既然動物是向著有利生存進化，那為什麼動物的腿沒有進化成輪子

我們的文明世界確實是駕著車輪前進的。車輪是人類發明的最有 效的陸上運載工具。那麼，為什麼動物沒有進化到蹬著輪子跑,而滿足 於使用低效率的腿呢？為什麼魚用尾和鰭游泳，而不使用水下輪 子——螺旋槳呢？

這些問題可能看起來是毫無意義的。但是，如果你想到我們的工 程師們只是在現代，才成功地建造了可使用的潛水艇、滑翔機、降落 傘和噴氣推進的運載工具，而這些行進方式早在千萬年前就已形成並 為許多動物所掌握，比如潛泳的鯨魚，滑翔飛行的翼手龍，具備天然 降落傘的植物種子，以及噴水推進的烏賊，那這些問題就不是沒有意 義了。

大自然這位工程師雖然取得了這一系列的成就，卻不能錦上添花， 讓動物界蹬上輪子，這是很奇怪的。為了說明輪子的優點，你可以設想 一個騎在自行車上的或坐在輪椅上的人，儘管還要算上自行車或輪椅 的重量，行走一英里所消耗的能量，也比他用腿走路要少。甚至坐在輪 椅上的截癱患者也比健康人步行的效率高25%(某年波士頓馬拉松比 賽中，最快的輪椅運動員用了 1小時47分跑完全程，比最快的跑步運 動員快22分)。實際上，自行車是現有運載工具中——無論是有生命 的還是無生命的——效率最高的。

按行進每英里和運載工具每磅重量所消耗的卡路里計算,一個騎 自行車的人，其運行效率大約是一輛小汽車或一架C-8型噴氣飛機的 5倍，是一隻奔跑中的狗和一隻飛行中的鸚鵡的15倍，是一隻爬行的 蟑螂的400倍。只有鯨魚、海豚和大魚才接近一個騎車人的效率，因 為游泳比陸地行進省力，並且體軀愈大，效率愈高。

直到最近，持進化論觀點的生物學家們在反覆思考這個問題之後 才認識到，自然界沒有輪子不是因為不需要。輪子會給動物界帶來好 處，正如它們給我們帶來的好處一樣。生物學家們推想，動物沒能進化 到蹬上輪子，是因為遇到了下述難以克服的困難:動物軀體內的活細胞 經血管與心臟相連，由神經與大腦相接。因為輪子需要一個轉動的接 合點，一個由活細胞組成的輪子只要一旋轉，就會把它的動脈、靜脈和 神經接頭擰在一起，因此活輪是無法實現的。

生物學家們發現這個推論有一些明顯的例外，而這些例外似乎又 支持這了個推論：自然界中唯一存在的輪轉運動，是能夠用整個身體像 輪子一樣滾動,從而避開接合點困難的動物和植物。例如產於東南亞 一帶的穿山甲，是一種體大味美的動物，它們為了逃避獵捕者的追捕， 往往把身體縮成一個球，從陡蝻的山坡滾下。此外，還有會滾的蜘蛛， 會翻筋斗的蝦和會滾動的植物(多風平原上的風滾草h

但是，由於解決不了接合點(關節)問題而使動物不能進化到駕上 輪子行進的論點卻存在一個漏洞。這個理論不能解釋為什麼動物沒有 逐漸形成不需要動脈和神經的死組織輪子。

無數的動物，包括我們在內，都有一些不需要供血或沒有神經的外 表結構——例如，我們的頭髮和指甲，或者其他動物的鱗、爪和角。為 什麼老鼠沒有逐漸形成類似於旱冰鞋的骨輪？在某些場合，腳爪也許 比輪子更有用，但獵爪是可收縮的，那麼為什麼不能有可收縮的輪子 呢？這樣我們就得出了一個在生物學上好像荒謬但又可能是真理的重 要的結論，我們姑且把它叫做RRR困難：自然界不能產生蹬著可收縮的旱冰鞋的老鼠〔RRR是「rat(老鼠)」、「retractable(可收縮的）」、「roller- skates(旱冰鞋)」首字母縮寫〕。

最近，芝加哥大學的一位解剖學學者M.拉巴貝拉對RRR困難的 理解作出了一個重要的貢獻。拉巴貝拉指出，要是使用輪子真是一個 好主意的話，那麼我們20世紀的人類為什麼不更多地使用它們。人類 從15世紀中葉就有了輪椅,16世紀中葉就有了旱冰鞋，17世紀初就有 了自行車。可是我們在屋子裡，在花園以及在人行道上從事日常事務 時，仍然寧可用腿，而不用輪子。誠然，文明世界是駕著輪子前進的，但 車輪主要用於長途旅行，並且是行駛在鋪設好的道路或軌道上。即使 最近經過改進的滑板、旱冰鞋、土路自行車和沙丘汽車（一種小型的輕 便汽車，通常採用標準的結實的底盤，發動機放在車後邊，車身是預製 的，往往用玻璃纖維作材料，配備寬式的低壓輪胎，便於行駛在沙丘 上）,也只是略勝於我們的雙腿而已。為什麼我們——車輪的發明者， 在運輸中要這樣限制車輪的使用呢？理由是什麼？也許同樣的理由可 以解釋為什麼動物竟然不要輪子,為什麼生物學家認為它們應該有而 不能有的假設是錯誤的。

拉巴貝拉研究了有關輪椅設計的技術文獻和陸地行進的理論。這 項研究揭示出為什麼動物寧肯不要輪子，為什麼我們只是在特殊情況 下使用輪子的3點理由：

首先，車輪只是硬路面上才有效。用工程學行話來說是:「滾動阻力 隨著路面可塑性或柔性的增長而增強。」在軟路面上，輪動運載工具愈 重，車輪的效率愈低。行駛在軟路面上的輪動運載工具最好使用大或寬 的車輪。這就說明為什麼大多數輪動運載工具要行駛在鋪設好的硬路 面上，為什麼沙丘汽車要用特殊的輪胎，為什麼在輪椅經過的室內最好 (並且往往是要求)鋪上堅硬的地毯。出於同一考慮，我們就不能設想蹬 著旱冰鞋的大象，而燈著旱冰鞋的老鼠也會要既大又寬的軲轆。

第二個限制輪動運載工具和駕輪動物的理由來自垂直障礙。我們 都了解騎自行車和推輪椅上路沿的困難。在月球表面如何克服垂直障 礙，曾是美國航天局在為宇航員設計動力手推車時，主要考慮的問題。 結果證明，一台具有剛性底盤的輪動車不可能登上高於它車輪半徑一 半的台階。即使是像許多動物一樣可以改變重心的非剛性輪動車，也 不可能登上高於其車輪半徑的台階。但是天然地形的垂直障礙，像卵 石和草葉一類低矮的，總是要比髙大的多得多。大自然沒有產生蹬旱 冰鞋的螞蟻就是基於這一點:對我們來說似乎是平坦的田野，對一隻螞 蟻來說可能是一片崎嶇不平的山路。當然，用腿走路的話，我們就可能 跨越障礙，甚至翻越牆垣。

對輪子的最後一個限制是，在一個充滿障礙物,如樹林、有大塊圓 石的場地，或者在一個狹小的場地，如何轉身的問題。這個雖是次要的 問題，在山區道路設計者看來卻是頭等重要的。山區之字形路線的拐 角應該多大才能使汽車順利地拐過彎去？要回答這個問題是困難的， 它取決於汽車軸距的長度和寬度，取決於車輪的大小、數目和位置。無 需作仔細的分析，你只要想像，一群蹬著可收縮的旱冰鞋的老鼠在密集 的森林裡奔跑,它們多半只能把它們的旱冰鞋收縮起來。

在陸地上使用輪子的3條限制，在海洋中或空氣中就都不存在了。 那麼，為什麼沒有使用蜒旋槳推進的魚和鳥呢？大自然實際上已經造 就了一種小型的但卻是千真萬確的螺旋槳:細菌賴以運動的鞭毛，或者 叫線狀尾。人們曾做過一個別出心裁的實驗，證明了鞭毛是像螺旋槳 一樣旋轉的:把一個活細菌的鞭毛粘在玻璃上，於是細菌就只好繞著它 的被固定的鞭毛旋轉！

我們已經如此習慣於螺旋槳推進的輪船，以致我們不自覺地把水 中的螺旋槳與陸地上的車輪等同起來，並比較其效能。細菌的鞭毛似 乎又加深了這種偏見。但是流體力學的理論證明，實際情況要複雜得 多。對於像細菌那樣小的物體，旋轉的鞭毛的確是同能夠設想出來的 任何一種推進工具一樣有效。但是對於那些比較大的物體來說，蜾旋 槳的優越性就不存在了。一艘標準油船的螺旋槳，能夠把輸入功率轉 變為推力的效率大約只有60%;高速飛機的嫌旋槳是80%;人力飛行 器「薄紗信天翁」的精巧的螺旋槳是88%。而使用可以擺動的活動葉 片，像魚的鰭和尾那樣，就可以獲得更高的推力效率。這類葉片的理論 效率是96% ~ 98%，而大魚實際上已達到96%。

現在這個難題已顛倒過來，魚為什麼沒有螺旋槳的問題不再令人 難以理解:魚現在的狀況就很好了。相反，難以理解的倒是，為什麼船 舶設計師沒能夠把可以擺動的活葉片改進到像魚尾和魚鰭那樣？

關於陸上動物沒能夠進化到具備輪子的難題也同樣繞了回來。正 像陸上動物沒有輪子也過得很好一樣，人類文明進程中也有兩個大家 熟悉的例子，使我們從中得出同樣的結論。當歐洲人發現阿茲台克人、 印加人和美洲印地安人的文明時，他們對於那裡——甚至在用美洲駝 作馱畜的地方——竟然完全不用輪子運輸，感到非常吃驚。我們長時 間一直認為印地安人根本就沒想到過輪子，直到考古學家們發現在哥 倫布之前的墨西哥陶器中，有一種可能是當作玩具使用的獸拉輪車後， 才認識到自己的錯誤。顯然，某些印地安人是能夠製造輪動運載工具 的，只不過他們認為不值得正式使用它罷了。

另一種情況則更富於戲劇性，因為它涉及一種在目前文明生活中 已經摒棄了的早年常用的輪動系統。公元前，在亞述、波斯、迦太基、羅 馬等帝國，馬拉戰車和牛拉雙輪車是極為普遍的。以後，阿拉伯北部發 明了駱駝鞍子，於是馱運貨物的駱駝，從摩洛哥到阿富汗，在幾乎整個 北非和中東,取代了輪運近1500年之久！現代的歐洲旅行者迷戀於古 代北非和中東城市的曲曲彎彎的羊腸小道，他們很少想到他們正親眼 目擊胳駝戰勝車輪的歷史遺迹。駱駝之所以戰勝車輪，是因為馱運貨 物的胳駝比牛拉、馬拉或駱駝拉的車花費較少一~這裡還沒有考慮建 造貨車和維修道路的花費在內。但是輪子在北非和中東的灌溉、陶器 製造和磨粉業中繼續使用著。

那麼,將來會不會有進化到蹬著輪子的野獸呢？在沒有障礙物的 光滑的硬質路面上，輪子無疑是有其優越性的，特別是有人負責建築和 維修道路的話。人類用水泥覆蓋了地球的表面，創造了一種新型的居 住環境，把沒有覆蓋水泥的小生態留給那些能夠進化從而利用它們的 野獸。某些生物學家鼓吹一種叫做間斷均衡論的進化論，他們相信生 物在進行過程中通常是突變的。根據這個理論，當新的小生態變得適 於生存的時候，新的物種就會很快地進化，從而佔據它們，然後長時期 地不再發生變化。如果這些理論家是正確的，那麼，數千年以後，我們 實際上就會和蹬著旱冰鞋的老鼠一道，在我們的公路上並駕齊驅。

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