Редко отводя место рубрике «выноска из комментариев», порой замечания читателей настойчиво требуют продолжения дискуссии. Сегодня остановлюсь на наблюдениях уважаемого @idimus, который под статьёй «Звёзды у нас в голове. О роли астроцитов в работе нейронных сетей» отметил: «Не видел ни одного животного с колесами. Мы придумываем новое, но природа часто предлагает решения круче. Переработать их творчески совсем не стыдно». Этот тезис я обсуждал с Анатолием @iRumba. Действительно, в биосфере почти нет примеров локомоции с эффективным «колёсным движением». Давайте поглубже разберём, почему эволюция упустила идею колеса.
В технике вращение играет роль двигателя движений с древнейших времён: колёса, валы, маховики, шестерни, зубчатые передачи. Компьютерное моделирование американских учёных 2024 года оценивает появление колеса около 6000 г. до н. э. для перевозки руды шахтёрами. Исходная стадия «эволюции колеса» выглядела так: сначала появился вал, затем к нему стали прикреплять выступающие бруски, постепенно они превратились в самостоятельный вращающийся элемент, а приспособления для вращения и фиксации оформились в полноценный «колесный узел».
В природе же этот путь либо не возник, либо отсекался на начальных этапах. Тем не менее, кое-какие случаи «перекатывания» по твёрдой поверхности у живых существ встречаются. Например, броненосец, свернувшись в шар, способен так прокатиться.
Похожее уменее есть у некоторых гусениц, личинок жуков-скакунов, сороконожек, богомольных раков, саламандр Lyell’s salamander (эндемика Калифорнии). Есть предположения, что нечто подобное практиковали и трилобиты.
Другой природный «ролик» — перекати-поле — это высушенные стебли некоторых растений, легко подхватываемые ветром и катающиеся по равнине, разбрасывая семена. Википедия называет семь семенных семейств, где этот механизм возник независимо, что доказало его высокую эффективность в пустынной нише.
Однако ни одно животное, ни ныне живущее, ни вымершее, не обзавелось колесами. Рассмотрим ключевые эволюционные препятствия:
- Для формирования «колёсного органа» потребовалось бы долгосрочное последовательное развитие сразу двух пар колёс, сохраняя зеркальную симметрию — это означало бы отказ от хотя бы одной пары ходильных конечностей, критически важных для малышей и взрослых.
- Любая новая структура должна усилить шансы на выживание и размножение — иначе она просто исчезнет под натиском естественного отбора.
- Пары колёс должны быть практически идентичны по диаметру, иначе животное не сможет передвигаться ровно и быстро.
- Колёсный механизм наверняка потребовал бы допфункций, аналогично тому, как у крыльев летучей мыши есть не только аэродинамика, но и роль в лазании по стенам.
- Для свободного вращения всё колёсное должно опираться на ось с активным метаболизмом: мышцы, сосуды, нервы — и все они должны уметь скручиваться без повреждений. Сочетание постоянного обмена веществ и вращения кажется непреодолимым барьером.
Тем временем эволюция «пропустила в мейнстрим» другие вращающиеся структуры — бактериальный жгутик и глаз.
Глаз, по сложности далеко превосходящий колесо, состоит из роговицы, зрачка, хрусталика, сетчатки, жёлтого пятна и зрительного нерва. Несмотря на «креационистские» заявления о «нечленимой сложности», поэтапное развитие глазного пятна до полноценного органа за сотни тысяч лет надёжно подтверждено учёными.
Бактериальный жгутик представляет собой спиралевидный нитевидный придаток, выдвинутый за пределы клетки. У его «моторного узла» есть ротор и статор, питаемые протонным градиентом (ионопроводящей силой), благодаря чему жгутик вращается, а клетка направляется к питательным веществам методом хемотаксиса.
Фундаментально бактерии и многоклеточные организмы используют разные стратегии: микроорганизмы обходятся «химическим» двигателем в вязкой среде, а макроорганизмы оперируют механикой и тканями. Ни жгутик, ни глаз не требуют конструкции колеса.
При воображаемых условиях, где «колёсное» принесло бы преимущество — только идеально ровная и твёрдая поверхность, например ледник или солончак. Но как только предстоит преодолеть хотя бы небольшую неровность, колёса оказываются скорее обузой, чем двигателем прогресса.
Выделим три типа местности, губительных для колёсных существ:
- Пустошь — даже малейшая бороздка или бугорок выше радиуса колеса создаёт непреодолимое препятствие.
- Пересечённый ландшафт — перемешивание камней, кустарника, небольших бродов и подъёмов потребовало бы «повсюдного полного привода», что естественный отбор вряд ли поддержит.
- Лес и подлесок — здесь нужны «шаговые» движения, постоянная смена маршрута, умение карабкаться и продираться сквозь заросли. Одно буксующее колесо — и хищник наверняка настигнет жертву.
Таким образом, эволюционно подходящая ниша для «колёсных» организмов должна была бы быть максимально сухой и ровной, лишённой дождей, растительности и луж, с протяжёнными гладкими «дорогами». Возникнуть такая система дорог и каналов без разумного замысла едва ли могла бы.
