 |
ТЕХНОЛОГИЯ САМОСТРОИТЕЛЬСТВА ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Тело растения, животного и человека можно рассматривать как самоформирующийся, самостроящийся комплекс конструктивной системы.
В процессе эволюции развитие видов и каждого индивидуума протекает в постоянном изменении внешнего вида их конструктивной формы. Каждое живое существо начинает свой индивидуальный жизненный путь из ничтожно малой клетки — зародыша. Это мягкое, сферическое по форме образование растет и развивается в бесконечном ряду метаморфоз на пути к возникновению сложившегося организма. В генетическом коде заложен лишь один план созидания — "опыт эволюции". Созидание само по себе может совершаться все же лишь только благодаря следованию физическим законам формообразования в границах специфических свойств материала.
Все формы растений, животных и человека развиваются на основе одного единственного конструктивного принципа независимо от почти необозримого многообразия видов и вариаций форм. Этим конструктивным принципом является пневматика.
Пневмоконструкции — это такая система, при которой прочная на растяжение, эластичная оболочка поддерживается аэростатическим или гидростатическим давлением (жидкостно-газообразным наполнением). Оболочка и наполнение совместно образуют несуще-способную конструктивную систему.
В технике пневмосистемы известны в виде баллонов, наполненных воздухом, камер для покрышек автомашин, парусов, пневмосооружений.
Специфическая особенность этих конструкций наилучшим образом обнаруживается в общеизвестных технических пневмосистемах. Прочные на растяжение и в то же время гибкие оболочки пневмоконструкций могут выполняться из одного цельного материала, как, например, детские резиновые мячи, или при крупнозернистом наполнителе^ представлять собой род сетки (каркаса), а также комбинации того и другого. Наполнением могут служить газообразные, жидкостные или гранулированные материал;»!; в живой природе — преимущественно жидкостные вещества.
Форма пневматических конструкций во многом определяется формой и эластичностью оболочек, а также количеством и свойством наполнителей. Определяющими факторами несущей способности пневмоконструкций служат форма, эластичность, растяжимость и прочность материала оболочек. Идеальная
*©SchaurE. (BRD).
Например, песок, гранулированный шлак и др. Как мы видим, название пневмоконструкций (воздухонаполняемые) несколько условно. (Примеч. Ю.Л.).
форма пневмоконструкций — это сфера. Она является результатом равномерного распределения давления в оболочке и блестящим примером уравнове-. шенной (в статическом отношении — Ю.Л.) конструктивной формы. Сферические формы пневмоконструкций образуются почти исключительно из маленьких водяных капель или взвешенных в воде пузырьков, например на первой ступени формирования живой клетки в микросфере. В жизни формы пневматических конструкций почти всегда уходят от формы сферы. Громадное разнообразие форм пневматических конструкций можно значительно расширить дополнительными элементами, например пневматическими сетками. На любое изменение действующих сил пневмо-конструкция реагирует изменением своей формы. Если же Пневмоконструкции плотно упаковать, то возникнет типичная интегрированная форма, подобная плотно упакованным пузырькам в мыльной пене.
Благодаря этим свойствам пневмоконструкций формируют такую систему, которая может способствовать реализации важнейших жизненных процессов, таких, как рост, изменение формы и движение. Одновременно пневмоконструкция образует замкнутое пространство, в котором могут безопасно происходить жизненные процессы.
Мельчайший элемент жизни — клетка функционирует уже как пневмоконструкция. Относительно прочная на растяжение мембрана заключает в себе желеобразную цитоплазму. При рассмотрении только лишь небольшого числа клеток бросается в глаза различие их форм. Форма клеток так же, как и их изменение во времени, контролируется, предположительно, сальниками (специальными отверстиями — Ю.Л.), расположенными в стенках клеток.
И не только отдельные клетки организма представляют собой пневматическую конструкцию. Благодаря дифференциации и специализации клеток возникают их различные комплексы — ткани, в том числе относительно прочные на растяжение покровные ткани (например, кожа животного — Ю.Л.). Кроме выполнения многочисленных биологических функций покровные ткани образуют, с конструктивной точки зрения, пневматические системы, наполненные газом, жидкостями, субстанциями и гранулами. Органы, как, например, акустический пузырь лягушки, плавательный пузырь рыбы, мочевой или желчный пузыри, а также все коммуникационные системы, как, например, система снабжения растений, сосудистая система или кишечники человека и животных, представляют собой комплексы газожидкостных пневматических конструкций. Кожные покровы могут служить упаковкой меньших и большей частью менее прочных пневмоконструкций — комплексов клеток. В таких случаях можно говорить с комплексе пневмоконструкций. Таким же образом построены фрукты и отдельные органы животных и человека (печень, почки, мозг и селезенка) . Впрочем, и все виды организмов покрыты прочной на растяжение, гибкой кожей (покровными тканями) и представляют собой комплексы пневмоконструкций, например лишенные скелета животные — черви, гусеницы, улитки.
Для определенных функций организма требуются конструктивные системы, сопротивляющиеся сжатию и изгибу. Однако и они все без исключения образованы из мягких клеток, закрепленных отложением и напластованием в них затвердевших субстанций.
Растения образуют твердые субстанции благодаря напластованиям целлюлозы в первоначально мягких клетках. У животных с внешним скелетом, например, насекомых, пауков или ракообразных, а также улиток и раковин, формируются вокруг мягкого тела в результате отложений хитина или извести прочные скор- Глава ЧШ.Практика строительства легких пространственных конструкций на основе бионических 253 исследований
лупы, хорошо сопротивляющиеся сжатию и способствующие, как опора для мускульной системы, лучшей подвижности организма. У животных и человека прочные на сжатие и на изгиб опорные системы скелета образуются благодаря отложению костной субстанции между мягкими скелетными клетками в 'костной покровной ткани (надкостнице). Влияние гибких пневмоконструкций на формирование прочных на сжатие элементов особенно проявляется на примере образования черепной коробки. Череп формируется благодаря надкостнице, пневматическому давлению мозгового вещества и глазного яблока. Если индивидуум в процессе роста потеряет один глаз, то череп будет развиваться одностороннее (асимметрично).
Исследования достаточно отчетливо показали, что комплексы тел растений, животных и человека в целом, так же как и их элементы, построены на основе пневматики, и в их формах действие пневматики находит свое яркое отражение. В процессе эволюции живая природа благодаря оптимизации (мутации и селекции) отдельных элементов и системы организма в целом достигли способности к функционированию и выживанию видов. Таким образом, эволюция является не только историей развития видов, но также историей развития организующих самих себя конструктивных систем.
ПОСТРОЙКИ ЖИВОТНЫХ
Техник'а животных обращает на себя внимание удивительными "строительными достижениями", часто импонирующего масштаба, вплоть до деталировки, выполненной с удивительной точностью. Мы хотим здесь лишь кратко осветить эту строительную деятельность, обратив внимание в основном на такое строительство, которое неразрывно связано с образом существования и поведением организмов и часто с использованием чужих для них строительных материалов.
"Строительные мастера", которые нас здесь интересуют, — это животные, создающие постройки для длительной защиты, защиты молодого поколения, защиты во время сна или лова добычи. При этом постройки по меньшей мере кратковременно могут покидаться своими хозяевами. Многие строительные мастера и в первую очередь личинки несекомых, некоторые виды муравьев, термитов, кроты, настолько адаптируются к своим убежищам, что они по своей охоте их не покидают, поскольку могут превратиться в беззащитный объект окрущающего мира.
В постройках животных можно обнаружить всевозможные виды конструктивных форм: пещеры, стержневые несущие конструкции (многие гнезда птиц), мембраны и сетчатые конструкции (паучьи и гусеничные паутины), оболочки (тонкостенные гнезда стрижей) , складчатые формы (например, сотовые постройки пчел), своды (муравьиные кучи), массивные конструкции ("сцементированные", монолитные, высокой прочности постройки термитов).
Можно упорядочить и систематизировать постройки животных на основе видовых особенностей их строителей. Характерно, что высокоразвитые позвоночные — и прежде всего млекопитающие — воздвигают удивительно малоразвитые, скорее даже примитивные постройки; в противоположность этому у беспозвоночных — эволюционно более древних животных — можно найти высококомплексные строительные объекты. Постройки ос с изящно тонкой бумажной оболочкой, обволакивающей многоэтажную пространственно усовершенствованную сотовую систему, несравненно утонченнее, а в статическом и функциональном отношениях развитее, чем пещерная система и лабиринт ходов крота. "Архитектурно" гнездо обезьяны — неуме-
* © Thywissen C,A. Schmall .Schneider R. (BRD).
лая и возникщшая скорее в результате неорганизованных, произвольных действий постройка, чем произведение способного, в определенной степени размышляющего животного.
Постройки животных можно проанализировать также и с точки зрения их деталировки, технологии изготовления, максимальной механической сопротивляемости нагрузкам и анализа фактически действующих сил. С позиций соединения элементов, процесса изготовления, соотношения долговечности и несущей способности больше всего известно о паучьей паутине. Зоологом Эрнестом Кульманом проведены тщательные эксперименты также и с технических позиций. Так, сегодня мы можем сравнивать длину разрыва нити паутины (разрыв вертикальной подвешенной нити максимальной длины от собственного веса — модуль упругости) с техническими высокопрочными материалами. В таблице приводятся некоторые сравнения.
Если сравнить сделанные Э. Кульманом с помощью электронного микроскопа фотографии мест прикрепления нитей в паутине паука, узлов (петель), системы краевых образований паутины с деталями применяющихся на практике сетчатых конструкций, можно придти в изумление от сходства решения проблемы (рис. 5). Эти сетчатые конструкции можно обнаружить не только у пауков. Типичные гнезда птиц по сравнению с другими произведениями различных видов животных построены разочаровывающе одинаково. Иногда неродственными по происхождению животными формируются сходные средства — "инструменты", которые применяются ими для производства сходной работы над сходными строительными формами. |
.
страницы: |
рaдизайн
© 2005 
, ссылайтесь... 
