從大雁遷徙時(shí)采用的“磁指南針”到海豚的聲吶，從海貍建造水壩到螞蟻發(fā)展農(nóng)業(yè)，我們?nèi)祟惏l(fā)明創(chuàng)造的大多數(shù)事物都可以在動(dòng)物世界找到原型，動(dòng)物通過數(shù)百萬年的緩慢進(jìn)化獲得了這些。

很多人可能好奇過，輪子作為人類最好用的發(fā)明創(chuàng)造之一，為什么動(dòng)物沒有通過進(jìn)化得到一套“生物輪子”呢？

毫無疑問，輪式運(yùn)動(dòng)——也就是保持部分身體靜止的同時(shí)其它身體部分旋轉(zhuǎn)，這種運(yùn)動(dòng)方式在某些場(chǎng)景下是一種非常節(jié)能的運(yùn)動(dòng)方式，而且可以大大提升速度，正是因?yàn)檩喿拥某霈F(xiàn)，才大大提升了人類的搬運(yùn)和移動(dòng)效率。

另一方面，生物進(jìn)化也比想象得更具創(chuàng)造力，就拿四足動(dòng)物來說，當(dāng)它們需要飛向天空的時(shí)候，它們的前肢變成了翅膀，當(dāng)它們?cè)谒猩顣r(shí)，它們的四肢長出了蹼和槳。

△ 這也算輪式運(yùn)動(dòng)

自然界中，有一些動(dòng)物會(huì)把自己卷成一個(gè)球，以球的方式進(jìn)行一些移動(dòng)，但確實(shí)找不到一種多細(xì)胞生物擁有輪子的特征，同時(shí)執(zhí)行輪子的功能。

很多人可能會(huì)說，人類是因?yàn)橛辛说缆?，才發(fā)明了輪子，只有道路才能讓輪子發(fā)揮其作用，而自然界并沒有馬路，輪子并沒有實(shí)際意義。

△ 隨著地面變得柔軟，輪子運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力N就會(huì)增大

輪子確實(shí)只有在硬質(zhì)的表面才更加節(jié)省能量，在柔軟的地面效率并不高，甚至需要更多的能量才能移動(dòng)相同的重量。

但是，毋庸置疑，自然界肯定存在很多適合輪子移動(dòng)的場(chǎng)景，輪子沒有被進(jìn)化出來，肯定不是因?yàn)闆]有道路，而是有其它一些原因。

動(dòng)物復(fù)雜器官如何進(jìn)化的？

縱觀動(dòng)物的各個(gè)器官，我們很難找到比眼睛更復(fù)雜的器官，一只眼睛包括角膜、瞳孔、晶狀體、視網(wǎng)膜、中央凹、視盤、視神經(jīng)......等等一系列結(jié)構(gòu)。

每一個(gè)結(jié)構(gòu)都是由特殊的細(xì)胞構(gòu)成的，所有這些細(xì)胞都必須完美地發(fā)揮作用，才能保證正常的視力。

我們只要簡單了解下，動(dòng)物為什么可以通過進(jìn)化得到眼睛這種復(fù)雜的器官，就很容易理解為什么輪子沒有被進(jìn)化了。

首先，對(duì)于生物來說，感受太陽的光線是非常必要的，這肯定可以提升生存能力，一些動(dòng)物因此進(jìn)化出一些具有感光功能的細(xì)胞。

接著，如果生物擁有感光細(xì)胞，那么它就會(huì)想方設(shè)法更好的收集光線，因此一些動(dòng)物的感光區(qū)域開始下沉形成一個(gè)凹槽——就像天文望遠(yuǎn)鏡一樣，這樣就能更好地感知入射的光線。

△ 石鱉原始的類似眼睛的結(jié)構(gòu)

繼續(xù)，一旦生物通過凹槽來收集光線，它很容易就會(huì)進(jìn)一步改造這個(gè)凹槽，例如讓其變成上面有一個(gè)小開口的空腔——讓整個(gè)凹槽變成一個(gè)類似針孔照相機(jī)一樣的系統(tǒng)，這樣的話它們就不僅僅可以感知光線，還可以形成圖像。

這種空腔上面的小開口便是最早的瞳孔，而形成圖像可以讓動(dòng)物更好的利用光線帶來的信息，了解周圍發(fā)生了什么。

有了這些之后，只要不停進(jìn)行優(yōu)化，一個(gè)功能完善的生物眼睛就形成了。

您會(huì)發(fā)現(xiàn)，眼睛每一次發(fā)展都提供了一些優(yōu)勢(shì)，所以雖然眼睛很復(fù)雜，但確實(shí)很容易進(jìn)化出來，所以在地球生物史上，眼睛其實(shí)被不同動(dòng)物類群獨(dú)立進(jìn)化了許多次。

輪子和眼睛最大的不同就是，輪子是一個(gè)不可簡化的復(fù)雜系統(tǒng)，它必須完美地組合才能正常工作。

如果輪子和軸不是圓形的，是不配對(duì)的，擁有錯(cuò)誤的相對(duì)直徑，它也根本不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，它需要上來就完美組合才能正常工作。

而進(jìn)化通常只能分階段形成身體的各個(gè)部分，像輪子這種結(jié)構(gòu)，它的原始配件不會(huì)帶來任何優(yōu)勢(shì)，這注定了它永遠(yuǎn)都不會(huì)開始。

?Bart?omiej Lenard

另一方面，眼睛雖然復(fù)雜，但是它的每個(gè)配件其實(shí)是簡單的，是容易獲得，而輪子的每個(gè)配件其實(shí)都是復(fù)雜的。

就拿一個(gè)輪軸來說，它都需要復(fù)雜木工技術(shù)才能制作出來，這解釋了為什么人類直到青銅時(shí)代才有能力創(chuàng)造出輪軸系統(tǒng)。

在人類制造出輪軸之前，人類已經(jīng)在鑄造金屬合金，建造帆船甚至是挖掘運(yùn)河，連豎琴和其他復(fù)雜的樂器都已經(jīng)能夠制造出來了。

所以，即便輪子的配件能夠提供某種好處，它的復(fù)雜性也讓生物很難獨(dú)立進(jìn)化出來。

上圖是生物進(jìn)化適應(yīng)度的表述圖，圖中的A、B、C三點(diǎn)指的是生物在那里生存和繁殖能力達(dá)到了頂峰。

箭頭指的是，生物種群通過自然選擇進(jìn)化時(shí)可以移動(dòng)的方向，不難發(fā)現(xiàn)，生物進(jìn)化只有向上移動(dòng)，這意味著從A到達(dá)B是不可能發(fā)生的。

輪子就是這種情況，它就像在B點(diǎn)，而所有的生物都處在了A點(diǎn)或者C點(diǎn)，或者其它的點(diǎn)，總之它不可能處在深谷，所以根據(jù)進(jìn)化的適應(yīng)度，它們根本無法跨越到達(dá)B點(diǎn)，除非是推倒重建。

然而，即便一種動(dòng)物真的推倒重建了，它們一出來就擁有一對(duì)完美輪子的基因藍(lán)圖，那么它還需要考慮生長問題。

想要讓輪子自由旋轉(zhuǎn)，那么輪子必須不附著在支撐身體其余部分的軸上，而如果沒有任何附著點(diǎn)，活著的輪子又要如何吸收營養(yǎng)和排出廢物呢？

很顯然，提供一個(gè)永遠(yuǎn)不打結(jié)的血管和神經(jīng)，讓輪子能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來，也幾乎不可能。

所有，這些決定了輪式運(yùn)動(dòng)在多細(xì)胞生物中不會(huì)出現(xiàn)。

不過，單細(xì)胞生物中存在真正的輪式運(yùn)動(dòng)，就是細(xì)菌的鞭毛馬達(dá)。

鞭毛馬達(dá)由一組蛋白質(zhì)構(gòu)成，包括幾個(gè)用于固定和支撐鞭毛的環(huán)，以及轉(zhuǎn)子、定子等常規(guī)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)，這種馬達(dá)結(jié)構(gòu)支持了鞭毛做輪式運(yùn)動(dòng)。

值得一提的是，大約50%的細(xì)菌都至少擁有一根鞭毛，以及支持它轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)，這意味著輪式運(yùn)動(dòng)在自然界可能是最常見的運(yùn)動(dòng)方式，只是我們?nèi)庋劭床灰姸选?/p>

另外，像鞭毛馬達(dá)這種似乎不可能通過進(jìn)化出現(xiàn)的器官，自然界至少獨(dú)立進(jìn)化了兩次，另外一次是古細(xì)菌，它們也擁用自己的鞭毛馬達(dá)。

不過，古細(xì)菌的鞭毛馬達(dá)無論是物理結(jié)構(gòu)，還是讓鞭毛轉(zhuǎn)動(dòng)的能量來源，都與細(xì)菌鞭毛馬達(dá)不同，所以兩者肯定是擁有不同的起源。