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

Answer 1

Además del hecho muy importante de que no hay caminos en la naturaleza, como señala Joshua Engel , la evolución solo puede funcionar en estructuras existentes, y cualquier cambio importante en las estructuras existentes que requieren 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 fabricar 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.

Answer 2

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 se podría argumentar 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 puede incluso haber sido el primer dispositivo locomotor que haya evolucionado, 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 espirales 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 …

Answer 3

Creo que hay un ensayo de Stephen Jay Gould sobre esto.

Según recuerdo, el problema que discute es el eje.

Hay ceatures con movimientos rotativos (rotíferos, etc.) pero son lo suficientemente pequeños como para que los nutrientes puedan difundirse.

Hacer una rueda requeriría una estructura más grande, y es difícil ver cómo los nutrientes podrían cruzar la separación eje / rueda (las venas se enrollarían alrededor del eje como una cuerda atrapada en una hélice).

Actualización: aunque existen los personajes de Philip Pullman His Dark Materials.

Answer 4

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 con patas:

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

Answer 5

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.

Answer 6

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 .

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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.

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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!

Answer 7

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.

Answer 8

(Ligera aclaración con respecto a mi respuesta … mi referencia no fue a la evolución de las bombas en sí, sino a la evolución de las bombas que usan movimiento giratorio como ruedas …)

Si observa, las máquinas de la naturaleza (animales) no solo no tienen ruedas, sino que tampoco han desarrollado mecanismos para utilizar el movimiento giratorio en bombas, turbinas o cualquier fuente concentrada de energía mecánica como un motor.

Lejos de que la naturaleza se quede atrás, quizás esté tratando de decirnos algo.

Las ruedas son eficientes solo en entornos muy específicos. Un automóvil puede moverse más rápido que un guepardo, siempre que sea conducido por una carretera.

La naturaleza desarrolla sus máquinas para adaptarse al entorno, en lugar de modificar el entorno para adaptarlo a la máquina. Dada la incertidumbre general de las condiciones del terreno que un animal viviría en su vida, las patas son aún mucho más eficientes en un sentido agregado, que las ruedas.

En una nota análoga, pararse sobre dos patas parece ser menos eficiente que pararse sobre cuatro patas. Pero la evolución ha ido en la dirección opuesta donde los humanos de dos patas han evolucionado a partir de primates de cuatro patas (o cuatro brazos).

Una vez más, la idea aquí es que el criterio de optimización no es solo la eficiencia de estar de pie o moverse, sino la eficiencia general de hacer lo que sea necesario para sobrevivir, dado que las piernas son parte de un sistema más grande de órganos, todos los cuales trabajan en un orquestado Moda.

Answer 9

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 tiene que 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, sin dejar de proporcionar 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.

Answer 10

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.

Answer 11

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).

Answer 12

Muchas especies alargadas se enrollan en círculos o bolas, que ruedan o son difíciles de fijar. Si se encuentran en una pendiente, rodarán. Una pequeña paliza puede agregar movilidad.

Answer 13

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. Solo en los últimos tiempos, con el cambio climático y el aumento de los precios del petróleo, los ingenieros automotrices han buscado ahorrar 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.

Answer 14

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!

Answer 15

No estoy seguro de si esto responde la pregunta, pero hay una pequeña tortuga linda y estoy seguro de que también recuerdo haber leído sobre un perro.

Encontré otro también:

Answer 16

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.

Answer 17

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 existe 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. (Necesitaría 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?

Answer 18

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.

Answer 19

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.

Answer 20

Porque no ha habido mucha presión evolutiva que seleccione las ruedas. Incluso si crees que las ruedas serían útiles (y creo que Quora User hace un buen trabajo al explicar por qué no lo son), los animales parecen llevarse bien sin ellos. Para que un animal desarrolle un rasgo particular, no es suficiente que el nuevo rasgo sea simplemente más conveniente. El nuevo rasgo necesita ayudar al organismo a sobrevivir y reproducirse más / mejor que el viejo rasgo. Me cuesta imaginar una situación en la que los animales con patas tengan menos probabilidades de sobrevivir y reproducirse que aquellos con ruedas.