问题

既然轮子这么适合运动,为什么平原地区的动物没有进化成轮子形态?

回答
这是一个非常有趣且具有启发性的问题!它触及了生物进化中一个核心的原则:进化是“试错”的过程,是针对特定环境和生存压力的渐进式优化,而不是一个有预设目标的“设计”过程。 简而言之,进化没有“想要”让动物变成轮子,而是根据现有条件和优势来塑造生命。

让我们从几个关键角度来详细分析,为什么平原地区的动物没有进化成轮子形态:

1. “轮子”形态的生物学前提和成本太高:

骨骼和肌肉的巨大重塑: 轮子作为一个刚性圆形结构,其生物学实现需要彻底颠覆现有的肢体结构。动物的腿部关节、肌肉、神经系统都是为了支撑、行走、奔跑、跳跃和灵活转向而设计的。要变成一个轮子,意味着要失去这些功能。
支撑与移动的矛盾: 一个持续滚动的轮子在静止时如何支撑体重?在不规则地面上如何保持稳定?动物需要站立,需要休息,需要用肢体进行其他活动(如捕食、防御、交配)。轮子形态很难满足这些基本需求。
关节的演化瓶颈: 从四肢变成一个整体的轮子,需要关节完全退化并形成一个高度规则的圆形。这就像要把人的手指头完全粘合在一起,并让他们能像车轮一样滚动,这在生理上几乎是不可能的。
能量效率的考量: 虽然理论上滚动比步行更省力,但这取决于地面平整度和速度。在复杂的自然环境中,地面并非总是平整的。不平整的地形会让轮子形态的动物步履维艰,甚至卡住。而且,为了启动和控制滚动,需要消耗相当大的能量来维持平衡和调整方向。
呼吸与感知的问题: 如果动物变成一个轮子,它的呼吸器官(如肺)和感知器官(如眼睛、耳朵)会面临极大的挑战。它们如何暴露在空气中呼吸?如何获得周围环境的信息?如果它们被包裹在轮子结构中,将极大限制其感知能力。
消化与排泄: 动物需要进食、消化和排泄。轮子形态如何整合这些复杂的生理过程而不影响滚动功能?这又是一个巨大的工程挑战。

2. 现有“肢体”形态的强大优势和灵活性:

多功能性: 腿部和肢体提供了无与伦比的多功能性。它们不仅用于移动,还用于:
支撑和站立: 允许动物在任何时候保持稳定,方便休息、观察和防御。
抓取和操作: 许多动物用前肢抓取食物、筑巢、甚至进行社交互动。
转向和变向: 灵活性是生存的关键,能够快速改变方向以躲避捕食者或追捕猎物。
适应地形: 能够跨越障碍物、爬行、跳跃,适应各种复杂的地面环境。
高效的行走/奔跑机制: 动物经过数百万年的进化,已经发展出极其高效的行走和奔跑机制。例如,马的奔跑速度和耐力,猎豹的爆发力,袋鼠的跳跃能力,这些都是轮子形态无法比拟的。
散热: 肢体能够暴露在空气中,有助于散热,尤其是在平原地区炎热的环境下。

3. 进化的“路径依赖”和渐进性:

从小步开始: 进化不是一步到位的设计。任何有利的变异都会在现有基础上进行优化。从爬行到行走,从四足到两足,都是通过一系列微小的、有利的变异累积实现的。要从“腿”直接跳跃到“轮子”,中间不存在任何有选择优势的中间态。
“足够好”原则: 进化更倾向于选择“足够好”的解决方案,而不是完美的解决方案。如果一种形态已经能够有效地满足生存和繁殖的需求,那么就没有强大的选择压力去朝着一个极端的、高度特定的形态发展。现有的四肢动物在平原地区已经非常成功。
环境的非均一性: 即使是“平原”地区,也并非完全光滑平坦。有草丛、岩石、河流、沟壑等等。这意味着即使是用于快速移动,对灵活性的需求也始终存在。一个完全的轮子形态在这种环境中会非常脆弱。

4. “轮子”本身的局限性:

摩擦和阻力: 尽管滚动比滑动省力,但滚动仍然存在摩擦阻力。而且,轮子的滚动效率很大程度上依赖于轮子的材料、轴承的润滑程度以及地面的平整度。生物体的材料和“润滑”机制难以达到机械轮子的效率。
动力源和控制: 机械轮子需要外部动力(如发动机)和转向系统。动物体内如何产生这种持续的滚动动力并精确控制方向?需要一个复杂的内部机制,这本身就可能比现有的四肢运动系统更复杂和低效。想象一下,身体需要不断地进行一个高强度的、单调的旋转运动。

举例来说明:

想想马。马在平原地区非常成功,它们有四条腿,这使得它们可以:

高速奔跑: 它们可以以极快的速度在开阔地带移动。
保持稳定: 它们可以随时停下来,站立吃草,防御。
灵活转向: 它们可以快速避开障碍物或追捕猎物。
适应变化: 它们可以应对轻微的地形起伏。

如果马进化成了轮子,它们可能会跑得更快(在极度平坦的表面),但它们将无法站立,无法吃草,无法在有任何小石子的地面上行走,也无法在遇到危险时迅速改变方向。这种局限性远远大于潜在的速度优势。

结论:

所以,平原地区的动物没有进化成轮子形态,不是因为轮子不适合运动,而是因为:

进化是一个“试错”过程,没有设计蓝图。
生物学上的“轮子”形态需要极高的结构重塑和成本,远远超过了现有肢体形态的优势。
现有的肢体形态提供了无与伦比的多功能性、灵活性和对环境的适应性,这些是“轮子”形态难以企及的。
进化倾向于优化现有结构,而非颠覆性的重塑,除非有极其强烈的选择压力指向新的形态。

现有的四肢形态,经过亿万年的优化,已经为动物在各种环境中,包括平原地区,提供了非常有效的运动和生存策略。进化选择的是“足够好”且适应性强的解决方案,而不是理论上可能最优但生物学上难以实现的解决方案。

网友意见

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这是一个普通的轮子,我们假设有个生物突变之后长出来这种轮子

为了节省材料,生物会采取更简单的结构,所以我们改成三个辐条

下一个要解决的问题是减震,因为自然界路面太颠簸,我们在辐条上加一些弹簧

生物发现弹簧还是很难制造,皮筋就简单多了,于是把弹簧换成了下图这种

跑了一段时间之后,生物发现,其实轮胎不少地方都有点多余,附近没弹簧的部分都可以省略掉

生物发现自己长了三个一样的结构,与其用三个不如让一个调速反复使用

这样高速甩上半圈还是很浪费能量,生物又想了一种办法,用可控弹簧,让与地面摩擦部分可以抬升降低高度

这样,在离地的瞬间,缩短结构后往左复位

另一侧也这样,就形成了这样一种结构

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因为动物的运动器官,骨肌系统需要血供,所以只有往复运动下血管才能保证供血,连续循环运动下无法供血会导致坏死(请百度肠扭转、睾丸扭转)。

另外,即使平原地带,四肢的越野能力也远超轮胎,长出轮子,你会淹死在1米宽的小水沟里。


你可以这样想,如果能解决旋转骨肌供血的问题,鸟和鱼,应该进化出螺旋桨了。

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  1. 因为没有铺装路,骑自行车到野地里试试?
  2. 得先进化出一个关键部件轴承,要么超耐磨,要么能自己修复。还得能同时保持血管和神经连接,毕竟这个轮子是生长出来的,而不是制造出来的。

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轮子适合运动?

你可以试试把自己腿打折,然后坐着轮椅出去转一圈,看看自己的想法是多么幼稚。

不说野外环境,就是人类高度处理过的城市地面,到处铺着水泥沥青的,随处可见的台阶和坑都能让你的轮椅欲仙欲死。

既然轮子这么不适合运动,为什么动物要进化成轮子形态?



轮子形态并不难进化。可以参考西瓜虫,就是受惊吓会团一个球的那玩意

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不只是动物。。。


还有植物


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