Если суммировать все внутриклеточные, внеклеточные и организменные процессы, которые происходят внутри нас в каждую миллисекунду жизни, то их общее количество неисчислимо огромно.

Когда одновременно происходит так много событий, вероятность ошибок также накапливается и становится запредельно высокой, их невозможно избежать.

Чтобы сохранить дееспособность системы, необходим какой-то контроллер, какой-то регулирующий набор правил, который бы поддерживал порядок во всем этом множестве процессов и нивелировал эти неизбежные ошибки.

При строительстве здания таким руководящим алгоритмом является сила тяжести, и инженеры следят за тем, чтобы каждая составляющая конструкции могла безопасно соответствовать ее законам. Обычно мы об этом не задумываемся, но именно внешний фактор, которым является сила тяжести, диктует нам, что может или что не может быть включено в конструкцию здания. Поскольку G – это внешняя сила по отношению к строительной конструкции, то ошибок необходимо избегать уже на предварительных этапах – в дизайне, в проектировании и, собственно, в строительстве, поскольку рукотворные неживые конструкции не способны сами себя исправлять и обновлять. Поэтому, чтобы предусмотреть возможные разрушения и дефекты материалов, в проект любой конструкции закладывается некоторая избыточность, и всегда есть команда специалистов, которые следят за правильностью проектирования, сборки и последующей эксплуатации. Со временем в нашей цивилизации вокруг таких конструкций и процессов возникла огромная индустрия и обслуживающая ее, все усложняющаяся инженерно-математическая наука, занимающаяся расчетами правильности конструкций и механизмов.

В живых системах совсем другая ситуация!

Во-первых, алгоритм, управляющий самосборкой организмов, внутренний, над ним нет смотрящих инженеров, прорабов и архитекторов. Во-вторых, организмы не изготавливаются по точному и предварительному проекту. Они представляют собой постоянно развивающиеся гетерархические процессы, которые непрерывно и повсеместно порождают структуры, адаптирующиеся к изменяющимся условиям окружающей среды, и способны самообновляться, саморемонтироваться и самовосстанавливаться, когда что-то идет не так.

Стремясь выжить во внешней среде, живые организмы управляют всей этой деятельностью изнутри с максимальной эффективностью и элегантным минимализмом.

Когда я готовился стать хирургом-ортопедом, это существенное различие между зданиями и биологическими организмами еще не было широко признанным. Меня учили лечить механические функции тела, используя регулирующий принцип действия силы тяжести на вес частей тела в качестве основы для любого постурального анализа, функциональной анатомии, любого действия или упражнения, которые я прописывал пациентам. Осознавал я это или нет, но алгоритм влияния силы тяжести в пропорции к весу части тела управлял всем, что я делал в своей ортопедической и реабилитационной практике.

Я стал хирургом-ортопедом в конце 1950-х годов, когда современная инженерно-расчетная биомеханика еще только формировалась и не успела стать догмой. К 1970 годам мой особый интерес вызывали вымершие гигантские животные – как справлялись с силой тяжести они? Как удавалось динозаврам держать их гигантский, многометровый, весящий сотни килограммов хвост в воздухе? Мой хороший друг, который в то время был председателем Американского палеонтологического общества и одним из ведущих мировых экспертов по динозаврам, любил повторять: «Знаешь, Стив, в песках времени осталось множество отпечатков лап динозавров, но почему-то отсутствуют отпечатки их хвостов!»

Поэтому в какой-то момент мой личный клинический опыт, любовь к физике и здравый смысл заставили меня предположить, что перенос на живые организмы модели строительства небоскреба, зависящей от действия силы тяжести, пропорциональной весу конструкции, – это ошибочный подход. Мы не можем просто так импортировать расчеты углов, сил и векторов из строительных конструкций и машин в анализ механики живых систем, как это делается в функциональной анатомии и биомеханике со времен Борелли! Живые организмы качественно сложнее! Изучив шею диплодока, анатомию бабочек, птиц, обезьян-брахиаторов, лапы динозавров и гигантских ленивцев, организацию живых микроструктур и пропустив через свою клиническую практику несколько тысяч людей, я понял, что сила тяжести частей тела не является руководящим конструктивным принципом в биологии. Я был уверен, что в биологии должен быть совсем иной пространственно-организующий алгоритм. Я стал искать общий организационный принцип, который бы для живых организмов выполнял ту же руководящую структурную роль, что и действие силы тяжести на стабилизацию здания.

И мне пришло в голову, что в качестве своей внутренней опоры тело должно использовать независимый от внешней силы тяжести внутренний трехмерный динамически адаптивный пространственный каркас.

Пространственный каркас – это инженерная структура, в которой рамы спроектированы таким образом, чтобы вести себя как единое самозамкнутое целое и максимально равномерно распределять внутри себя нагрузки через взаимосвязанные треугольники. Поскольку тетраэдр/треугольник – это наиболее жесткая пространственная структура, наименее подверженная локальной деформации, а значит, равномерней и эффективней всего распределяющая внешнюю нагрузку во внутреннюю. Внутри каркаса любые внешние деформирующие сложные нагрузки должны передаваться по всей длине каждой распорки, создавая самозамкнутый пространственный каркас и трансформируясь в «ветвящиеся» комбинации элементарных натяжений и сжатий, уходящих вглубь микроструктур, подобно тому, как это происходит в строительстве мостов.

Исходя из этих первопринципов, я начал поиски универсального биологического пространственного каркаса.

Такой каркас должен быть способен функционировать и в море, и в воздухе, и на земле, и в космосе, будь он расположен правой стороной вверх или вовсе вверх дном, и не зависеть от внешних сил с точки зрения сохранения своей внутренней структурной целостности.

Сначала мое представление было чисто абстрактным, я не мог себе наглядно представить, как именно такой пространственный каркас будет выглядеть. Я понимал, каким условиям биологический внутренний пространственный каркас должен отвечать, но тогда еще не знал, как он будет выглядеть в «ощущении».

И только несколько лет спустя, когда я увидел Игольчатую тенсегрити-башню Снельсона в Музее Хиршхорна в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1974 году, то понял, что эта необычная и инновационная конструкция – тот самый пространственный каркас, который отвечает всем этим требованиям. По своему динамическому поведению тенсегрити башня соответствовала всему вышеперечисленному в моем списке желаний! В тот момент мне искренне захотелось воскликнуть: «Эврика!»

С самого первого момента, модель тенсегрити для биологии – биотенсегрити (универсального биологического пространственного каркаса) – задумывалась не как конкретная материальная частная структура, а как наиболее общая динамическая модель вектора сил, своего рода диаграмма невидимых внутренних сил, которая могла бы послужить алгоритмом для самосборки любого биологического организма, от вируса до позвоночного, со всеми присущими им системами и подсистемами.

В своей основополагающей книге «Синергетика» Фуллер представил свое векториальное равновесие, воплощенное в тенсегрити икосаэдра (базовой структуры Игольчатой башни) в качестве векториальной диаграммы этих запертых внутренних сил. Я начал размышлять о внутренних силах тенсегрити как о механизме, который создает живые организмы. И чем больше я строил тенсегрити-моделей, изучал их динамическое поведение и удивительную способность к поглощению и внутреннему распределению внешней нагрузки, тем больше объяснительного потенциала для биологии я в них находил.