为什么地球生物没有进化出轮子这类或履带结构？
一、 生物体的内部限制与构建方式：
细胞与组织的限制： 地球生命的基石是细胞。细胞通过分化形成组织、器官，最终构成复杂的生物体。这种从微观到宏观的构建方式是渐进的、基于现有结构的改造和组合。轮子或履带这类高度规整、刚性、且需要精密连接的机械结构，与生物体基于软组织、可塑性材料（如肌肉、软骨、骨骼）的生长和发育方式存在根本性的冲突。
细胞分裂与生长： 生物体的生长和发育是通过细胞的分裂、增殖和分化来完成的。要形成一个完美的圆形轮子，需要所有参与细胞以非常精确和同步的方式生长、排列，并且形成坚固的连接。这在生物体随机但又相对有序的生长过程中很难实现。
材料的生物学特性： 生物体的主要材料是蛋白质、碳水化合物、脂质等有机分子。这些材料通常是柔软的、可塑的、可生物降解的。即使是骨骼，虽然坚硬，但其结构是多孔的、有机质与矿物质结合的复合材料，也无法像金属或塑料那样形成光滑、低摩擦的旋转表面。要制造出能够承受反复旋转应力且摩擦力足够低的“轮子”材料，生物体需要发展出全新的生物化学和组织学机制。
关节与运动机制： 生物体现有的运动机制是基于关节和肌肉的协同作用。关节提供的是相对有限的旋转或屈伸角度，而轮子需要的是360度的连续旋转。生物体很难通过对现有关节结构的改造来模拟轮子的连续旋转。
能量传递与控制： 肌肉收缩产生力量，通过肌腱传递到骨骼，实现关节的运动。要驱动一个轮子，需要一个旋转的动力源，并且需要一套复杂的控制系统来精确调节轮子的速度和方向。生物体现有肌肉和神经系统的结构更适合执行伸缩、弯曲、抓握等动作，而非持续的高速旋转。
繁殖与遗传： 生物体的结构信息通过基因传递。基因编码的是蛋白质的序列和基因的表达调控。要形成一个轮子，需要极其复杂的基因组合来指导细胞如何精确地构建一个圆形的、具有低摩擦表面的、能够与驱动系统连接的结构。这种复杂的、非渐进性的结构变化，在基因层面很难通过突变和自然选择累积起来。
二、 物理定律的约束：
摩擦力： 轮子之所以能高效地滚动，是因为它通过减小与地面的接触面积来降低摩擦力。然而，生物体表面的组织（例如皮肤、鳞片、毛发）天然就具有一定的粗糙度和弹性，难以形成光滑且低摩擦的滚动表面。即使是光滑的蛇皮，其摩擦力也远高于轮子。
润滑机制： 某些生物（如蜗牛）会分泌黏液来降低摩擦，但这是一种表面润滑，而非轮子的低摩擦表面本身。要实现轮子式的滚动，需要一种持续且高效的润滑机制，并且这种润滑剂不能阻碍生物体的其他功能。
支撑与承载能力： 轮子需要能够支撑生物体的重量，并在滚动过程中承受反复的应力。生物体为了支撑重量，进化出了骨骼、肌肉等结构，它们的功能是提供支撑和产生推力。将轮子集成到生物体中，意味着需要一个全新的支撑结构，能够将生物体的质量有效地传递到轮子上。
生物材料的强度： 生物体能够承受的应力是有限的。即使是骨骼，其断裂强度也无法与金属轮轴相媲美。如果生物体要进化出轮子，这些轮子需要能够承受巨大的压力，否则很容易破碎。
能量效率： 虽然轮子是高效的运动方式，但生物体在进化过程中，也需要考虑能量的消耗。制造和维持一个复杂的、精密的轮子结构，可能比现有运动方式消耗更多的能量。
能量损失： 即使是理想的轮子，也会有滚动阻力，生物体需要消耗能量来克服这些阻力。要使得生物体进化出轮子，其效率必须显著高于其他运动方式，才能获得生存优势。
稳定性与控制： 轮子需要与地面保持一定的接触，并且需要一个有效的转向和稳定机制。生物体的身体结构本身就提供了某种程度的稳定性（例如，四肢动物有多个支撑点）。进化出轮子，意味着需要一种全新的方式来控制整个身体的平衡和方向。
重心与旋转： 具有轮子的生物体，其重心会随着轮子的旋转而变化，这可能会带来稳定性问题。
三、 自然选择的压力与“足够好”的解决方案：
渐进式进化： 自然选择是基于渐进式变化的。生物体通过微小的、有利的突变得以生存和繁殖，这些突变在几代或几十代内累积起来。轮子这种需要一次性实现的高度复杂和规整的结构，很难通过这种渐进过程实现。与其进化出一个不完美的、可能无法工作的轮子，不如对现有结构进行微调和优化。
多样化的运动方式： 地球生物已经进化出了多种多样的运动方式，例如：
爬行： 蛇、蜥蜴等利用身体的蠕动和鳞片与地面相互作用。
行走/奔跑： 哺乳动物、鸟类等利用肢体和关节的摆动。
游泳： 鱼类、鲸类等利用鳍、尾巴的摆动以及流线型身体。
飞行： 鸟类、昆虫等利用翅膀的拍打。
跳跃： 蛙类、袋鼠等利用强大的腿部肌肉。
这些运动方式在不同的环境中都表现出了足够的效率和适应性。自然选择的压力并非驱使生物体必须进化出轮子，而是让它们在现有基础上找到“足够好”的生存策略。
“现有工具”的改造： 生物体倾向于利用和改造已有的结构来适应环境。例如，鸟类在进化出翅膀之前，可能已经有了用于平衡和展示的羽毛，这些羽毛后来被重塑为能够提供升力的翅膀。同样，生物体已经有了腿、关节、肌肉等用于运动的结构，通过对这些结构的优化，已经能够满足绝大多数的运动需求。
“不必要”的复杂性： 轮子在某些情况下可能是非常高效的，但在许多生物体的生存环境中，它们可能并不必要，甚至会带来负面影响。例如，在崎岖不平的地形、水下或空中，轮子几乎毫无用处。进化是一个“够用就好的”过程，如果现有运动方式已经能满足生存和繁殖的需求，那么花费巨大的能量和资源去进化一种全新的、复杂的结构就没有优势。
履带的限制： 履带结构虽然能够提供强大的抓地力和在复杂地形上的通过性，但同样面临着生物体材料的限制、能量消耗以及控制的复杂性。制造出能够像坦克那样运作的生物体，需要极其坚韧的材料和精密的驱动系统，这在生物体的构建方式上难以实现。
总结：
地球生物没有进化出轮子或履带，是生物体内在限制（细胞结构、材料特性、生长发育机制）、物理定律的约束（摩擦力、材料强度、能量效率）以及自然选择的压力（渐进式进化、现有解决方案的优化、不必要性）共同作用的结果。生物体倾向于利用和改造已有的结构，并在现有基础上找到“足够好”的生存策略，而不是去实现一种在生物体结构和材料上都极难达到的、高度机械化的运动方式。与其说地球生物“没有”进化出轮子，不如说它们进化出了其他更适合其生存环境、并且在生物学上更易实现的运动方式。
网友意见
很好的问题，我来详细讲讲。
想象你赶公交要迟了，你拼命往前跑，跑了一百多米就喘成狗了。这时你发现路边有几辆共享单车，你果断取了一辆骑上，轻轻一踩，速度就上去了。你一定觉得，轮子真TM是个好东西啊！
你赶上了公交，坐在座位上想，轮子这么好的东西，我身上怎么没长两个呢？上天怎么偏偏给了我两条腿。莫非是自然选择把轮子漏掉了？不，你不相信自然选择会出错。自然选择连眼睛这么复杂的结构都能进化出来，怎么可能漏掉轮子？你知道自然选择创造出了很多效率高的出奇的运动结构，比如奔跑速度能达到112km/h的猎豹，游泳速度能达到112km/h的旗鱼。但是它并没有选择轮子，难道是。。。
你可能已经猜到了一个可能，但你会怀疑：也许轮子的效率并没有你所想的那么高？事实上，自然选择也进化出了轮子，比如这种螳螂虾，有时会把自己卷起来移动。
你想，好吧，自然界中还是有轮子的。不过要是把自己卷起来在大街上滚，看起来也太蠢了，而且应该也滚不快吧。。。为什么自行车却很省力呢，到底出了什么问题？
其实你前面猜的感觉已经有点对了，轮子的效率可能高，可能不高。
想象一个完美的圆形轮子在平坦又坚固的地面上，你轻轻推了一下，它就滚了好远。你拿着这个轮子来到公园的草地上，还是轻轻推了一下，结果它没滚多远就停了（如果你想象到你的轮子倒了，那你应该想象一个更宽的轮子）。你想，哦，一定是草地太软了，带来了阻力。那我要问你，你自己在草地上走，和在平坦又坚固的地面上走，感觉区别大吗？你在草地上有明显觉得更费力吗？
你会说，那这么看来，腿对地形不那么敏感，所以大自然更喜欢腿这种设计？你可能是对的，但我不是大自然，我不知道。确实，轮子更像是针对特定环境做了优化后的设计，但谁说腿就没有被优化过呢？自然选择，是一种优化算法，所有表现优秀的设计都像是被优化过的。
我想让你继续思考的是，腿和轮子有哪些共同点，有哪些相似之处？这两者看起来区别挺大的是不是？当你走路的时候，你会先抬起一条腿，伸到前面，放下，以此为支点，重心向前移动，抬起后一条腿，跨到前面，如此反复交替。而轮子滚动时只是一直压着地面往前滚。
但我们可以这么来看，你拿一个车轮，把轮框去掉，只留下辐条，像这样。
但愿这些辐条足够结实。如果你骑着有这样轮子的自行车，那应该不会太舒服。不过。。。阿迪达斯还真有这样的自行车。
有机会不妨试试。所以，你可以把轮子想象成这种有很多条腿的设计。如果你加上更多的辐条，越来越密，最后你就会得到一个正常的实心轮子，也就不颠了。不过，我们真的不用装这么多条腿。你可能已经注意到了，对于这种没有轮框的轮子，最多也同时只有两条腿着地。如果能设计一种机构，当后一条腿离地后，迅速把它转到前面，那么两条腿就足够代替这很多条腿了。
把后一条腿换到前一条腿前面，其实没必要绕一大圈。你从一岁多就已经知道该怎么做这件事了。你不会把后一条腿甩过头顶绕到前面去，我也不认为你有那本事。
所以，为了把一条腿挪到前面，同时不蹭到地面，你可能会把腿弯一点来缩小长度，或者左右晃动改变身体的重心，像鸭子或企鹅那样走路，或者，你同时使用两者。
当你仔细想象这整个过程时，你大概会觉得，有的运动多余，浪费了能量，却又似乎不可避免。当你走路的时候，你的重心也会上下移动，也在颠。但我刚说了，你的腿可以弯。假如，当你往前移动的时候，弯曲支撑你的那条腿，让你的重心高度不变，好像就不颠了。不过你真应该试试保持自己重心高度不变走路，不自然，反而很累。
你可能还会考虑那个让你不舒服的轮子。如果你把那个奇怪车轮的辐条都换成能纵向压缩的弹簧，假如你能设计的弹性刚刚好，使得你骑的时候重心高度不变。会怎样？或许不好想象。不过我说了，如果辐条足够密，它就会变回一个正常的车轮。而你，多半是骑过一个胎压不足的正常车轮。确实，重心高度没变，车胎不断被挤压又弹回去，却有很多能量在这一过程中被浪费掉了。显然，只考虑重力势能的变化是不对滴。
那么我们现在保持自然的方式走路，是不是就是最高效的呢？差不多是，不过这取决于你的前进速度。走路的时候，支撑你身体的腿几乎不会弯曲。你宁可自己的身体上下颠，因为这样更节省能量。不过，你需要不断把后面的腿换到前面。这是必要的能量消耗。但是当你越走越快，继续用这种方式前进就吃不消了。因为你需要用更高的频率切换双腿，更大范围的加减速，更多的能量消耗。
这时，你可能会自然切换到慢跑。你的前进方式已经改变了。支撑你身体的腿开始像弹簧一样工作，落地时压缩，然后发力释放，使得你每一步可以跳出更远。这反而减少了你切换腿的频率，减少了能量消耗。
这么看来，自然选择让我们用腿移动也是一种优化的设计，是针对一定的移动速度进行优化。不过，不一定是针对唯一的速度区间。我们人是跖行动物，这意味着我们用整个脚掌着地走路。但当我们奔跑的时候，一般只用前脚掌，更接近趾行动物。这时，步态已经改变了。
我们腿的设计针对两种速度区间进行了优化，而有的动物则更多。比如马，有三种步态。马也会选择对于当前速度最高效的一种。
你可能想问，用腿移动真的很高效吗，甚至比轮子更高效？是的，去跑一场马拉松会消耗你大约3000大卡的热量。如果你计算一下移动单位质量单位距离所需要的能量，那么你比大多数交通工具都要高效。
事实上，人类制造了许多先进的交通工具，用了设计优秀的轮子，高精度加工的轴承。这些交通工具在空载的情况下几乎都不如动物高效。只有当负载增加时，才可能有一些优势。
最后，安利一下Coursera上宾夕法尼亚大学的机器人系列课程。其中Mobility课程主要就介绍了多足机器人，非常有启发性。虽然我现在不做这个领域的研究，但只要你有兴趣，我会毫不犹豫地把你引到这个坑里。
既然这么多赞，那就再加点东西吧。有的评论已经想到了，骑完马拉松应该比跑完更省劲。不过马拉松还是枯燥了一点，如果是越野跑甚至天空跑呢？这里可以看看K天王2小时速攀马特洪峰的逆天操作。
https:// v.qq.com/x/page/n0320cn jrm2.html
当然去年阵亡的瑞士机器的操作也很骚。
看完后你可能会思考更多的问题。
微观存在轮子结构，宏观上轮子很难和躯干连接，这些理由大家都说了，我补充2点：
1 在几十厘米的尺度上，进化出可（被动）旋转结构还可以想象，进化出一对有驱动力的轮子就完全没法想象了。因为肌肉发力方式是收缩，很难精确地“顶推”。这就否定了任何曲轴连杆结构或是齿轮结构。
就我粗浅的机械知识，要想让肌肉通过简单的收缩-舒张来驱动轮子，这些肌肉只能在“辐条”的位置轮番收缩，让轮子向辐条暂时缩短的方向转动。这是一种效率很低的运动方式，即便在平坦路面上对四足行走也没有优势。我也只在某些沙地行走结构中见过。
从历史来看，人类发明轮子近万年，在蒸汽机出现前始终没有找到直接驱动轮子的方案，都是用牛马拉车。如果生物也模仿马车结构，势必要先进化出四足行走的驱动部分，再形成被动前进的轮子承重结构，这简直就是字面意思的“画蛇添足”。
2 从人类编出第一支军队，到20世纪70年代为止，几千年间，“野战军”除了步兵之外，其他装备要么是用马腿驱动（骑兵，马车），要么是用履带驱动（坦克，装甲车），就是不用轮子驱动。原因很简单——轮子不适合绝大多数地球表面（野）。
一直到二战后欧洲公路网密度足够大，相对原野面积已经不可忽视，西欧才逐渐出现“全轮式”野战军的概念。这也足以证明（有动力的）轮子并不适合地球，只适合被工程师改造过的现代社会。所以在文明出现之前不太可能有依靠轮子前进的生物。
相关回答：
我觉得上帝不如人类的一点就是没有（独立地）发明轴承（除了关节轴承）
转自微博用户“木遥”。
浙江大学的朱永群张兴团队上周在 Cell 发表了一篇文章，给出了病原菌沙门氏菌的鞭毛马达的冷冻电镜成像。
这东西看起来像一个飞机发动机，是那个能让细胞鞭毛甩起来从而在水里游动的部件，每秒钟可以旋转几百到上千转。直径大约是26纳米。
这个图本身是澳大利亚一个博士生小哥 Brady Johnston 的作品，他的研究方向是生物数据的可视化。
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