Warum gibt es keine Radtiere?

Räder sind auf molekularer Ebene möglich – bakterielle Flagellen sind rotierende Kerne in einem molekularen Motor, aber Räder, die größer als das Flagellum sind, wurden nicht wirklich gefunden.

Ein einzelnes Tier mit einem Rad ist eine unwahrscheinliche* Entwicklung, die erfordern würde, dass ein einzelnes Tier zwei trennbare Teile (Achse/Rad und Körper) hätte.

[*gelesen als: ziemlich unmöglich ]

Es ist schwer vorstellbar, wie sich so etwas entwickeln konnte. Ein Rad und eine Achse müssten aus lebendem Gewebe bestehen, sonst wären sie anfällig für Verschleiß. Räder haben auch Probleme, über unebenes Gelände zu fahren, was wirklich alles Gelände ist, in dem Tiere leben. Es ist schwer vorstellbar, welche Selektionsbedingungen stark genug wären, um Tiere von den Beinen wegzudrücken.

Wenn Sie Fahrer-Fahrzeug-Symbionten einbeziehen, bei denen das „Auto“ und das „Rad“ eigentlich zwei Tiere sind, dann haben sie sich entwickelt. Parasiten können alle Arten von symbiotischer Kontrolle über ihre Opfer haben, einschließlich als Transportmittel. Die Juwelenwespe ist eine, die am meisten darauf hindeutet, was Sie vielleicht denken. Die Wespe sticht ihr Opfer (eine Kakerlake) in den Brustkorb, um das Tier zu immobilisieren, und dann noch einmal direkt hinter seinem Kopf. Danach kann die Wespe auf dem Käfer reiten und ihn steuern, indem sie ihre Antennen zurück zu ihrem Nest hält, wo die Kakerlake immobilisiert wird, um dort die Wespenlarven zu füttern.

(Siehe Abschnitt „Haustierkakerlaken“ in dieser Referenz.)

Was die drei Denkrichtungen betrifft, die Sie der Frage hinzugefügt haben, würde ich wahrscheinlich eher sagen, dass es zwei starke Argumente dagegen gibt. Das erste ist, ob es einen evolutionären Weg zu Rädern gibt (Argument 1 in Ihrer Frage), was ich bezweifle. Selbst wenn man eine große Menge evolutionärer Zeit bedenkt, wird man keinen nackten Menschen sehen, der in der Lage ist, aus eigener Kraft zu fliegen. Es wurden zu viele strukturelle Merkmale des Körperplans gemacht, um alle umgekehrt zu werden, so dass Flügel oder andere Mittel der Luftbeförderung sichtbar werden. Dasselbe gilt für Räder, wenn die Körperpläne bereits Flossen / Beine / und Flügel haben.

Argument 3, dem ich auch eher zustimme, ist vielleicht überzeugender. Bis ein Tierpaar dazu eine symbiotische Beziehung eingeht oder ein einzelnes makroskopisches Tier Räder entwickelt, werden sie buchstäblich Beine entwickeln und davonlaufen. Als das Leben auf das Land kam, geschah dies, und seitdem ist es mehrmals passiert. Es ist so, als würde man sagen, dass sich die zufällige Bewegung von Wassermolekülen anordnen könnte, um einen Strom bergauf zu leiten. Es gibt einfach einen so starken Weg nach unten, dass die statistischen Chancen, dass Sie es sehen, gleich Null sind.

Dies ist ein hypothetischer Fall, aber um dies überzeugend zu argumentieren, müssten Sie meines Erachtens Folgendes darlegen: a) eine Umgebung, deren Bedingungen einen ausreichenden selektiven Vorteil für Räder geschaffen haben, um sich über Beine oder andere ähnliche Anpassungen zu entwickeln, die wir bereits sehen. Vielleicht basierend auf der Energieeffizienz von Rädern; b) eine Art physiologisches Modell für die Räder, das einen vernünftigen Lebensstil für das Rad vermittelt.

Es gibt viele Fragen, die in unserem Gedankenexperiment beantwortet werden müssten. Hier sind einige: "Das symbiotische Rad würde sich ständig drehen; wenn es sterben würde, wäre die Fahrerkreatur völlig wehrlos"; "Wenn der Boden uneben wäre, würden all diese Radtiere gefressen werden"; "Der Radsymbiont – wie würde er essen, während er sich die ganze Zeit dreht? Nur vom Fahrer gefüttert? Sogar Symbionten wie Seepocken oder Neunaugen an den Flanken von Haien haben immer noch ihre eigene Fähigkeit, sich zu ernähren."

Bei vielen ähnlichen Fragen ergibt sich die gleiche Art von Diskussion, bei der es viele Nachteile gibt, die die Vorteile für die Tiere überwiegen. zB "Warum sind all die fliegenden Tiere und Fische und Pflanzen Flugzeugen noch ähnlicher als Helikoptern?"

Tut mir leid, wenn ich negativ wirke, aber vor langer Zeit in der Graduiertenschule bin ich tatsächlich einige dieser Aspekte durchgegangen.

UPDATE: First Gear in einer lebenden Kreatur gefunden . Es wurde festgestellt, dass ein europäisches Pflanzenhüpfer-Insekt mit einer der größten Beschleunigungen, die in der Biologie bekannt sind, Zahnräder hat ! (Es gibt einen Film auf der Artikelseite.)

Der kleine Käfer hat Zahnräder in seinem Exoskelett, die seine beiden springenden Beine synchronisieren. Wieder einmal überrascht die Auswahl.

Die Zahnräder selbst sind eine Kuriosität. Mit Zahnradzähnen in Wellenform sehen sie nicht so aus, wie Sie sie in Ihrem Auto oder in einer schicken Uhr finden würden. Dafür kann es zwei Gründe geben. Durch eine mathematische Kuriosität gibt es eine unbegrenzte Anzahl von Möglichkeiten, ineinandergreifende Zahnräder zu entwerfen. Also hat die Natur entweder zufällig eine Lösung entwickelt, oder, wie Gregory Sutton, Co-Autor des Papier- und Insektenforschers an der Universität Bristol, vermutet, ist die Form der Issus -Ausrüstung für die Aufgabe, die sie verrichtet, besonders geeignet. Es ist für "hohe Präzision und Geschwindigkeit in eine Richtung" gebaut, sagt er.

Die Zahnräder drehen sich nicht um 360 Grad, sondern erscheinen auf der Oberfläche zweier Gelenke, um sie zu synchronisieren, wenn sie sich wie eine kreisförmige Feder aufziehen. Das Zahnrad selbst ist kein lebendes Gewebe, daher löst der Käfer das Problem der Regeneration des Zahnrads, indem er einen neuen Satz wachsen lässt, wenn es sich häutet (dh Zahnräder, die sich kontinuierlich regenerieren und heilen, sind noch unbekannt). Es behält auch seine Zahnräder nicht während seines gesamten Lebenszyklus. Die Argumente hier stehen also noch; die Ausnahme unterstützt immer noch die Regel.

Zusätzliche Anmerkung: In seinem Buch „ The God Delusion “ (Kapitel 4 irgendwo) grübelt Richard Dawkins darüber nach, dass der Flagellenmotor das einzige Beispiel einer frei rotierenden Achse ist, das er kennt, und dass ein Tier mit Rädern ein wahres Beispiel für „irreduzibel“ sein könnte Komplexität' in der Biologie ... aber die Tatsache, dass es kein solches Beispiel gibt, ist wahrscheinlich auf den Punkt.

In Ihrer Frage erwähnen Sie zugefrorene Seen und sagen zu Recht, dass Schlittschuhe viel einfacher wären als Räder, aber Sie hätten Salzseen als Beispiel nehmen können.

Ich denke, der Grund dafür, dass es keine echten Räder gibt, ist eine Mischung aus ontogenetischen und phylogenetischen Barrieren, Wartung (Ernährung), Schmierung und Kontrolle (Nervenverbindungen). Es müsste starke und nachhaltige evolutionäre Anreize geben, um von etwas Einfachem, Billigem und Vorhandenem (Beine) zu etwas viel Schwierigerem und Komplexerem zu gelangen.

Es gibt jedoch mehrere Pflanzen- und Tierarten, die das Rollen als Fortbewegungsform nutzen. Tumbleweeds sind ein gutes Beispiel für Pflanzen, und für Tiere gibt es Spinnen , Raupen und Salamander .

Es bedarf nur einer kleinen evolutionären Entwicklung, um so etwas von einer passiven Bewegung (Hügel hinunterrollen, um Raubtieren zu entkommen) zu einer aktiven Bewegung zu machen (vielleicht Wellen der Biegung erzeugen, um zu rollen wie … ähm, Raupenspuren).

Shigetas molekulare Antwort ist goldrichtig. Auf der Ebene des großen Maßstabs denke ich jedoch, dass das Hauptproblem mit einem biologischen Rad klar formuliert werden muss: Wie erhält ein Organismus mit separaten Teilen diese Teile? Nehmen wir an, ein Organismus entwickelt ein voll drehbares Gelenk, wie versorgt er dann das Gewebe auf der anderen Seite mit Nährstoffen? Wenn sie keine Nährstoffe liefern, wie geht die Selbstreparatur in diesem Gewebe ohne Nährstoffe weiter?

Wohlgemerkt, ich bin mir nicht sicher, ob die biologischen Probleme mit einem Rad die wirkliche Antwort sind. Ich bin mir nicht sicher, wie sich ein Rad entwickelt. Was ist das funktionelle Zwischenprodukt? Wie übertrifft ein halbverbundenes Laufrad ein Wurfarm? Denken Sie daran, dass die Evolution durch das vorangegangene kanalisiert wird.

Es gibt ein grundlegendes philosophisches Problem mit der Frage, warum es das und das nicht gibt. Wir könnten genauso gut fragen, warum es keine sechsgliedrigen Wirbeltiere oder Kreaturen gibt, die Wasserstoff verwenden, um wie Ballons zu fliegen. Es ist nicht (notwendigerweise), dass sie mechanisch oder biologisch unmöglich sind, es ist nur so, dass die Evolution zuerst einen anderen Weg eingeschlagen hat und (indem sie die Natur des „benachbarten Möglichen“ verändert hat) die Wege geschlossen hat, die zu solchen Kreaturen geführt haben.

Wahrscheinlichkeit der Entwicklung von Radbeinen, Hubschraubervögeln und Propellerfischen und hängt auch ab von:

1. Die Stärke des erzielten Vorteils (Räder sind in 99 % der biologischen Lebensräume ineffizient, Wälder, Wiesen, während Salzseen ungünstige Bedingungen haben)

2. Die Leichtigkeit der Entwicklung von Zwischenformen: Kleine Räder und Halbräder haben wenig bis gar keine Effizienz.