Si la rueda es un método de transporte extremadamente eficiente, ¿por qué no hay un equivalente evolutivo en la naturaleza?

Las ruedas no son exactamente una forma óptima de moverse. Pregúntele a cualquiera que use una silla de ruedas. Las ruedas no pueden subir o bajar escaleras. Tampoco pueden manejar pendientes con demasiada pendiente. Tampoco son muy útiles en terrenos irregulares o en vegetación densa.

Estas cabras no tienen ruedas.

Pero las barreras estructurales para la construcción de ruedas son la verdadera razón por la cual ninguna criatura que habita en sal plana ha desarrollado ruedas. Las ruedas deben poder girar libremente alrededor de un eje. Esto significa que un organismo tiene que hacer crecer la rueda, luego separarse de alguna manera para que pueda girar. No hay una manera obvia de hacer esto a nivel macroscópico. Las estructuras en forma de rueda en los flagelos procariotas funcionan porque están en una escala donde las reglas son diferentes. La fricción y los fluidos funcionan de manera diferente en el nivel de las moléculas que en el nivel de las cabras.

Además, hay barreras adaptativas. Por lo general, hay una secuencia plausible de adaptaciones que ocurren para cualquier rasgo complejo. Medio ojo es útil; los llamamos ojos o manchas oculares. Una pluma que no puede ayudarte a volar puede ayudarte a planear y se ve bien para las damas. ¿Una rueda que no puede girar libremente? No veo el punto de eso. Suena como algo caro sin ningún beneficio.

Incluso si las ruedas fueran algo increíble, la evolución no es un algoritmo de optimización. La teoría de la evolución por selección natural no implica que se encuentren las mejores y más eficientes soluciones concebibles. Implica que las soluciones serán máximos locales: “bueno como podemos obtener” no “bueno como podemos pensar”. Los rasgos tienen que surgir para ser seleccionados. No surgen rasgos suficientemente extraños (‘monstruos esperanzados’), no son seleccionados y no se encuentran los máximos globales a los que conducen.

Llamamos a esto un “paisaje de fitness”. La mejor solución es la que ha encontrado la pista azul. La pista verde ha encontrado una solución bastante buena y no es probable que dé un salto lo suficientemente grande como para comenzar a escalar el Monte Azul.

Por eso también no hay dragones.

Tenga en cuenta que no digo que sea imposible que un organismo con ruedas macroscópico evolucione. Solo digo que no hay razón para esperar que así sea.

Por el eje. Un eje tiene que girar libremente dentro de su … agujero de eje, por lo que esas dos partes tienen que ser piezas separadas. (Como dice Eric Pepke: “¿Cómo va a mantener un suministro de sangre a algo que gira sobre su eje?”) Ese es un problema de ingeniería difícil de resolver para la evolución, por muy poco beneficio. Como lo indican las otras respuestas aquí, hay muchos giros y vueltas en la naturaleza, pero la rueda del eje (o el rodillo, para el caso) es una solución costosa que muy rara vez o nunca ha resuelto su problema correspondientemente costoso.

Dicho todo esto, me parece recordar haber leído hace unos diez o quince años que la cosa en cuestión finalmente había sido descubierta. Si la memoria sirve, era un microorganismo con una parte que realmente gira, no simplemente se mueve como lo hacen los flagelos. Espero que alguien publique sobre esto (espero no estar recordando mal).

Dejando de lado las barreras obvias para la rueda biológica, como ya se describió por las excelentes respuestas ya dadas, sugiero que la pregunta pase por alto la cuestión del poder motriz.

Un objeto con ruedas (vehículo) es excelente para rodar cuesta abajo y, dado que las ruedas son lo suficientemente grandes y una buena suspensión, un vehículo (participante de la caja de jabón) podría diseñarse para viajar sobre casi cualquier terreno. El viaje puede ser espantoso, pero los problemas técnicos no estarían más allá del ingenio del hombre ni, incluso, más allá de la evolución.

Sin embargo, la locomoción, un medio para moverse, requiere la capacidad de moverse contra la gravedad, así como para superar la fricción. Entonces una criatura con ruedas necesitaría más que solo ruedas. También necesitaría una fuerza motriz: un tren de fuerza. Sin embargo, uno intenta diseñar tal cosa que está obligado a introducir más ejes de rotación. Incluso el tren de fuerza más simple: una manivela agrega un rodamiento giratorio más y esto extiende los límites de la biología evolutiva más allá de lo plausible.

No soy ingeniero, pero sospecho que las ruedas son mucho menos “eficientes” de lo que el instinto podría sugerir. Es solo en los últimos tiempos, con el cambio climático y el aumento de los precios del petróleo, que los ingenieros automotrices han buscado ahorros de combustible mediante el uso de una variedad de sistemas de recuperación de energía cinética donde el frenado captura la energía para ser reutilizada más tarde, ya sea mecánicamente por un volante o eléctricamente .

Pero, la naturaleza hizo todo eso hace millones con las piernas. Cuando corras hacia el próximo autobús, piensa en la energía cinética que tu cuerpo ahorra en el tendón de Aquiles para dar el siguiente salto adelante.

En realidad, y de manera bastante sorprendente, hay una araña que hace el equivalente de las volteretas humanas. Con ocho radios en lugar de solo cuatro, pueden moverse de forma muy parecida a una rueda. Son habitantes del desierto y viven en superficies de arena. Cuando son amenazados por un depredador, simplemente hacen una voltereta en una dirección cuesta abajo o con el viento detrás de ellos, y se alejan bastante rápido de los problemas. Araña de rueda Hay otro tipo de araña que pone algo de mucle en sus rotaciones: Cebrennus rechenbergi.

Hay microorganismos que se impulsan a sí mismos mediante un movimiento circular de una columna con forma de látigo. (Imagínese remando en un bote y usando su mano para mover el mango del remo en un círculo. El otro extremo del remo formaría un círculo más grande).

El problema de tener una rueda real como parte de un animal es que no hay un proceso paso a paso obvio para obtener un eje, cojinetes, algún mecanismo para rotar el eje, algo crecido en el extremo del eje para servir como una llanta.

Imagine un carro de dos ruedas en el que una rueda ha sido reemplazada por una rueda de paletas. Ahora convierta el cuerpo del carro en el tegumento externo de un organismo. La rueda de paletas termina dentro del cuerpo del animal. (Necesitarías dos o tres más de estos, pero solo describiré uno.) La rueda de paletas interna está en una cámara, y el cuerpo de esta criatura tiene algo que funciona como una bomba hidráulica, como un corazón, que empuja el rueda de paletas alrededor. Esa es la forma más simple en que puedo imaginar que los músculos, que solo tiran en una dirección, podrían trabajar continuamente para producir movimiento circular.

El problema realmente grande, desde el punto de vista de la ingeniería, probablemente sería cómo convertir el “cuerpo del carro” en una estructura de soporte duradera, buena para la vida del organismo. También necesitaría tener el equivalente de grasa de empaque y arandelas para retener la grasa de empaque.

No podría comenzar bien el desarrollo evolutivo solo con el eje, solo con la rueda exterior, solo con la rueda de paletas. Tal vez podría comenzar con una bomba hidráulica y usar su salida primero para mover cosas como patas. (Así es como las arañas extienden sus extremidades.) Pero, ¿cómo avanzaría la evolución desde esa etapa?

Existen. Tumbleweeds vienen a la mente. También ilustran una razón por la cual la rueda no es más común. En pocas palabras, nada puede evolucionar que no pueda estar vivo. Uno podría imaginar patas con bolas de rodillo al final, como bolígrafos, pero eso sería útil solo en casos muy especiales. Un diseño más general requeriría que la rueda en sí estuviera viva, lo que significa que tendría que haber un medio para hacer que la sangre atraviese la articulación móvil. Puedo imaginar cómo se podría hacer eso, pero tendría que haber un camino evolutivo para que evolucione.

Que es otro problema. Alguna vez has notado cómo en las películas, el pegaso tiene cuatro patas y dos alas, pero en la vida real, cada cosa voladora tiene dos o cuatro de sus extremidades existentes que se han convertido en alas. El crecimiento de alas discretas en el medio de la espalda es un cambio radical en el plan corporal: tendría que haber evolucionado a partir de algo de forma similar que existía durante el cámbrico cuando evolucionaban nuevas formas corporales. Algo primitivo como un gusano puede brotar fácilmente nuevas extremidades, algo complejo como un caballo no.

Y eso lleva a otro problema. Si dos (o cuatro) de sus extremidades tienen ruedas en la parte inferior, ¿qué hace cuando necesita escalar un terreno accidentado o defenderse?

Richard Dawkins, un famoso biólogo evolutivo, escribió un artículo sobre el tema hace un tiempo. Afirma que las ruedas son inútiles en terrenos irregulares y, por lo tanto, requieren carreteras.

Por lo tanto, la pregunta debe incluir el complemento “por qué ningún animal construye caminos”. Dawkins responde que las carreteras son “comunes” y que cualquiera podría explotarlas. Puedes leer el articulo completo aquí:
http://dlss.channelwood.org/priv …

Aunque la explicación general tiene sentido, aún podría argumentarse que los grandes animales coloniales, como las hormigas o las termitas, podrían beneficiarse de la construcción de carreteras y, al mismo tiempo, podrían tener la mano de obra para protegerlos de ser utilizados por otros competidores.

Este video de 5 minutos de YouTube resume el artículo de Dawkins bastante bien:

Dicho esto, algunas bacterias primitivas tienen rotores rotatorios de flagelos que son bastante impresionantes. Esta es una excepción del libro Ancestor’s Tale:

“La rueda incluso pudo haber sido el primer dispositivo locomotor que se haya desarrollado, dado que durante la mayoría de sus primeros 2 mil millones de orejas, la vida consistió en nada más que bacterias. El Rhizobium, por ejemplo, nada usando hilos como hélices en espiral que están unidas a un eje que gira libremente anuncio indefinidamente en un agujero que atraviesa la pared celular. Este es un verdadero eje, un centro de rotación libre y es impulsado por un pequeño motor molecular que utiliza los mismos principios biofísicos que un músculo “.

Puedes leer más sobre esta bacteria aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/Fla …

Todas las excelentes respuestas aquí responden la pregunta desde un punto de vista biológico puro. Trataré de hacer un acercamiento que implique un desvío cultural.
Permítame reformular la pregunta para

Si la rueda es un método de transporte extremadamente eficiente, ¿por qué no fue adoptada por las civilizaciones precolombinas estadounidenses?

Ya sabes, las civilizaciones del Nuevo Mundo conocían el principio de la rueda, pero nunca se desarrolló más allá para usarse en juguetes.
¿Por qué? Por las mismas razones que las civilizaciones africanas subsaharianas tampoco adoptaron la rueda: porque no había animales grandes domesticados que pudieran usarse para tirar de carruajes con ruedas. Los bisontes eran grandes pero no domesticables y las llamas eran grandes y domesticables, pero existía el problema de que en los Andes era mejor / más barato / más eficiente construir caminos escalonados que lisos, por lo que un carro está fuera de discusión (además la llama no es lo suficientemente fuerte como para tirar / transportar pesos pesados ​​y tiene el mismo mal genio de su primo el camello, que tampoco tira de carruajes). Y en África la cebra puede parecer un caballo o un burro, pero no es un buen tipo (si no me equivoco, son las cebras y no los leones la principal causa de muertes y lesiones en los zoológicos) y no se puede domesticar en absoluto. Lo mismo ocurre con los avestruces y los rinocerontes, no pueden ser domesticados.
Entonces, tienes humanos que conocían la rueda pero nunca la usaron como medio de transporte porque la rueda es un método de transporte extremadamente eficiente si y solo si también tienes una fuente extremadamente eficiente de energía locomotora.

Ahora, con este hecho, considere un animal con ruedas. ¿Cómo obtendría su poder locomotor? Las ruedas no giran solas, necesitan un poco de fuerza para hacerlas girar. Por lo tanto, el animal con ruedas también debería haber desarrollado un sistema mecánico como una locomotora de tren (que es muy costosa en cuanto a energía y anatomía) o dos o más apéndices musculares fuertes y largos para empujar el “carro”. Lo que los animales hicieron fue olvidar la parte de la rueda y desarrollar los apéndices musculares largos y fuertes (sí, patas).

Y, como muchos notaron, las ruedas necesitan caminos.

Las ruedas no son tan eficientes después de todo.

No. La rueda con un eje céntrico no es un método eficiente. Necesita una gran fuerza para moverse. El filósofo polaco Jozef Hoene Wronski inventó una rueda para el transporte en 1836. Se necesita una fuerza para moverse parcialmente de un hombre y de la gravedad. Un vehículo con dicha rueda puede transportar grandes cargas con poca potencia. No se usó porque era desconocido.

La pregunta ” ¿Por qué no hay animales moviéndose sobre ruedas? “Se pregunta erróneamente. No vemos animales moviéndose sobre ruedas, porque tenemos una imaginación equivocada de la rueda. La rueda, tal como la imaginamos, es un conjunto de puntos igualmente ubicados alrededor de otro punto. Es una situación especial de una rueda como medio de transporte.
La rueda como medio de transporte se compone de dos círculos, uno grande y otro pequeño. El círculo pequeño tiene algunos puntos (por ejemplo, 3 a 10) en su circunferencia conectados a círculos (en la misma cantidad) en el grande. Debido a que la función del círculo pequeño es conectar puntos, no necesita tener la forma de un círculo.
El movimiento va por este lado. La pequeña rueda es impulsada para girar por un vehículo. Luego avanza en sus puntos conectados a círculos en la rueda grande. Como resultado, su eje va antes que el eje de la rueda grande. Luego aparece el momento de peso del vehículo que trabaja en esta distancia (peso por distancia). Este momento hace que la gran rueda se vaya. Entonces, la rueda grande pasa por la fuerza de gravedad causada por una pequeña fuerza que mueve la rueda pequeña hacia adelante.
Ahora echemos un vistazo al animal. Hace que sus piernas muevan su cuerpo antes de su punto de equilibrio real. El cuerpo “quiere” caerse, pero el animal mueve su otra pata para evitarlo. Y así. Como efecto, la pequeña fuerza mueve el gran cuerpo del animal. Los humanos van por el mismo camino.
Este es el mismo método que funciona la rueda de transporte. Entonces, como vemos, funciona como la rueda, pero no necesita verse como una rueda. No vemos animales con ruedas, pero se mueven en la forma en que funciona la rueda de transporte. La rueda de transporte es una creación humana para cosas que no tienen patas.
Esta rueda fue creada por el filósofo polaco Jozef Hoene Wronski en 1836. Se puede ver la construcción de una rueda que escribe palabras clave: remero okulewicz.

Desventajas inmediatas en las que puedo pensar:

• Inclinación suave
• Inclinación áspera
• Disminución brusca
• La disminución suave de la parada requeriría más energía
• Las superficies planas lisas requerirían una fuerza de empuje o tracción
• Las superficies planas ásperas, cubiertas de rocas y arbustos serían otro problema.
• Saltar sobre obstáculos no sería posible
• Escalar objetos como árboles y subir laderas de montañas y colinas sería difícil.
• No hay ayuda debajo del agua a menos que esté sujeto con aletas y extremidades adicionales para maniobrar
• No asistencia en vuelo. También afecta las capacidades de aterrizaje en múltiples superficies, especialmente árboles
• Las extremidades cumplen múltiples funciones además de la simple locomoción. La captura y otros métodos de caza y recolección de alimentos se verían obstaculizados.
• Las excavaciones y otras actividades en las que se dedican los animales requerirían extremidades adicionales de todos modos.

El nuevo conjunto de órganos es un desperdicio y, por lo tanto, las extremidades cumplen múltiples funciones, una de las cuales es pasar de A a B. No requiere rodamiento ya que elimina muchas otras ventajas.

Al menos una rueda biológica ha evolucionado. Es posible que lo hayas visto en el laboratorio de biología de tu escuela secundaria. Se llama flagelo bacteriano. El rotor no solo es una verdadera rueda, sino que toda la estructura es un motor en funcionamiento , que es la frescura al cuadrado .

Aquí hay una sesión de clase sobre flagelos bacterianos. Se nota que el instructor tiene un entusiasmo contagioso por el material. Vaya a las 17:30 para ver una animación que muestra el ensamblaje y la función del motor, ¡que es increíble ! Elegí este video en lugar de otros porque la animación incluye una narración útil.

Gracias a Madsen Zimbric por señalar que este es un video eucariota, y sus flagelos no están implementados como verdaderos motores . Aparentemente, los flagelos procariotas vivos son más difíciles de resolver en un microscopio óptico. ¡Pero sigue siendo divertido ver ir a esos eucariotas!

Junto con una rueda, es importante tener en cuenta la importancia de cosas como el eje. La dificultad de tener un ser vivo capaz de existir libremente e independiente del resto de la estructura no es algo fácil de evolucionar.

Debe tener en cuenta que debe evolucionar una cosa que está perfectamente bien y crecer por sí sola y luego, en una sola generación, cambiar por completo para convertirse en algo completamente diferente, al tiempo que proporciona un servicio al cuerpo y sin perder alguna otra capacidad vital. Casi no hay casos en que las criaturas puedan haber desarrollado mecanismos como este por sí mismas.

Lo más cerca que puede estar es el flagelo bacteriano.

Sin embargo, es realmente difícil conseguir ruedas en algo más grande. ¿Cómo vas a mantener un suministro de sangre a algo que gira sobre su eje?

Aunque en esa serie His Dark Materials , una criatura y una nuez evolucionaron conjuntamente para que la criatura tuviera una garra como un eje y pudiera usar la tuerca como rueda. Eso funcionaria. La nuez obtendría una ventaja al ser llevada a una gran distancia para ser plantada.

Requeriría un nicho donde haya mucha planitud, como un gran lecho de lago seco.

Además del hecho muy importante de que no hay caminos en la naturaleza, como señala Joshua Engel , la evolución solo puede funcionar en las estructuras existentes, y cualquier cambio importante en las estructuras existentes que requiera muchos pasos intermedios solo ocurrirá si las etapas intermedias aumentan la aptitud. El único ejemplo de una rueda en la naturaleza (en el sentido de una estructura de rotación libre que logra la propulsión) es el flagelo, y probablemente evolucionó a partir de estructuras utilizadas para inyectar toxinas en las células, por lo tanto, los componentes ancestrales ya tenían una función.

Robin Holliday escribió un gran ensayo sobre cómo el hecho de que los organismos no puedan desarrollar ruedas es un argumento en contra del diseño inteligente. Un creador simplemente superaría las limitaciones estructurales (como la necesidad de unir tejido a otro tejido para formar parte del mismo organismo), y fabricaría ruedas cada vez que fueran la mejor opción de diseño.

El creacionismo y la rueda se pueden encontrar aquí:
http://onlinelibrary.wiley.com/s… .

También me gustaría agregar que desde que obtuve mi aspiradora Dyson, puedo ver que las ruedas no son la mejor opción de diseño cuando se trata de eficiencia y maniobrabilidad, pero sí una pelota. Supongo que el escarabajo del estiércol ya lo había descubierto.

Algunos animales tienen cualidades de rueda: armadillos, cochinillas, erizos, pangolines, osos hormigueros, algunas salamandras y arañas se enrollan en una bola o círculo para rodar y escapar de los depredadores; no es coincidencia, en su mayoría tienen un elemento de armadura, por lo que presentan un exterior resistente, mejorando su estrategia defensiva y ayudando a evitar lesiones autoinfligidas por rodar incontrolado.

Las tumbas dependen de su capacidad de rodar para la distribución de semillas.

Algunas bacterias tienen flagelos (colas largas) que giran con respecto a la mayor parte de su cuerpo; en este caso, actúa más como un propulsor que como una rueda, pero tiene cualidades de eje.

Las ruedas no han evolucionado como te estás imaginando porque, a diferencia de, por ejemplo, un ojo o alas, una semi-rueda tiene poca utilidad: una semi-rueda es esencialmente un pie, y hay mucho mejores pies para tener. Por lo tanto, una línea completa de especies tendría que desarrollar ruedas completas sin que tengan un impacto significativo en su existencia (por ejemplo, a través de la deriva genética no dirigida), y eso es monumentalmente poco probable.

1. Las superficies planas y duras no son tan comunes en la naturaleza.

2. Es muy difícil hacer evolucionar una rueda. Los problemas de obtener nutrición, es decir, el flujo sanguíneo más allá de un eje, es muy difícil de evolucionar.

En la tierra hay arañas que evitan el problema del eje al hacer que todo el cuerpo sea la rueda. Como la araña dorada

Los flagelos tienen ejes

En ciencia ficción, una forma de sortear los problemas del eje es hacer que la rueda sea un organismo separado, como una semilla que evolucionó conjuntamente con un animal. El animal obtiene una forma temporal de aumentar la velocidad de desplazamiento y la planta extiende sus semillas a lo largo y ancho.

Otras respuestas cubrieron casi todo lo que quería decir, pero un punto que me gustaría enfatizar es que “no es así como funciona la evolución”.

La evolución es un proceso de modificación. Funciona en rasgos y características preexistentes y lo modifica solo si es necesario mejorarlo. Cualquier cosa que sobreviva, ajustando así la definición de “más en forma”, sobrevive y transmite el gen heredable. Entonces, ¿por qué necesitaríamos ruedas cuando las piernas funcionan bien?

Además, la evolución carece de direccionalidad. No hay una “mentalidad de evolución” que esté tirando de las cuerdas detrás de escena con un diseño ya en mente. Ahora, algunas personas pueden argumentar que hay un creador divino, pero esa sería una conversación muy diferente. Al menos la evolución que observamos en este mundo físico (no espiritual) carece de direccionalidad.

Espero que haya ayudado!

Porque la naturaleza no proporcionó caminos.

Las ruedas son extremadamente eficientes en terreno plano. Son simétricos en todas las direcciones, por lo que funcionan bien en una superficie plana. Pero la simetría lo dificulta en superficies irregulares. A los automóviles les va mal en las carreteras llenas de baches.

Las patas son mucho más adaptables en superficies irregulares. Requieren solo una pequeña cantidad de puntos de contacto y se mueven fácilmente sobre obstáculos. Pueden moverse alrededor de agujeros u objetos sin tener que mover todo el objeto a su alrededor. Esta es la razón por la cual el ejército de los EE. UU. Ha gastado una buena cantidad de dinero en la creación de sistemas mecánicos de apoyo:

¿Podría BigDog ser el mejor amigo robótico de un soldado?

Ya hay muchas buenas respuestas a esta pregunta, pero quería agregar una perspectiva histórica.

Como la vida animal evolucionó por primera vez en el mar, lo más útil fueron las aletas y las colas. Aquellos animales que experimentaron con la respiración del aire y el desplazamiento en tierra tuvieron que usar las partes del cuerpo a las que ya tenían acceso. Eso serían aletas (que se convirtieron en patas) y colas (que fueron menos eficientes para viajar por tierra; solo pregúntales a las serpientes).

No hubo precursores evolutivos de nada como las ruedas.

Si no comprende por qué esa oración es importante para responder la pregunta, entonces tal vez necesite aprender un poco más sobre cómo funciona la evolución.

Porque requeriría una rueda multicelular libre que debería ser parte y, al mismo tiempo, no debería ser parte del cuerpo.

La rueda no debe estar sujeta a ningún movimiento que pueda evitar que se mueva.
Pero como un tejido vivo que sería, las células deberían necesitar nutrientes, un medio para eliminar los desechos, etc.
Entonces, 1 + (- 1) = 0. No hay ruedas multicelulares para el movimiento del cuerpo.

La aproximación más cercana a una rueda multicelular no se utiliza como medio de locomoción:

Entre los animales, existe un solo ejemplo conocido de una estructura de rotación aparentemente libre: el estilo cristalino de ciertos bivalvos y gasterópodos. El estilo consiste en una varilla de glucoproteína transparente que se forma continuamente en un saco forrado de cilios y se extiende hacia el estómago. Los cilios giran la varilla, para que quede envuelta en hebras de moco. A medida que la varilla se disuelve lentamente en el estómago, libera enzimas digestivas. [14] Las estimaciones de la velocidad de rotación del estilo in vivo varían significativamente, y no está claro si el estilo se rota de forma continua o intermitente. [15]

¿Míralo? Es una estructura interna que está incrustada en el moco. Pero una rueda para el movimiento requeriría ser externa, y por lo tanto no habría posibilidad de enloquecerla con el moco.
yo
Si

Pero sí, hay mecanismos intracelulares que son ruedas.