Einige mikroskopisch kleine Tiere haben eine radartige Struktur, die ein Flagellum antreibt.

Das Problem bei einem natürlichen makroskopischen Rad besteht darin, dass die Einheit aus Rad und Achse im Grunde nicht mit dem Rest des Tieres verbunden ist. Andernfalls würden die Blutgefäße abgerissen oder zu einem Knoten versponnen. Daher kann es keine Nährstoffe zum Radteil bringen und es kann nicht wachsen oder lange am Leben bleiben.

Das Problem mit Rädern und Beinen ist, dass Räder mit unebenem Gelände nicht gut zurechtkommen. Sie versinken im Schlamm, kleben an Ästen, fallen in Löcher usw. Sie eignen sich auch nur sehr eingeschränkt zum Klettern, Springen und für alle möglichen anderen ähnlichen Aktivitäten.

Die Bereiche, in denen sie einen Vorteil haben, sind der Energieverbrauch und die Geschwindigkeit beim Fahren über große flache Gebiete. Mit künstlichen Radfahrzeugen stellen wir ihnen Straßen und Wege her, die in der Natur viel schwieriger zu bewerkstelligen sind. Auch wenn Sie für bestimmte Routen Pfade eingerichtet haben, müssen Sie diese Pfade verlassen, um zu suchen, zu füttern, sich zu verstecken usw.

Selbst große offene Grasflächen sind wahrscheinlich nicht flach genug, sodass Sie wirklich auf Umgebungen wie Wüsten und Strände beschränkt sind. Interessanterweise finden Sie dort in unserer Welt Tumble-Weed und Sidewinder, die beide einige Elemente kreisförmiger Bewegung aufweisen.

Grundsätzlich geht es aus evolutionärer Sicht um folgendes:

1. Es gibt keinen Vorteil, ein "Teilrad" zu haben. Wenn Sie keinen Weg von A nach B mit einem evolutionären Vorteil (oder zumindest ohne Nachteil) bei jedem Schritt finden, ist es unwahrscheinlich, dass er sich entwickelt. Dies ist das Problem lokaler Maxima.

2. Räder sind in manchen Situationen wirklich gut, aber in anderen völlig nutzlos. Wenn eine Kreatur sowohl Beine als auch Räder braucht, kann sie genauso gut nur die Beine benutzen.

3. Beintiere können lange Strecken effizient zurücklegen (siehe Strauß), sehr schnell reisen (Geparden sind das offensichtliche Beispiel), klettern (Affen), schwimmen (Otter), rennen, gehen und sogar fliegen. Es gibt keinen klaren Vorteil, wenn man Räder hat. Zum Beispiel ist es unwahrscheinlich, dass sogar ein Tier mit Rädern einem Geparden davonlaufen kann.

Einer der Hauptgründe, warum unsere Fahrzeuge so weit und so schnell fahren können, ist nicht die Verwendung von Rädern, sondern die Tatsache, dass sie fossile Brennstoffe oder andere gespeicherte Energie mit hoher Dichte verwenden. Allein die Verwendung von Rädern löst dieses Problem nicht, schließlich ist ein menschlicher Radfahrer schneller als ein menschlicher Läufer – aber er ist immer noch nicht so schnell wie ein Auto.

Das Problem besteht darin, ein Rad und eine Achse zu schaffen, die keine Verbindungen von Blutgefäßen oder Nerven haben können.

Die Umgehung besteht darin, einen zusammengesetzten Organismus zu schaffen, in dem jeder Teil ein separater Organismus ist. Das Rad ist ein separater Organismus, die Achse ein anderer, die Aufhängung ein anderer, das Fahrgestell ein anderer und so weiter. Jeder Organismus hat seine eigene Lunge, sein eigenes Verdauungssystem, sein neurales System usw. Da ihre Systeme nicht miteinander verbunden sind, können sie sich relativ zueinander drehen.

Ein gutes Modell für eine solche Kreatur ist das portugiesische Man-o'-War, bei dem jedes scheinbare Individuum tatsächlich eine riesige Kolonie von Individuen ist, alle Klone des ursprünglichen befruchteten Eies. Jedes Individuum bildet ein anderes spezialisiertes Subsystem. Sie atmen getrennt, die Kreatur hat kein Kreislaufsystem, sondern schiebt nur Essensreste in einer inneren Leere herum. Kein zentralisiertes Nervensystem, sondern eine Art Kaskadenaktivierung von einem einzelnen Modul zu den benachbarten.

Aber wie bereits erwähnt, sind Räder ohne glatte Oberflächen nicht wirklich nützlich. Sehen Sie, wie wenige vorindustrielle Militärs sich auf Radwaffen verlassen haben. Stattdessen marschierten sie oder ritten auf Pferden. Radwaffen wie Kanonen waren nicht nur wegen ihres Gewichts massiv unhandlich. Sie müssten eine spezialisierte Umgebung haben.

Ich erinnere mich an eine Kurzgeschichte vor Jahrzehnten, in der eine Eigenart der DNA dazu führte, dass Pflanzen kräuselnde Proteine ​​​​entwickelten, die dazu führten, dass sich alle Pflanzen in Schleifen bildeten und sich an den Boden schmiegten. Der gesamte Planet wäre mit Knöchelfangschlaufen bedeckt. Tiere auf dem Planeten rutschten wie Schlangen oder rollten wie Bälle, um nicht ständig ineinander verwickelt zu werden.

Gelten die gleichen Quadrat/Würfel-Gesetze, die den Mech schlechter machen als den Panzer, auch für weiterentwickelte Arten, oder ist die Effizienz der Drehbewegung ein wichtiger positiver Faktor?

Tatsächlich bevorzugt die Natur große Tiere besonders bei Säugetieren. Es gibt ein Skalierungsgesetz, dessen Name mir im Moment entfallen ist, das besagt, dass der Energieverbrauch eines Säugetiers mit 75 % der Massenzunahme skaliert. Mit anderen Worten verbraucht eine Tonne Elefant nur 75 % so viel Energie wie eine Tonne Mäuse.

Früher war die durchschnittliche Größe von Säugetieren fast doppelt so hoch wie heute, bis wir mit unseren spitzen Stöcken auftauchten. Im Gegensatz zu jedem anderen Raubtier können Menschen tiefe Stichwunden zufügen, eine solche Wunde kann das größte Tier töten, wenn sie eine Hauptarterie trifft. Pygmäen jagen immer noch Elefanten auf diese Weise, sie rutschen einfach nach oben und stechen ein 1 cm großes Loch in die Halsschlagader, dann folgen sie dem Tier, bis es umfällt. Da es nicht viel schwerer ist, einen Elefanten als ein Kaninchen zu töten, jagten die frühen modernen Menschen fast ausschließlich Großwild. Die einzige Verteidigung gegen Menschen besteht darin, mit mehr Individuen kleiner zu werden, wodurch die Menschen gezwungen werden, mehr Energie pro zurückgegebener Energieeinheit zu verbrauchen.

Studieren Sie die riesigen Megafauna-Nashörner, sie waren doppelt so groß und dreimal so lang wie ein afrikanischer Elefant.

Also, Räder oder nicht, es wäre ein beträchtlicher Vorteil, sehr groß zu werden.

Wenn ich darüber nachdenke, könnte eine Kombination aus Rädern und Beinen bei riesigen Lebewesen sehr nützlich sein. Die Räder würden das Gewicht verteilen und die Beine würden durch Schieben oder Ziehen und vielleicht gelegentliches Klettern Antriebskraft liefern. Das würde das Problem des Antreibens einer Achse vermeiden.

Ich denke, dass es evolutionär sinnvoller sein könnte, wenn die gesamte Kreatur ein Rad ist.

Es würde entlang rollen und Muskeln verwenden, um die Radform zu verformen, um Schub zu erzeugen. Es hätte eine Art Münder an der Außenseite seines Rades, um sich selbst zu ernähren.

Alternativ könnte es sich um eine normalere Art von Kreatur handeln, die sich in ein Rad rollt und sich zum Essen entrollt.

So etwas wie eine große Version eines Pillenkäfers.

Es gibt eine ganze Reihe von Arten von Rädern; Ich konnte fünf Typen finden:

1. Freilaufräder: Das sind runde Räder ohne eigenen Antrieb. Stattdessen dreht sich das Rad frei auf einer festen Achse. Die Hinterräder eines Fahrzeugs mit Frontantrieb sind so. Mehrere Räder würden sich unabhängig voneinander drehen.
2. Blockierte Räder: Diese Räder haben wie die Freilaufräder keine Antriebskraft, aber anstatt sich auf einer blockierten Achse zu drehen, sind diese Räder direkt mit der Achse verbunden, die sich frei dreht. Viele Kinderspielzeuge haben ein solches System. Mehrere Räder auf einer einzigen Achse würden sich alle mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
3. Achsantriebsräder: Dies ist die angetriebene Version der blockierten Räder. Die Rotationskraft (Torsion) von der Achse bewirkt, dass sich das Rad bzw. die Räder drehen.
4. Räder mit Direktantrieb: Jedes einzelne Rad hat ein internes Antriebssystem. Somit bewegt sich jedes Rad völlig unabhängig von anderen Rädern. Große Erdbewegungsmaschinen haben oft solche Räder.
5. Laufflächen: Anstelle einer festen runden Form sind Trachten ein flexibler Streifen, der von einem internen Antriebssystem, normalerweise Rädern, "geschoben" wird.

Freilaufräder

Diese Option ist durchaus möglich, würde jedoch zu einigen seltsamen Kreaturen führen (siehe Diagramm). Das eigentliche Antriebssystem könnten Beine, Klauen oder sogar eine gleitende Bewegung sein; Die Räder würden einfach die Gleitreibung verringern und die Kreatur möglicherweise aus einer gefährlichen Umgebung wie ätzenden oder heißen Oberflächen entfernen.

Die Kreatur würde einen festen Knochen benötigen, der von jeder Seite hervorsteht. Der Knochen würde in einer Kugel enden. Ein Organ direkt über dem Knochen würde eine zementierende Substanz ausscheiden, ähnlich dem perlenbildenden System der Auster. Es würde die Kugel überziehen und allmählich größer werden. Die Kugel (und der daran befestigte Knochen) würde eine schmierende Flüssigkeit ausscheiden, die auch den Bereich sauber halten würde.

Hier ist eine Kreatur, von vorne betrachtet (so süß!):

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Kleine Schäden würden repariert, während große Schäden dazu führen würden, dass das Rad abbricht und neu geformt wird.

Blockierte Räder

Dies kann sogar noch einfacher zu entwerfen sein; Eine Kreatur mit einem weichen, rutschigen Bauch würde runde Äste, Felsen oder irgendetwas anderes finden, das wie ein Zylinder geformt ist. Es würde auf dem Objekt liegen, es leicht kneifen und eine rutschige Substanz ausscheiden. Während er sich nach vorne schleppte, rollte der Zylinder auf dem Boden. Diese Räder würden es der Kreatur ermöglichen, ein kleines, energiearmes Antriebsmittel zu haben, aber dennoch ziemlich groß zu werden; Es könnte auch schwimmen, vorausgesetzt, es werden Bäume anstelle von Felsen verwendet. Natürlich funktioniert es nicht gut auf Land, das nicht besonders flach ist.

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Wenn es wuchs, musste es immer größere Zylinder finden, was das Wachstum einschränken könnte. Dann wieder ein paar gut platzierte umgestürzte Bäume, und diese Kreatur kann am Ende die Größe eines Hauses haben!

Achsgetriebene Räder

Das war die Antriebsmethode, mit der ich die meisten Probleme hatte. Das Beste, was ich mir vorstellen kann, ist ein System wie die blockierten Räder oben, außer dass die "Füße", die die Kreatur vorwärts schieben, auf die Mitte des Rades drücken, anstatt einfach zu gleiten. Das würde es der Kreatur ermöglichen, winzige Füße und einen schlaffen Körper zu haben, sich aber dennoch mit Leichtigkeit fortzubewegen.

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Räder mit Direktantrieb

Diese sind eigentlich ziemlich einfach vorstellbar; Eine schneckenartige Kreatur findet (oder baut) einen großen Hohlzylinder. Es klettert dann hinein und "geht", indem es die Räder nach vorne drückt. Das Laufrad schützt ihn nicht nur vor Fressfeinden, sondern ermöglicht auch bergab sehr hohe Geschwindigkeiten!

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Laufflächen

Ähnlich wie die Räder mit Direktantrieb ist diese Kreatur ziemlich schneckenartig. Es scheidet ein dünnes, glitschiges Schmiermittel aus. Wenn es kein Rad um sich herum hat, trocknet das Schmiermittel zu einem klebrigen, gummiartigen Film. Wenn sich die Schnecke bewegt, zieht sie den Film von ihrer Rückseite, über ihre Vorderseite und unter sich. Der Film nimmt Steine, Stöcke und andere Trümmer auf, wenn er auf den Boden geschoben wird. Am hinteren Ende der Schnecke klappt der Film nach oben, wo er klebt und zu einer gummiartigen Lauffläche wird. Die Schnecken können diese Lauffläche zum Schutz sowohl vor Feinden als auch vor einer feindlichen Umgebung (heißer oder trockener Boden, Salz oder andere Fallen usw.) nutzen.

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Würde es funktionieren?

Der größte Nachteil von Rädern in der Natur ist, dass Räder einsinken, stecken bleiben oder Sie auf andere Weise verlangsamen. Rad sind schrecklich zum Klettern. Gehen, Rutschen und Graben sind zuverlässigere Transportmittel. Wenn fahrbare Kreaturen "gewonnen" hätten, müsste es einen guten Grund geben. Große, flache Räume mit reichlich Material und gutem Grund, Räder zu haben. Von denen, die ich aufgelistet habe, ist die Slug-in-a-Tube höchstwahrscheinlich die beste Möglichkeit. Es ist nicht schwer, einen Ast zu tunneln oder ein Blatt in eine Röhre zu wickeln, und wenn es seinen Bewohner schützt, umso besser!

Viele Antworten haben sich auf das Problem mit der Anhaftung von Blutgefäßen usw. konzentriert; Ich bin mir nicht sicher, ob das ein großes Problem ist.

Ich stelle mir ein freilaufendes Wesen vor, dem aus totem, geweihartigem Material ein Rad um eine Achse gewachsen ist; Der Wachstumspunkt würde periodisch dünn genug sein, um zu brechen, und an diesem Punkt würde sich das Rad zu drehen beginnen.

Das Rad würde verwendet, bis es abgenutzt und abgestoßen ist, an welchem ​​Punkt der Prozess von neuem beginnt.

Der Prozess könnte mit einem saisonalen Ereignis verbunden sein, wie z. B. einer regelmäßigen Dürre, die jedes Jahr einen sehr flachen Seeboden freilegt; eventuell als zeitkritische Route zu einem Laichplatz oder so?

Es könnte ganz gut von selbst dahingleiten, oder wenn Sie ganz nach draußen gehen wollten, könnten Kreaturen, die anfingen, außermittige Knötchen auf dem Rad zu wachsen, sie wie ein Einrad pumpen und noch schneller vorankommen, also könnten Sie ausgewählt werden .

Eidechsen

Meine spekulative Vermutung ist, dass es sich aus der Untergruppe Lacertalia entwickeln könnte , die seinen eigenen Evolutionsgrad darstellt . Die Fortbewegungsweise einiger Eidechsen ähnelt bereits Rädern, wie z. B. dem Rennläufer (jedoch nur optisch), und sie haben die richtigen Gelenke für eine vollständig kreisförmige Bewegungsweise.

Wie (und warum) können sie sich entwickeln, um Räder zu haben?

Reine Spekulation, aber ich könnte sehen, dass eine erfolgreichere (schnellere und agilere) Eidechse schließlich mehrere Beine aus demselben Gelenk bekommt, bis ihre vier Anhängsel wie Wagenradspeichen ohne Felge aussehen (nur die Speichen mit Füßen am Ende).

Schließlich entwickelt diese neue Art ein Schwimmhäute der Füße, um sich in feuchtem Klima zurechtzufinden und sogar auf dem Wasser zu gehen . Wenn sich diese Schwimmhäute ineinander entwickeln ("wachsen"), haben Sie jetzt vier Wagenräder. Fühlen Sie sich frei, die Lücken zwischen den einzelnen Speichen des Wagenrads zu schließen, bis Sie eine coole Eidechsenart haben.

Das Rad ist nicht ohne Weiteres mit einem anderen Gerät kompatibel, das von der Natur stark genutzt wird – einer Pfeife . Blutgefäße sind Rohre, aber auch Nerven.

Ein Rohr kann ein feststehendes Chassis nicht mit dem frei drehenden Rad verbinden, da beide Enden fixiert sind. Ein solches Rohr würde sich verdrehen (ein Ende wird um 360 Grad gedreht, sobald das Rad eine volle Umdrehung macht). Während Menschen dieses technische Problem lösen können (einige Militärfahrzeuge versorgen ihre rotierenden Reifen mit Druckluft, eine Maßnahme gegen kleine Reifenpannen), erfordert dies mechanisch ziemlich komplexe Geräte, die sich evolutionär herausfordern.

Dies ist kein Problem, wenn der gesamte Organismus ein Rad ist (es gibt kein Chassis). Solche Organismen existieren. Alternativ könnte ein Rad aus abgestorbenem Gewebe (wie Haare oder Nägel) bestehen, das nicht mehr durch Gefäße mit dem Organismus verbunden ist. Dies könnte nützlich sein, aber ohne Regenerierung ist die Dauer des Dienstes begrenzt. Ok, es könnte ein kurzlebiger Organismus sein. Vielleicht werden solche in der evolutionären Zukunft erscheinen.

Um eine kreisförmige Bewegung zu erzeugen, benötigen Sie keine eigentlichen Körperteile in Radform. ein einfaches Gelenk, das eine konische Bewegung zulässt, ist ausreichend. Tatsächlich nutzen Eidechsen diese Art der Bewegung bereits. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1273693/

Es sinkt nicht, bleibt nicht stecken und dient nicht nur einem einzigen Zweck. Tatsächlich wird das Rad von uns verwendet, weil es so einfach herzustellen und zu warten ist. Ich sehe die Zukunft unserer Landfahrzeuge als Maschinen auf Beinen.

Sie würden keine "Zweige" sehen, bei denen der eine oder der andere gewinnt. Evolution ist nicht stolz. Es wird alles tun, was es tun muss.

Es ist bemerkenswert schwierig, mit organischen Pflanzen ein System mit Rädern oder Laufflächen zu schaffen, vor allem, weil es schwierig ist, die beiden Teile ausreichend für organisches Wachstum zu verbinden. Wie in der Antwort Aify verlinkt , würden Sie am Ende zwei symbiotische Hälften einer Kreatur oder einer Gruppe von Kreaturen haben, von denen jede ihren eigenen Verdauungstrakt, Sensormechanismen usw. benötigen würde. In diesem Fall würde es einen starken Druck geben, zu sein ohne diese heikle Symbiose überleben können. Beide Hälften würden wahrscheinlich versuchen, alleine mobil zu sein, ohne das Rad. Die Evolution würde also beide Muster zu einem umfassenden Werkzeug kombinieren, das beide Arten der Fortbewegung handhabt.

Ich würde argumentieren, dass die Natur dies tatsächlich getan haben könnte ... wenn Sie argumentieren, dass unsere Fabriken Reifen und Naben ausstrahlen, und die intelligenteste Spezies auf dem Planeten sie für 99% ihrer zurückgelegten Strecke verwendet! Es kommt immer darauf an, wie man es betrachtet! ;-)

Die Mulefa aus His Dark Materials sind ein Beispiel für eine Lebensform, die sich entwickelt, um Räder zu benutzen. In ihrem Fall sind die Räder kein Teil von sich selbst, sondern werden von einem anderen symbiotischen Organismus gebildet.

Der Mulefa entwickelte sich mit einem diamantförmigen Körperplan, einem Glied vorne, einem hinten und einem auf jeder Seite. Auf ihrer Welt gab es zahlreiche Lavaströme, die lange glatte Oberflächen schufen. Es gab auch große Bäume mit kreisförmigen Samenkapseln von ~ 1 Fuß Durchmesser. Diese Samenkapseln hatten ein Loch in der Mitte, von wo aus sie am Stamm der Bäume befestigt wurden.

Irgendwann stellten die Mulefa fest, dass sie die Klauen an ihren vorderen und hinteren Gliedmaßen in die Löcher in den Samenkapseln einhaken und sich dann mit ihren Seitengliedern entlang der glatten Lavaströme treten konnten. Wenn eine Samenkapsel aufplatzte, warf der Mulefa sie weg und neue Samen sprießen.

Da härtere Samenkapseln länger verwendet und weiter weg fallen gelassen würden, wurden die Gene, die härtere Samenkapseln produzierten, weiter verbreitet und produzierten mehr Samenkapseln. Mit der Zeit wurden die Samenkapseln so hart, dass sie viele Monate gebraucht werden mussten, bevor sie Risse bekamen und sprießen konnten.

Die Mulefa wurden auch abhängig von den Rädern und entwickelten eine komplexe Kultur, die um sie herum basierte.

Wie der Whelkaholismus erwähnte, könnten die Lavaströme durch ein trockenes Seebett oder eine andere glatte, harte Oberfläche ersetzt werden.

Bearbeiten: Die Wikipedia-Seite zu Wentelteefje, die mit rotierender Fortbewegung in lebenden Systemen verknüpft ist, enthält eine recht umfangreiche Analyse der Einschränkungen der radbasierten Fortbewegung.

Auch Kategorie: Rollende Tiere .