6. Неожиданные повороты, или чудеса на спиральных виражах
6. Неожиданные повороты, или чудеса на спиральных виражах Может быть, природа и есть азартная вероятностная игра, но в этой игре природа явно жульничает с игральными костями, уж очень часто выпадают ее любимые комбинации Стивен М. Левин Ключевые моменты : перекрестная спиральная механика, спиральная геометрия, мягкотканевой насос. В предыдущей главе мы подробно разобрали истинную биомеханику цитоскелета. Цитоскелет является наиболее важной иллюстрацией биотенсегрити в действии, поскольку он четко отображает связь между структурой и функцией, и мы уже видели, что в основе его механики лежит интегрированная геометрия замкнутых кинематических цепей. Поскольку природа всегда стремится к тому, чтобы все делать наиболее эффективным образом, то неудивительно, что в биологии часто появляются простые геометрические формы, повторяющие сами себя в разных масштабах. Одной из таких форм является спираль (Chouaieb et al., 2006) (рис. 6.1). Спираль Тетраэдр — это энергоформа, представляющая собой наиболее выгодное соотношение между поверхностью и объемом (наименьший объем, заключаемый внутри данной единичной поверхности). У Фуллера ключевой самоорганизационный и самостабилизационный процесс максимальной «утрамбовки» внутреннего пространства, заключенного сферой происходит посредством тетраэдризации. Тетраспираль Фуллера в классической математике сопоставляется с так называемай спиралью Бордейка — Коксетера. Опять, казалось бы, своим вниманием к тетраспирали ничего нового Фуллер не открывает, поскольку формальное математическое описание уже существует. Но в очередной раз мы видим, как Фуллер вкладывает совершенно другой, намного более глубокий смысл и в эту геометроэнергоформу в том числе. Рис. 6.1. Модель для биологических спиралей. (A) Тетраэдр — это наименьший объем внутри единичной поверхности. (B) Тетраспираль с правым ходом. (C и D) T6-спираль (вид сбоку и с конца). (© Рори Джеймс) С одной стороны, тетраспираль как суперпозиция тетраэдров — это плотная упаковка в пространстве — грань к грани, а значит, тетраспирали в этом смысле эффективны. Но, с другой стороны, они не обладают способностью полностью заполнить пространство сплошь и без зазоров (Lord & Ranganathan, 2001) (рис. 2.9). Проблема ли это для Фуллера? Ни в коей мере. Наоборот! В очередной раз стоит подчеркнуть, что общая плотность упаковки в пространстве геометрии Фуллера не тождественна максимальной плотности вещества. То, что внутри тетраспирали наличествует свободное пространство (см. рис. 6.1D), не проблема, а достоинство, поскольку создает возможности для разнообразия взаимодействий материи на разных масштабах (частотах). Так, на примере тетраспирали Фуллер поднимает еще один провокационный вопрос. А почему в традиционной геометрии пространство либо пустое, либо полное? Разве в природе мы наблюдаем такую ровно закрашенную однородность? Нет! Фуллер сразу вкладывает встроенные зазоры в свою концепцию плотно упакованного пространства.
По сути, это некий пространственный запас, свободная энергия, которая и создает запас эмерджентности при формировании более высоких масштабов, которые он называет частотами. Опять мы видим, как видимая слабость того, что плотная упаковка (геодезическая упаковка) у Фуллера не достигает предельной плотности, обращается в силу. Благодаря такой энергогеометрической формулировке большинство (если не все) биомолекулярные спирали можно соотнести с тетраспиралью. С одной стороны, в силу своего происхождения из сложения тетраэдров в геодезическую линию (комбинацию) она является самой простой из всех спиралей по форме. Иначе говоря, по принципу своего образования тетраспираль — это самая простая из спиралей с процессной точки зрения, поскольку не может быть ничего проще (наипростейшая в предельном смысле). Тетраэдр — это простейший элемент, сложение тетраэдров гранями друг к другу — это простейший процесс. Проще не бывает. Но при этом, несмотря на предельную простоту своего формирования, тетраспираль внутренне сложна и уже содержит внутреннюю гетерархию благодаря трем своим подспиралям разного шага и хиральности. Именно поэтому тетраспираль — это естественный кандидат на принцип самоорганизованного формообразования в природе. Можно сказать, что для биомолекулярных спиралей она является порождающей энергогеометроструктурой (рис. 6.2) (Lord, 2002). При таком понимании даже двойная спираль ДНК может быть интерпретирована как тетраспираль, у которой отсутствует одна из длинных нитей (Fuller, 1975, 933.00; Sadoc & Rivier, 2000). Спираль является энергоэффективным решением для молекулярной плотной упаковки и поэтому может считаться общим принципом построения в структуре белка (Snir & Kamien, 2005). Еще один важнейший структурный элемент в биологии — концентрические обмотки, например стенка сосуда, миелиновая оболочка и т. д. Их структурная организация также основана на энергогеометрии спирали (Galloway, 2002; Scarr, 2011; 2016a). Рис. 6.2. Внутренняя вложенная гетерархия тетрасптрали.