должны иметь полагающееся им количество жестких распорок! Однако, на первый взгляд, этих жестких распорок не видно, тогда, где же они?