既然动物是向着有利生存进化，那为什么动物的腿没有进化成轮子

我们的文明世界确实是驾着车轮前进的。车轮是人类发明的最有 效的陆上运载工具。那么，为什么动物没有进化到蹬着轮子跑,而满足 于使用低效率的腿呢？为什么鱼用尾和鳍游泳，而不使用水下轮 子——螺旋桨呢？

这些问题可能看起来是毫无意义的。但是，如果你想到我们的工 程师们只是在现代，才成功地建造了可使用的潜水艇、滑翔机、降落 伞和喷气推进的运载工具，而这些行进方式早在千万年前就已形成并 为许多动物所掌握，比如潜泳的鲸鱼，滑翔飞行的翼手龙，具备天然 降落伞的植物种子，以及喷水推进的乌贼，那这些问题就不是没有意 义了。

大自然这位工程师虽然取得了这一系列的成就，却不能锦上添花， 让动物界蹬上轮子，这是很奇怪的。为了说明轮子的优点，你可以设想 一个骑在自行车上的或坐在轮椅上的人，尽管还要算上自行车或轮椅 的重量，行走一英里所消耗的能量，也比他用腿走路要少。甚至坐在轮 椅上的截瘫患者也比健康人步行的效率高25%(某年波士顿马拉松比 赛中，最快的轮椅运动员用了 1小时47分跑完全程，比最快的跑步运 动员快22分)。实际上，自行车是现有运载工具中——无论是有生命 的还是无生命的——效率最高的。

按行进每英里和运载工具每磅重量所消耗的卡路里计算,一个骑 自行车的人，其运行效率大约是一辆小汽车或一架C-8型喷气飞机的 5倍，是一只奔跑中的狗和一只飞行中的鹦鹉的15倍，是一只爬行的 蟑螂的400倍。只有鲸鱼、海豚和大鱼才接近一个骑车人的效率，因 为游泳比陆地行进省力，并且体躯愈大，效率愈高。

直到最近，持进化论观点的生物学家们在反复思考这个问题之后 才认识到，自然界没有轮子不是因为不需要。轮子会给动物界带来好 处，正如它们给我们带来的好处一样。生物学家们推想，动物没能进化 到蹬上轮子，是因为遇到了下述难以克服的困难:动物躯体内的活细胞 经血管与心脏相连，由神经与大脑相接。因为轮子需要一个转动的接 合点，一个由活细胞组成的轮子只要一旋转，就会把它的动脉、静脉和 神经接头拧在一起，因此活轮是无法实现的。

生物学家们发现这个推论有一些明显的例外，而这些例外似乎又 支持这了个推论：自然界中唯一存在的轮转运动，是能够用整个身体像 轮子一样滚动,从而避开接合点困难的动物和植物。例如产于东南亚 一带的穿山甲，是一种体大味美的动物，它们为了逃避猎捕者的追捕， 往往把身体缩成一个球，从陡蝻的山坡滚下。此外，还有会滚的蜘蛛， 会翻筋斗的虾和会滚动的植物(多风平原上的风滚草h

但是，由于解决不了接合点(关节)问题而使动物不能进化到驾上 轮子行进的论点却存在一个漏洞。这个理论不能解释为什么动物没有 逐渐形成不需要动脉和神经的死组织轮子。

无数的动物，包括我们在内，都有一些不需要供血或没有神经的外 表结构——例如，我们的头发和指甲，或者其他动物的鱗、爪和角。为 什么老鼠没有逐渐形成类似于旱冰鞋的骨轮？在某些场合，脚爪也许 比轮子更有用，但猎爪是可收缩的，那么为什么不能有可收缩的轮子 呢？这样我们就得出了一个在生物学上好像荒谬但又可能是真理的重 要的结论，我们姑且把它叫做RRR困难：自然界不能产生蹬着可收缩的旱冰鞋的老鼠〔RRR是“rat(老鼠)”、“retractable(可收缩的）”、“roller- skates(旱冰鞋)”首字母缩写〕。

最近，芝加哥大学的一位解剖学学者M.拉巴贝拉对RRR困难的 理解作出了一个重要的贡献。拉巴贝拉指出，要是使用轮子真是一个 好主意的话，那么我们20世纪的人类为什么不更多地使用它们。人类 从15世纪中叶就有了轮椅,16世纪中叶就有了旱冰鞋，17世纪初就有 了自行车。可是我们在屋子里，在花园以及在人行道上从事日常事务 时，仍然宁可用腿，而不用轮子。诚然，文明世界是驾着轮子前进的，但 车轮主要用于长途旅行，并且是行驶在铺设好的道路或轨道上。即使 最近经过改进的滑板、旱冰鞋、土路自行车和沙丘汽车（一种小型的轻 便汽车，通常采用标准的结实的底盘，发动机放在车后边，车身是预制 的，往往用玻璃纤维作材料，配备宽式的低压轮胎，便于行驶在沙丘 上）,也只是略胜于我们的双腿而已。为什么我们——车轮的发明者， 在运输中要这样限制车轮的使用呢？理由是什么？也许同样的理由可 以解释为什么动物竟然不要轮子,为什么生物学家认为它们应该有而 不能有的假设是错误的。

拉巴贝拉研究了有关轮椅设计的技术文献和陆地行进的理论。这 项研究揭示出为什么动物宁肯不要轮子，为什么我们只是在特殊情况 下使用轮子的3点理由：

首先，车轮只是硬路面上才有效。用工程学行话来说是:“滚动阻力 随着路面可塑性或柔性的增长而增强。”在软路面上，轮动运载工具愈 重，车轮的效率愈低。行驶在软路面上的轮动运载工具最好使用大或宽 的车轮。这就说明为什么大多数轮动运载工具要行驶在铺设好的硬路 面上，为什么沙丘汽车要用特殊的轮胎，为什么在轮椅经过的室内最好 (并且往往是要求)铺上坚硬的地毯。出于同一考虑，我们就不能设想蹬 着旱冰鞋的大象，而燈着旱冰鞋的老鼠也会要既大又宽的轱辘。

第二个限制轮动运载工具和驾轮动物的理由来自垂直障碍。我们 都了解骑自行车和推轮椅上路沿的困难。在月球表面如何克服垂直障 碍，曾是美国航天局在为宇航员设计动力手推车时，主要考虑的问题。 结果证明，一台具有刚性底盘的轮动车不可能登上高于它车轮半径一 半的台阶。即使是像许多动物一样可以改变重心的非刚性轮动车，也 不可能登上高于其车轮半径的台阶。但是天然地形的垂直障碍，像卵 石和草叶一类低矮的，总是要比髙大的多得多。大自然没有产生蹬旱 冰鞋的蚂蚁就是基于这一点:对我们来说似乎是平坦的田野，对一只蚂 蚁来说可能是一片崎岖不平的山路。当然，用腿走路的话，我们就可能 跨越障碍，甚至翻越墙垣。

对轮子的最后一个限制是，在一个充满障碍物,如树林、有大块圆 石的场地，或者在一个狭小的场地，如何转身的问题。这个虽是次要的 问題，在山区道路设计者看来却是头等重要的。山区之字形路线的拐 角应该多大才能使汽车顺利地拐过弯去？要回答这个问題是困难的， 它取决于汽车轴距的长度和宽度，取决于车轮的大小、数目和位置。无 需作仔细的分析，你只要想象，一群蹬着可收缩的旱冰鞋的老鼠在密集 的森林里奔跑,它们多半只能把它们的旱冰鞋收缩起来。

在陆地上使用轮子的3条限制，在海洋中或空气中就都不存在了。 那么，为什么没有使用蜒旋桨推进的鱼和鸟呢？大自然实际上已经造 就了一种小型的但却是千真万确的螺旋桨:细菌赖以运动的鞭毛，或者 叫线状尾。人们曾做过一个别出心裁的实验，证明了鞭毛是像螺旋桨 一样旋转的:把一个活细菌的鞭毛粘在玻璃上，于是细菌就只好绕着它 的被固定的鞭毛旋转！

我们已经如此习惯于螺旋桨推进的轮船，以致我们不自觉地把水 中的螺旋桨与陆地上的车轮等同起来，并比较其效能。细菌的鞭毛似 乎又加深了这种偏见。但是流体力学的理论证明，实际情况要复杂得 多。对于像细菌那样小的物体，旋转的鞭毛的确是同能够设想出来的 任何一种推进工具一样有效。但是对于那些比较大的物体来说，蜾旋 桨的优越性就不存在了。一艘标准油船的螺旋桨，能够把输入功率转 变为推力的效率大约只有60%;高速飞机的嫌旋桨是80%;人力飞行 器“薄纱信天翁”的精巧的螺旋桨是88%。而使用可以摆动的活动叶 片，像鱼的鳍和尾那样，就可以获得更高的推力效率。这类叶片的理论 效率是96% ~ 98%，而大鱼实际上已达到96%。

现在这个难题已颠倒过来，鱼为什么没有螺旋桨的问题不再令人 难以理解:鱼现在的状况就很好了。相反，难以理解的倒是，为什么船 舶设计师没能够把可以摆动的活叶片改进到像鱼尾和鱼鳍那样？

关于陆上动物没能够进化到具备轮子的难题也同样绕了回来。正 像陆上动物没有轮子也过得很好一样，人类文明进程中也有两个大家 熟悉的例子，使我们从中得出同样的结论。当欧洲人发现阿兹台克人、 印加人和美洲印地安人的文明时，他们对于那里——甚至在用美洲驼 作驮畜的地方——竟然完全不用轮子运输，感到非常吃惊。我们长时 间一直认为印地安人根本就没想到过轮子，直到考古学家们发现在哥 伦布之前的墨西哥陶器中，有一种可能是当作玩具使用的兽拉轮车后， 才认识到自己的错误。显然，某些印地安人是能够制造轮动运载工具 的，只不过他们认为不值得正式使用它罢了。

另一种情况则更富于戏剧性，因为它涉及一种在目前文明生活中 已经摒弃了的早年常用的轮动系统。公元前，在亚述、波斯、迦太基、罗 马等帝国，马拉战车和牛拉双轮车是极为普遍的。以后，阿拉伯北部发 明了骆驼鞍子，于是驮运货物的骆驼，从摩洛哥到阿富汗，在几乎整个 北非和中东,取代了轮运近1500年之久！现代的欧洲旅行者迷恋于古 代北非和中东城市的曲曲弯弯的羊肠小道，他们很少想到他们正亲眼 目击胳驼战胜车轮的历史遗迹。骆驼之所以战胜车轮，是因为驮运货 物的胳驼比牛拉、马拉或骆驼拉的车花费较少一~这里还没有考虑建 造货车和维修道路的花费在内。但是轮子在北非和中东的灌溉、陶器 制造和磨粉业中继续使用着。

那么,将来会不会有进化到蹬着轮子的野兽呢？在没有障碍物的 光滑的硬质路面上，轮子无疑是有其优越性的，特别是有人负责建筑和 维修道路的话。人类用水泥覆盖了地球的表面，创造了一种新型的居 住环境，把没有覆盖水泥的小生态留给那些能够进化从而利用它们的 野兽。某些生物学家鼓吹一种叫做间断均衡论的进化论，他们相信生 物在进行过程中通常是突变的。根据这个理论，当新的小生态变得适 于生存的时候，新的物种就会很快地进化，从而占据它们，然后长时期 地不再发生变化。如果这些理论家是正确的，那么，数千年以后，我们 实际上就会和蹬着旱冰鞋的老鼠一道，在我们的公路上并驾齐驱。