Rotating locomotion in living systems
বেশ কয়েকটি জীব ঘূর্ণায়মান গতিতে চলতে সক্ষম। যাইহোক, প্রকৃত চাকা এবং প্রপেলার-মানুষের যানবাহনে তাদের উপযোগিতা সত্ত্বেও-জীবন্ত জিনিসের চলাচলে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে না (নির্দিষ্ট ফ্ল্যাজেলার ব্যতীত, যা কর্কস্ক্রুয়ের মতো কাজ করে)। জীববিজ্ঞানীরা জৈবিক চাকাগুলির আপাত অনুপস্থিতির জন্য বেশ কয়েকটি ব্যাখ্যা দিয়েছেন এবং চাকাযুক্ত প্রাণীরা প্রায়শই অনুমানমূলক কল্পকাহিনীতে আবির্ভূত হয়েছে। মানব প্রযুক্তিতে চাকাটির সর্বব্যাপীতা এবং অন্যান্য অনেক প্রযুক্তির (যেমন ডানা এবং লেন্স) জৈবিক সাদৃশ্যের অস্তিত্বের পরিপ্রেক্ষিতে, প্রাকৃতিক বিশ্বে চাকাটির অভাব ব্যাখ্যা দাবি করে বলে মনে হয়-এবং ঘটনাটি দুটি প্রধান কারণ দ্বারা বিস্তৃতভাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছে। প্রথমত, প্রাকৃতিক নির্বাচনের মাধ্যমে একটি চাকার আবির্ভাবের ক্ষেত্রে বেশ কয়েকটি উন্নয়নমূলক এবং বিবর্তনীয় বাধা রয়েছে, যা এই প্রশ্নের সমাধান করে যে "কেন জীবন চাকার বিবর্তন ঘটাতে পারে না?" দ্বিতীয়ত, প্রাকৃতিক পরিবেশে প্রণোদনার অন্যান্য উপায়ের (যেমন হাঁটা, দৌড়ানো বা পিছলে যাওয়া) তুলনায় চাকাগুলি প্রায়শই প্রতিযোগিতামূলক অসুবিধায় পড়ে, এই প্রশ্নের সমাধান করে যে "যদি চাকাগুলি বিকশিত হয় তবে কেন সেগুলি বিরল হতে পারে?" এই পরিবেশ-নির্দিষ্ট অসুবিধাটি ব্যাখ্যা করে যে কেন মানুষ ইতিহাসে অন্তত একবার নির্দিষ্ট অঞ্চলে চাকা পরিত্যাগ করেছিল। জীববিজ্ঞানে ঘূর্ণনের পরিচিত উদাহরণ ঘূর্ণন ব্যবহার করে চলাচলের দুটি স্বতন্ত্র পদ্ধতি রয়েছেঃ প্রথমত, সহজ ঘূর্ণায়মান; এবং দ্বিতীয়ত, চাকা বা প্রপেলারের ব্যবহার, যা একটি নির্দিষ্ট বস্তুর তুলনায় একটি অক্ষ বা খাদের উপর ঘোরে। যদিও অনেক প্রাণী আগের মোডটি ব্যবহার করে, পরেরটি মাইক্রোস্কোপিক, একক-কোষযুক্ত জীবের মধ্যে সীমাবদ্ধ। ঘূর্ণায়মান কিছু জীব চলাচলের মাধ্যম হিসাবে ঘূর্ণায়মান ব্যবহার করে। এই উদাহরণগুলি চাকাটির ব্যবহার গঠন করে না, কারণ জীবটি স্বাধীনভাবে ঘোরানো পৃথক অংশগুলি নিযুক্ত করার পরিবর্তে সামগ্রিকভাবে ঘোরে। নির্দিষ্ট শুঁয়োপোকা (যা বিপদ থেকে বাঁচতে এটি করে), বাঘের বিটল লার্ভা, মায়রিয়াপড, ম্যান্টিস চিংড়ি, আর্মাদিলিডিডি এবং মাউন্ট লাইয়েল সালামান্ডার সহ বেশ কয়েকটি প্রজাতির দীর্ঘায়িত জীব তাদের দেহকে রোল করার জন্য একটি লুপে গঠন করে। অন্যান্য প্রজাতিগুলি প্রাথমিকভাবে শিকারিদের হাত থেকে তাদের দেহকে রক্ষা করার জন্য আরও গোলাকার ভঙ্গি গ্রহণ করে; এই ভঙ্গিমা প্যাঙ্গোলিন, চাকা মাকড়সা, হেজহোগ, আর্মডিলোস, আর্মডিলো গিরগিটি, আইসোপড এবং জীবাশ্মযুক্ত ট্রাইলোবাইটগুলিতে দেখা গেছে। প্যাঙ্গোলিন এবং চাকা মাকড়সা উদ্দেশ্যমূলকভাবে শিকারিদের থেকে দূরে সরে যেতে দেখা গেছে। এই প্রজাতিগুলি নিষ্ক্রিয়ভাবে (মাধ্যাকর্ষণ বা বাতাসের প্রভাবে) বা সক্রিয়ভাবে ঘূর্ণায়মান হতে পারে, সাধারণত একটি প্রণোদক শক্তি তৈরি করার জন্য তাদের আকৃতি পরিবর্তন করে। টাম্বেলউইডস, যা নির্দিষ্ট উদ্ভিদের মাটির উপরের অংশ, তাদের শিকড়ের কাঠামো থেকে আলাদা হয়ে যায় এবং তাদের বীজ বিতরণ করার জন্য বাতাসে গড়িয়ে যায়। এই গাছগুলি বিশেষ করে খোলা সমতল পরিবেশে পাওয়া যায়। এর মধ্যে সবচেয়ে সুপরিচিত হল কালি ট্রাগাস (সালসোলা ট্রাগাস নামেও পরিচিত), বা কাঁটাযুক্ত রাশিয়ান থিসল, যা 19 শতকের শেষের দিকে উত্তর আমেরিকায় এসেছিল এবং একটি ক্ষতিকারক আগাছা হিসাবে খ্যাতি অর্জন করেছিল। বোভিস্তা গণের ছত্রাকগুলি তাদের বীজাণু ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য একই কৌশল ব্যবহার করে বলে জানা যায়। রোটিফার্স হল অণুবীক্ষণিক কিন্তু বহু-কোষযুক্ত প্রাণীর একটি পর্ব, যা সাধারণত মিঠা জলের পরিবেশে পাওয়া যায়। যদিও ল্যাটিন নাম রোটিফারের অর্থ 'চাকা-বাহক', এই জীবগুলির কোনও ঘূর্ণায়মান কাঠামো নেই, বরং খাওয়ানো এবং চালানোর জন্য ব্যবহৃত ছন্দময়ভাবে স্পন্দিত সিলিয়ার একটি বলয় রয়েছে। কেরাটিনোসাইট, এক ধরনের ত্বক কোষ, ক্ষত নিরাময়ের প্রক্রিয়া চলাকালীন একটি ঘূর্ণায়মান গতির সাথে স্থানান্তরিত হয়। এই কোষগুলি প্যাথোজেন এবং আহত টিস্যুর মাধ্যমে আর্দ্রতা হ্রাসের বিরুদ্ধে একটি বাধা তৈরি করে। গোবরের বিটলগুলি প্রাণীর মলমূত্রের গোলাকার বল তৈরি করে, যা তারা সাধারণত পিছনের দিকে হেঁটে এবং তাদের পিছনের পা দিয়ে বলকে ধাক্কা দিয়ে তাদের দেহের সাথে রোল করে। ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণ ইঙ্গিত দেয় যে এই ঘূর্ণায়মান আচরণটি বেশ কয়েকবার স্বাধীনভাবে বিকশিত হয়েছিল। প্রাচীন মিশরীয় সংস্কৃতিতে এই বিটলগুলির আচরণ উল্লেখ করা হয়েছিল, যা তাদের ক্রিয়াকলাপকে পবিত্র তাৎপর্য প্রদান করেছিল। যদিও এটি গোবরের বল যা বিটলের পরিবর্তে ঘুরতে থাকে, বিটলগুলি একই যান্ত্রিক সমস্যার মুখোমুখি হয় যা ঘূর্ণায়মান জীবগুলির সাথে লড়াই করে। মুক্ত ঘূর্ণন ম্যাক্রোস্কোপিক প্রাণীদের মধ্যে, আপাতদৃষ্টিতে স্বাধীনভাবে ঘূর্ণায়মান কাঠামোর একটি একক পরিচিত উদাহরণ রয়েছে, যদিও এটি প্রণোদনার পরিবর্তে হজমের জন্য ব্যবহৃত হয়ঃ নির্দিষ্ট বাইভালভ এবং গ্যাস্ট্রোপডের স্ফটিক শৈলী। শৈলীটি একটি স্বচ্ছ গ্লাইকোপ্রোটিন রড নিয়ে গঠিত যা ক্রমাগত একটি সিলিয়া-রেখাযুক্ত থলিতে গঠিত হয় এবং পাকস্থলীতে প্রসারিত হয়। সিলিয়া রডটি ঘোরায়, যাতে এটি শ্লেষ্মার স্ট্র্যান্ডে আবৃত হয়ে যায়। যখন রডটি ধীরে ধীরে পেটে দ্রবীভূত হয়, তখন এটি পাচক এনজাইম মুক্ত করে। ভিভোতে শৈলীর আবর্তনের গতির অনুমান উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয় এবং শৈলীটি ক্রমাগত বা মাঝে মাঝে ঘোরানো হয় কিনা তা স্পষ্ট নয়। অণুবীক্ষণিক জীবন্ত কোষ দ্বারা ব্যবহৃত আণবিক-স্কেল ঘূর্ণন কাঠামোর দুটি পরিচিত উদাহরণ রয়েছে। এটিপি সিনথেস হল একটি উৎসেচক যা শক্তি সঞ্চয় এবং স্থানান্তর প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত হয়। এটি নীচে আলোচিত ফ্ল্যাজেলার মোটরগুলির সাথে কিছু মিল বহন করে। এটিপি সিন্থেস মডুলার বিবর্তন দ্বারা উদ্ভূত হয়েছে বলে মনে করা হয়, যেখানে তাদের নিজস্ব ফাংশন সহ দুটি সাবইউনিট যুক্ত হয়েছে এবং একটি নতুন কার্যকারিতা অর্জন করেছে। জৈবিক "চাকা" বা "প্রপেলার"-এর একমাত্র পরিচিত উদাহরণ হল ফ্ল্যাজেলাম, যা একক-কোষযুক্ত প্রোক্যারিওট দ্বারা চালিত একটি কর্কস্ক্রু-সদৃশ লেজ, যা একটি নির্দিষ্ট বস্তুতে ক্রমাগত প্রপালসিভ টর্ক প্রদান করতে সক্ষম। ব্যাকটেরিয়াল ফ্ল্যাজেলাম সবচেয়ে পরিচিত উদাহরণ। সমস্ত পরিচিত ব্যাকটেরিয়ার প্রায় অর্ধেকের কমপক্ষে একটি ফ্ল্যাজেলাম থাকে, যা ইঙ্গিত করে যে ঘূর্ণন আসলে জীবন্ত ব্যবস্থায় চলাচলের সবচেয়ে সাধারণ রূপ হতে পারে, যদিও এর ব্যবহার মাইক্রোস্কোপিক পরিবেশে সীমাবদ্ধ। ব্যাকটেরিয়াল ফ্ল্যাজেলামের গোড়ায়, যেখানে এটি কোষের ঝিল্লিতে প্রবেশ করে, একটি মোটর প্রোটিন ঘূর্ণায়মান ইঞ্জিন হিসাবে কাজ করে। ইঞ্জিনটি প্রোটন মোটিভ ফোর্স দ্বারা চালিত হয়, অর্থাৎ। কোষের বিপাক দ্বারা স্থাপিত একটি ঘনত্বের ঢাল দ্বারা ব্যাকটেরিয়া কোষের ঝিল্লি জুড়ে প্রোটনের (হাইড্রোজেন আয়ন) প্রবাহ দ্বারা। (ভিব্রিও গণের প্রজাতিতে, দুই ধরনের ফ্লাজেলা রয়েছে, পার্শ্বীয় এবং মেরু, এবং কিছু প্রোটন পাম্পের পরিবর্তে সোডিয়াম আয়ন পাম্প দ্বারা চালিত হয়।) ফ্ল্যাজেল্লা বেশ কার্যকরী, যা ব্যাকটেরিয়াকে প্রতি সেকেন্ডে 60 কোষ দৈর্ঘ্যের গতিতে চলাচল করতে দেয়। ফ্ল্যাজেলামের গোড়ায় ঘূর্ণমান মোটরটি এটিপি সিনথেসের কাঠামোর অনুরূপ। স্পিরিলাম ব্যাকটেরিয়ার উভয় প্রান্তে ফ্লাজেলা সহ হেলিকাল দেহ রয়েছে এবং তারা জলের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় তাদের দেহের কেন্দ্রীয় অক্ষের চারপাশে ঘোরে। ব্যাকটেরিয়া থেকে পৃথক প্রোক্যারিওটগুলির একটি গোষ্ঠী, আর্কিয়ায় ফ্ল্যাজেলাও রয়েছে-যা আর্কিয়েলা নামে পরিচিত-ঘূর্ণায়মান মোটর প্রোটিন দ্বারা চালিত, যা ব্যাকটেরিয়াল ফ্ল্যাজেলা থেকে কাঠামোগত এবং বিবর্তনীয়ভাবে আলাদাঃ যেখানে ব্যাকটেরিয়াল ফ্ল্যাজেলা ব্যাকটেরিয়াল টাইপ III নিঃসরণ ব্যবস্থা থেকে বিবর্তিত হয়েছে, আর্কিয়েলা টাইপ IV পিলি থেকে বিবর্তিত হয়েছে বলে মনে হয়। কিছু ইউক্যারিওটিক কোষ, যেমন প্রোটিস্ট ইউগ্লেনা এবং প্রাণীর শুক্রাণুতে একটি অভিসারী, বিবর্তনীয়ভাবে স্বতন্ত্র ফ্ল্যাজেলামের মতো কাঠামো থাকে যা সিলিয়াম বা আনডুলিপোডিয়াম নামে পরিচিত। ব্যাকটেরিয়াল ফ্ল্যাজেলার বিপরীতে, এই কাঠামোগুলি গোড়ায় আবর্তিত হয় না; বরং, এগুলি এমনভাবে বাঁকানো হয় যে অগ্রভাগটি একটি বৃত্তের মধ্যে চাবুক মারে। ন্যাভিকুলা, এক ধরনের ডায়াটম, একটি ট্র্যাক করা গাড়ির পদ্ধতিতে মুক্ত-প্রবাহিত শ্লেষ্মা স্ট্র্যান্ডের একটি ব্যান্ড ব্যবহার করে লোকোমোট হতে পারে। চাকাযুক্ত জীবের জন্য জৈবিক বাধা প্রকৃতিতে চাকাগুলির অনুপস্থিতি প্রায়শই জীববিজ্ঞান দ্বারা আরোপিত সীমাবদ্ধতার জন্য দায়ীঃ প্রাকৃতিক নির্বাচন প্রজাতির জন্য উপলব্ধ বিবর্তনীয় পথগুলিকে সীমাবদ্ধ করে এবং যে প্রক্রিয়াগুলির দ্বারা বহুকোষী জীবের বৃদ্ধি এবং বিকাশ একটি কার্যকরী চাকা নির্মাণের অনুমতি নাও দিতে পারে। বিবর্তনীয় সীমাবদ্ধতা বিবর্তনের প্রক্রিয়াগুলি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করতে পারে যে কেন বহুকোশিক জীবের মধ্যে চাকাযুক্ত গতিবিধি বিকশিত হয়নি, কারণ একটি জটিল কাঠামো বা ব্যবস্থা বিকশিত হবে না যদি এর অসম্পূর্ণ রূপটি জীবের জিন প্রচার করতে সহায়তা না করে। অভিযোজনগুলি প্রাকৃতিক নির্বাচনের মাধ্যমে ক্রমবর্ধমানভাবে উত্পাদিত হয়, তাই প্রধান ফেনোটাইপিক পরিবর্তনগুলি সাধারণত জনসংখ্যার মধ্যে ছড়িয়ে পড়বে না যদি তারা ব্যক্তিদের ফিটনেস হ্রাস করে। যদিও ফিটনেসকে প্রভাবিত করে না এমন পরিবর্তনগুলি জেনেটিক ড্রিফ্টের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়তে পারে এবং ক্ষতিকারক পরিবর্তনগুলি কিছু পরিস্থিতিতে ছড়িয়ে পড়তে পারে, তবে মধ্যবর্তী পর্যায়গুলি ফিটনেস বৃদ্ধি করলেই একাধিক পদক্ষেপের প্রয়োজন হয় এমন বড় পরিবর্তনগুলি ঘটবে। রিচার্ড ডকিন্স বিষয়টি বর্ণনা করেছেনঃ "চাকাটি এমন একটি ঘটনা হতে পারে যেখানে প্রকৌশল সমাধানটি সরল দৃষ্টিতে দেখা যায়, তবুও বিবর্তনে এটি অপ্রাপ্য কারণ এটি একটি গভীর উপত্যকার অপর দিকে অবস্থিত, যা মাউন্ট ইমপ্রোবেবলের বিশাল অংশ জুড়ে অপ্রতিরোধ্যভাবে কেটে যায়।" এই ধরনের ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপে, চাকাগুলি একটি অত্যন্ত অনুকূল "শিখর"-এ বসতে পারে, তবে সেই শিখরের চারপাশের উপত্যকাটি জিন পুলের জন্য জেনেটিক প্রবাহ বা প্রাকৃতিক নির্বাচনের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হওয়ার জন্য খুব গভীর বা প্রশস্ত হতে পারে। স্টিফেন জে গোল্ড উল্লেখ করেছেন যে জৈবিক অভিযোজন উপলব্ধ উপাদানগুলির সাথে কাজ করার মধ্যে সীমাবদ্ধ, মন্তব্য করেছেন যে "চাকাগুলি ভাল কাজ করে, তবে বিবর্তনীয় উত্তরাধিকার হিসাবে উত্তরাধিকারসূত্রে প্রাপ্ত কাঠামোগত সীমাবদ্ধতার কারণে প্রাণীদের সেগুলি তৈরি করতে বাধা দেওয়া হয়।" প্রাকৃতিক নির্বাচন তাই ব্যাখ্যা করে যে কেন চাকা চলাচলের সমস্যার একটি অসম্ভব সমাধানঃ একটি আংশিকভাবে বিবর্তিত চাকা, এক বা একাধিক মূল বৈশিষ্ট্য অনুপস্থিত, সম্ভবত কোনও জীবকে সুবিধা প্রদান করবে না। এর ব্যতিক্রম হল ফ্ল্যাজেলাম, জীববিজ্ঞানে অবাধে ঘূর্ণায়মান প্রপালসিভ সিস্টেমের একমাত্র পরিচিত উদাহরণ; ফ্ল্যাজেলার বিবর্তনে, পৃথক উপাদানগুলি পুরানো কাঠামো থেকে নিয়োগ করা হয়েছিল, যেখানে তারা প্রপালশনের সাথে সম্পর্কিত নয় এমন কাজ সম্পাদন করত। বেসাল বডি যা এখন ঘূর্ণমান মোটর, উদাহরণস্বরূপ, ব্যাকটেরিয়া দ্বারা অন্যান্য কোষে টক্সিন ইনজেকশনের জন্য ব্যবহৃত একটি কাঠামো থেকে বিবর্তিত হতে পারে। নতুন কাজ সম্পাদনের জন্য পূর্বে বিবর্তিত কাঠামোগুলির এই নিয়োগকে এক্স্যাপটেশন বলা হয়। আণবিক জীববিজ্ঞানী রবিন হলিডে লিখেছেন যে জৈবিক চাকার অনুপস্থিতি জীবনের বৈচিত্র্যের সৃষ্টিবাদী বা বুদ্ধিমান নকশার বিবরণের বিরুদ্ধে যুক্তি দেয়, কারণ একজন বুদ্ধিমান স্রষ্টা-বিবর্তনের দ্বারা আরোপিত সীমাবদ্ধতা থেকে মুক্ত-যেখানেই তারা ব্যবহারযোগ্য হবে সেখানে চাকা স্থাপন করার আশা করা হবে। মানব উৎপাদন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, বিভিন্ন জটিলতার চাকাযুক্ত ব্যবস্থা তৈরি করা মোটামুটি সহজ প্রমাণিত হয়েছে এবং বিদ্যুৎ সঞ্চালন ও ঘর্ষণের সমস্যাগুলি সমাধানযোগ্য প্রমাণিত হয়েছে। তবে, এটি স্পষ্ট নয় যে ভ্রূণের বিকাশের বিভিন্ন প্রক্রিয়া নীচে বর্ণিত কারণগুলির জন্য একটি কার্যকরী চাকা তৈরির জন্য উপযুক্ত-বা এমনকি সক্ষম। চাকাযুক্ত বহুকোষী জীবের সবচেয়ে বড় শারীরবৃত্তীয় বাধা হল চাকাটির স্থির এবং ঘূর্ণায়মান উপাদানগুলির মধ্যে সংযোগ। একটি নিষ্ক্রিয় বা চালিত ক্ষেত্রে, চাকা (এবং সম্ভবত অক্ষ) অবশ্যই বাকি মেশিন বা জীবের তুলনায় অবাধে ঘোরাতে সক্ষম হতে হবে। প্রাণীদের জয়েন্টগুলির বিপরীতে, যার গতির একটি সীমিত পরিসীমা রয়েছে, একটি চাকা অবশ্যই কখনও "অবাঞ্ছিত" হওয়ার প্রয়োজন ছাড়াই একটি নির্বিচারে কোণের মধ্য দিয়ে ঘোরাতে সক্ষম হতে হবে। এইভাবে, একটি চাকা স্থায়ীভাবে অক্ষ বা খাদের সাথে সংযুক্ত হতে পারে না যার চারপাশে এটি ঘোরে (অথবা, যদি অক্ষ এবং চাকা একসাথে স্থির থাকে, তবে অক্ষটি বাকি মেশিন বা জীবের সাথে সংযুক্ত করা যায় না)। এই প্রয়োজনীয়তা দ্বারা তৈরি বেশ কয়েকটি কার্যকরী সমস্যা রয়েছে, যদিও এগুলি আংশিকভাবে অতিক্রমযোগ্য হতে পারে। চালিত চাকাগুলিতে পাওয়ার ট্রান্সমিশন একটি চালিত চাকাটির ক্ষেত্রে, লোকোমোটিভ বল তৈরি করতে একটি টর্ক প্রয়োগ করতে হবে। মানব প্রযুক্তিতে, এই টর্ক সাধারণত একটি মোটর দ্বারা সরবরাহ করা হয়, যার মধ্যে বৈদ্যুতিক, পিস্টন-চালিত, টারবাইন-চালিত, বায়ুসংক্রান্ত এবং জলবাহী (টর্ক মানব শক্তি দ্বারাও সরবরাহ করা যেতে পারে, যেমন একটি সাইকেলের ক্ষেত্রে)। প্রাণীদের মধ্যে, গতি সাধারণত কঙ্কালের পেশী ব্যবহার করে অর্জন করা হয়, যা খাদ্য থেকে পুষ্টির বিপাক থেকে তাদের শক্তি অর্জন করে। যেহেতু এই পেশীগুলি উভয় উপাদানের সাথে সংযুক্ত থাকে যা অবশ্যই একে অপরের সাথে আপেক্ষিকভাবে চলতে হবে, তাই তারা সরাসরি একটি চাকা চালাতে সক্ষম নয় এবং শুধুমাত্র একটি সংযোগের মাধ্যমে এটি করতে পারে। উপরন্তু, বড় প্রাণী উচ্চ ত্বরণ উত্পাদন করতে পারে না, কারণ শরীরের আকারের সাথে জড়তা দ্রুত বৃদ্ধি পায়। যান্ত্রিক উপাদানগুলির ক্ষয় হ্রাস করতে এবং অতিরিক্ত উত্তাপ রোধ করতে ঘর্ষণ হ্রাস করা গুরুত্বপূর্ণ। উপাদানগুলির আপেক্ষিক গতি বাড়ার সাথে সাথে এবং তাদের মধ্যে যোগাযোগ শক্তি বাড়ার সাথে সাথে ঘর্ষণ প্রশমনের গুরুত্ব বৃদ্ধি পায়। দুটি উপাদানের মধ্যে ইন্টারফেসে ঘর্ষণ কমাতে বিভিন্ন ধরনের বিয়ারিং এবং/অথবা লুব্রিকেন্ট ব্যবহার করা যেতে পারে। মানুষের হাঁটুর মতো জৈবিক জয়েন্টগুলিতে, খুব কম ঘর্ষণ সহগ সহ কার্টিলেজের মাধ্যমে ঘর্ষণ হ্রাস পায়, পাশাপাশি লুব্রিকেটিং সাইনোভিয়াল তরল, যার সান্দ্রতা খুব কম। বার্লিনের হাম্বোল্ট বিশ্ববিদ্যালয়ের গেরহার্ড শোল্টজ দাবি করেছেন যে অনুরূপ একটি গোপন লুব্রিকেন্ট বা মৃত কোষীয় উপাদান একটি জৈবিক চাকাকে অবাধে ঘোরার অনুমতি দিতে পারে। পুষ্টি এবং বর্জ্য স্থানান্তর চাকা এবং অক্ষের (বা অক্ষ এবং দেহ) মধ্যে ইন্টারফেসে উদ্ভূত আরেকটি সম্ভাব্য সমস্যা হল এই ইন্টারফেসে উপকরণ স্থানান্তর করার জন্য একটি জীবের সীমিত ক্ষমতা। যদি একটি চাকা তৈরি করা টিস্যুগুলি জীবিত থাকে, তবে তাদের অক্সিজেন এবং পুষ্টি সরবরাহ করতে হবে এবং বিপাক বজায় রাখার জন্য বর্জ্য অপসারণ করতে হবে। রক্তনালীগুলির সমন্বয়ে গঠিত একটি সাধারণ প্রাণী সংবহন ব্যবস্থা ইন্টারফেস জুড়ে পরিবহন সরবরাহ করতে সক্ষম হবে না। রক্তনালীগুলির অনুপস্থিতিতে, অক্সিজেন, পুষ্টি এবং বর্জ্য পণ্যগুলি ইন্টারফেস জুড়ে ছড়িয়ে পড়তে হবে, এমন একটি প্রক্রিয়া যা ফিকের বিস্তারের আইন অনুসারে উপলব্ধ আংশিক চাপ এবং পৃষ্ঠের এলাকা দ্বারা ব্যাপকভাবে সীমাবদ্ধ হবে। বড় বহুকোষী প্রাণীর ক্ষেত্রে, বিস্তার অপর্যাপ্ত হবে। বিকল্পভাবে, একটি চাকা নির্গত, নির্জীব উপাদান যেমন কেরাটিন (যার মধ্যে চুল এবং নখ গঠিত হয়) দিয়ে গঠিত হতে পারে। চাকাগুলির অসুবিধাগুলি নির্দিষ্ট পরিবেশে এবং পরিস্থিতিতে যান্ত্রিক এবং অন্যান্য অসুবিধাগুলি বহন করে যা অঙ্গের চলাচলের তুলনায় হ্রাসপ্রাপ্ত ফিটনেসের প্রতিনিধিত্ব করে। এই অসুবিধাগুলি থেকে বোঝা যায় যে, উপরে আলোচিত জৈবিক সীমাবদ্ধতাগুলি বাদ দিয়েও, বহুকোষী জীবনে চাকাগুলির অনুপস্থিতি জীববিজ্ঞানের "বঞ্চিত সুযোগ" নাও হতে পারে যা এটি প্রথম বলে মনে হয়। প্রকৃতপক্ষে, অঙ্গপ্রত্যঙ্গের তুলনায় চাকাগুলির যান্ত্রিক অসুবিধা এবং সীমাবদ্ধ কার্যকারিতার পরিপ্রেক্ষিতে, কেন্দ্রীয় প্রশ্নটি বিপরীত হতে পারেঃ "প্রকৃতি কেন চাকা তৈরি করে না? ", বরং," মানুষের যানবাহন কেন অঙ্গপ্রত্যঙ্গের বেশি ব্যবহার করে না? " বেশিরভাগ ইঞ্জিনিয়ারড যানবাহনে অঙ্গপ্রত্যঙ্গের পরিবর্তে চাকাগুলির ব্যবহার সম্ভবত অঙ্গপ্রত্যঙ্গের উপর চাকাগুলির সামঞ্জস্যপূর্ণ কার্যকরী সুবিধার পরিবর্তে অঙ্গপ্রত্যঙ্গ নির্মাণ ও নিয়ন্ত্রণের জন্য প্রয়োজনীয় নকশার জটিলতার জন্য দায়ী হতে পারে। দক্ষতা রোলিং প্রতিরোধ যদিও শক্ত, সমতল ভূখণ্ডের (যেমন পাকা রাস্তা) উপর দিয়ে ভ্রমণ করার সময় শক্ত চাকাগুলি চলাচলের অন্যান্য উপায়ের তুলনায় বেশি শক্তি-দক্ষ, তবে মাটির মতো নরম ভূখণ্ডে চাকাগুলি বিশেষভাবে দক্ষ নয়, কারণ তারা রোলিং প্রতিরোধের জন্য ঝুঁকিপূর্ণ। ঘূর্ণায়মান প্রতিরোধে, একটি যানবাহন তার চাকাগুলির বিকৃতি এবং যে পৃষ্ঠে তারা ঘূর্ণায়মান হয় তার জন্য শক্তি হারায়। ছোট চাকাগুলি এই প্রভাবের জন্য বিশেষভাবে সংবেদনশীল। নরম পৃষ্ঠগুলি আরও বেশি বিকৃত হয় এবং দৃঢ় পৃষ্ঠগুলির তুলনায় কম পুনরুদ্ধার করে, যার ফলে আরও বেশি প্রতিরোধ হয়। মাঝারি থেকে শক্ত মাটিতে রোলিং প্রতিরোধ কংক্রিটের তুলনায় পাঁচ থেকে আট গুণ বেশি হতে পারে এবং বালিতে এটি দশ থেকে পনেরো গুণ বেশি হতে পারে। যদিও চাকাগুলি অবশ্যই তাদের পুরো পথ বরাবর পৃষ্ঠকে বিকৃত করতে হবে, অঙ্গগুলি পায়ের যোগাযোগের অঞ্চলের চারপাশে কেবল একটি ছোট, স্থানীয় বিকৃতি ঘটায়। এই কারণে, ঘূর্ণায়মান প্রতিরোধের ফলে ইতিহাসে অন্তত একবার একটি বড় অঞ্চল জুড়ে চাকা পরিত্যক্ত হয়েছিল। রোমান সাম্রাজ্যের সময়ে, মধ্যপ্রাচ্য এবং উত্তর আফ্রিকায় চাকাযুক্ত রথ প্রচলিত ছিল। তবুও যখন সাম্রাজ্য ভেঙে পড়ে এবং এর রাস্তাগুলি মেরামতের অনুপযোগী হয়ে পড়ে, তখন স্থানীয় জনগণের কাছে চাকাগুলি পছন্দের বাইরে চলে যায়, যারা বালুকাময় মরুভূমির জলবায়ুতে পণ্য পরিবহনের জন্য উটের দিকে ঝুঁকে পড়ে। স্টিফেন জে গোল্ড তাঁর হেন্স টিথ অ্যান্ড হর্সস টোস বইয়ে ইতিহাসের এই কৌতূহল ব্যাখ্যা করে বলেছেন যে, রক্ষণাবেক্ষণ করা রাস্তার অভাবে উটের জন্য ষাঁড় দ্বারা টানা চাকাযুক্ত গাড়ির চেয়ে কম জনবল এবং জলের প্রয়োজন হত। জলজ গতিশীলতার দক্ষতা একটি তরলের মধ্য দিয়ে চলার সময়, ঘূর্ণন ব্যবস্থা শুধুমাত্র অত্যন্ত কম রেনল্ডস সংখ্যায় (অর্থাৎ। সান্দ্রতা-অধ্যুষিত প্রবাহ) যেমন ব্যাকটেরিয়াল ফ্লাজেলা দ্বারা অভিজ্ঞ, যেখানে দোলন ব্যবস্থার উচ্চতর (জড়তা-অধ্যুষিত) রেনল্ডস সংখ্যায় সুবিধা রয়েছে। যেখানে জাহাজের প্রপেলারগুলির দক্ষতা সাধারণত প্রায় 60 শতাংশ এবং বিমানের প্রপেলারগুলির দক্ষতা প্রায় 80 শতাংশ (মানব-চালিত গোসামার কনডোরে 88 শতাংশ অর্জন), সেখানে 96-98%-এর পরিসরে অনেক বেশি দক্ষতা, মাছের লেজ বা পাখির ডানার মতো দোলনশীল নমনীয় ফয়েল দিয়ে অর্জন করা যেতে পারে। ট্র্যাকশন হুইলগুলি আলগা বা পিচ্ছিল ভূখণ্ডে পিছলে যাওয়ার প্রবণতা-ট্র্যাকশন তৈরি করতে অক্ষমতা। স্লিপিং শক্তি অপচয় করে এবং সম্ভাব্যভাবে নিয়ন্ত্রণ হারাতে পারে বা আটকে যেতে পারে, যেমন কাদা বা তুষারে একটি অটোমোবাইলের ক্ষেত্রে। চাকাগুলির এই সীমাবদ্ধতা মানব প্রযুক্তির ক্ষেত্রে দেখা যায়ঃ জৈবিকভাবে অনুপ্রাণিত প্রকৌশলের একটি উদাহরণে, পায়ের যানবাহনগুলি লগিং শিল্পে ব্যবহার করা হয়, যেখানে তারা চাকাযুক্ত যানবাহনগুলির চলাচলের জন্য খুব চ্যালেঞ্জিং ভূখণ্ডে প্রবেশের অনুমতি দেয়। ট্র্যাক করা যানবাহনগুলি চাকাযুক্ত যানবাহনের তুলনায় পিছলে যাওয়ার কারণে কম ক্ষতিগ্রস্থ হয়, কারণ মাটির সাথে তাদের বৃহত্তর যোগাযোগের ক্ষেত্রের কারণে-তবে তাদের চাকাযুক্ত যানবাহনের তুলনায় বড় বাঁকানো ব্যাসার্ধ থাকে এবং তারা কম দক্ষ এবং যান্ত্রিকভাবে আরও জটিল। যানবাহন প্রকৌশলী মিয়েকজিসল জি বেকারের কাজ বোঝায় যে প্রাকৃতিক ভূখণ্ডে অনিয়মের বিতরণ লগ-স্বাভাবিক; অর্থাৎ, ছোট বাধাগুলি বড়গুলির তুলনায় অনেক বেশি সাধারণ। সুতরাং, সমস্ত আকারের প্রাকৃতিক ভূখণ্ডে চলাচলের জন্য বাধা নেভিগেশন একটি চ্যালেঞ্জ। বাধা নেভিগেশনের প্রাথমিক উপায় হল বাধাগুলি অতিক্রম করা এবং সেগুলি অতিক্রম করা; প্রত্যেকটিরই নিজস্ব সহায়ক চ্যালেঞ্জ রয়েছে। শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের শারীরবিজ্ঞানী মাইকেল লাবারবেরা হাঁটা এবং হুইলচেয়ার ব্যবহারকারী মানুষের বাঁকানো ব্যাসার্ধের তুলনা করে চাকাগুলির দুর্বল কৌশলগত দক্ষতার চিত্র তুলে ধরেছেন। জারেড ডায়মন্ড যেমন উল্লেখ করেছেন, গড়ানোর বেশিরভাগ জৈবিক উদাহরণ পাওয়া যায় প্রশস্ত খোলা, শক্ত-প্যাকড ভূখণ্ডে, যার মধ্যে রয়েছে গোবরের বিটল এবং টাম্বলউইড দ্বারা গড়ানোর ব্যবহার। চাকার উপর দিয়ে যাওয়া উল্লম্ব বাধাগুলি, বিশেষত চাকাটির মতো একই মাপের বাধাগুলি মোকাবেলায় দুর্বল এবং চাকাটির উচ্চতার প্রায় 40 শতাংশের চেয়ে লম্বা উল্লম্ব বাধাগুলি আরোহণ করতে অক্ষম হতে পারে। এই সীমাবদ্ধতার কারণে, রুক্ষ ভূখণ্ডের জন্য চাকার জন্য আরও বড় ব্যাসের প্রয়োজন হয়। উপরন্তু, উচ্চারণ ছাড়াই, একটি চাকাযুক্ত যানবাহন একটি প্রতিবন্ধকতার উপরে আটকে যেতে পারে, চাকাগুলির মধ্যে বাধা সহ, তাদের মাটির সাথে যোগাযোগ করতে বাধা দেয়। বিপরীতে, অঙ্গগুলি আরোহণের জন্য দরকারী এবং অসম ভূখণ্ড মোকাবেলা করার জন্য সজ্জিত। অনিয়ন্ত্রিত চাকাগুলির সাথে, আরোহণের বাধাগুলি একটি গাড়ির দেহকে ঝুঁকে ফেলবে। যদি গাড়ির ভরের কেন্দ্রটি হুইলবেস বা অ্যাক্সেল ট্র্যাকের বাইরে চলে যায়, তবে গাড়িটি স্থিতিশীলভাবে অস্থিতিশীল হয়ে পড়ে এবং এর উপর দিয়ে চলে যাওয়ার প্রবণতা থাকে। গতিতে, একটি যানবাহন গতিশীলভাবে অস্থিতিশীল হয়ে উঠতে পারে-অর্থাৎ, এটি তার স্থির স্থায়িত্ব সীমার চেয়ে ছোট কোনও বাধা দ্বারা বা অত্যধিক ত্বরণ বা শক্ত বাঁক দিয়ে অতিক্রম করা যেতে পারে। সাসপেনশন সিস্টেমগুলি প্রায়শই চাকাযুক্ত যানবাহনের উল্টে যাওয়ার প্রবণতা হ্রাস করে, তবে সম্পূর্ণরূপে স্পষ্ট অঙ্গগুলির বিপরীতে, তারা উল্টে যাওয়া অবস্থান থেকে পুনরুদ্ধারের কোনও ক্ষমতা সরবরাহ করে না। স্থলজ চলাচলের জন্য প্রাণীদের দ্বারা ব্যবহৃত বহুমুখী অঙ্গগুলি প্রায়শই অন্যান্য উদ্দেশ্যেও ব্যবহৃত হয়, যেমন ধরা, ম্যানিপুলেটিং, আরোহণ, শাখা-দোলনা, সাঁতার কাটা, খনন, লাফ দেওয়া, নিক্ষেপ করা, আঘাত করা এবং সাজানো। উচ্চারণ ছাড়া, চাকাগুলি এই কাজগুলি সম্পাদন করতে পারে না। কল্পকাহিনী এবং কিংবদন্তিতে কিংবদন্তি এবং অনুমানমূলক কল্পকাহিনী ঘূর্ণায়মান এবং চাকাযুক্ত প্রাণীর প্রতি দীর্ঘস্থায়ী মানুষের আকর্ষণ প্রকাশ করে। ইউরোপ, জাপান, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং অস্ট্রেলিয়ার পৌরাণিক কাহিনীতে এই ধরনের প্রাণী দেখা যায়। প্রাক-কলম্বিয়ান মেক্সিকো এবং প্রত্নতাত্ত্বিক গ্রিস সহ প্রাক-আধুনিক সভ্যতা দ্বারা চাকাওয়ালা প্রাণী মূর্তি তৈরি করা হয়েছিল। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং অস্ট্রেলিয়ার কিংবদন্তি প্রাণী হুপ সাপ তার লেজ মুখে ধরে শিকারের দিকে চাকার মতো ঘুরতে থাকে বলে জানা যায়। জাপানি সংস্কৃতিতে অনুরূপ একটি পৌরাণিক প্রাণী রয়েছে। বুয়ার, ষোড়শ শতাব্দীর গ্রিমোয়ারে উল্লিখিত একটি দানব, কলিন ডি প্ল্যান্সি 'র ডিকশনারি ইনফার্নাল-এ বর্ণনা এবং চিত্রিত করা হয়েছিল যে এটি রেডিয়াল-সাজানো বাহু ছিল যার উপর এটি ঘূর্ণিত ছিল। ডাচ গ্রাফিক শিল্পী এম. সি. এসচার 1951 সালের একটি লিথোগ্রাফ-এ তাঁর নিজস্ব উদ্ভাবনের একটি ঘূর্ণায়মান প্রাণীর চিত্র তুলে ধরেছিলেন। কমিক লেখক কার্ল বার্কস, বিজ্ঞান কল্পকাহিনী লেখক ফ্রেডরিক ব্রাউন, জর্জ আর. আর. মার্টিন এবং জোয়ান স্লনচেউস্কির কাজ এবং সোনিক দ্য হেজেহগ ভিডিও গেম সিরিজেও রোলিং প্রাণীদের বৈশিষ্ট্যযুক্ত করা হয়েছে। 1940-এর দশকে মেক্সিকোর ভেরাক্রুজে প্রত্নতাত্ত্বিকরা প্রাক-কলম্বিয়ান যুগের চাকাযুক্ত খেলনা প্রাণী আবিষ্কার করেছিলেন। ইউরোপীয়দের আগমনের আগে এই অঞ্চলের আদিবাসীরা পরিবহনের জন্য চাকা ব্যবহার করত না। বিংশ শতাব্দীর বেশ কয়েকজন লেখক চাকাযুক্ত প্রাণীর সম্ভাবনার অন্বেষণ করেছিলেন। এল. ফ্রাঙ্ক বাউমের 1907 সালের শিশুদের উপন্যাস 'অজমা অফ অজ'-এ হাত ও পায়ের পরিবর্তে চাকা সহ মানবসৃষ্ট প্রাণীদের তুলে ধরা হয়েছে, যাকে হুইলার বলা হয়। তাদের চাকাগুলি কেরাটিন দ্বারা গঠিত, যা জীববিজ্ঞানীদের দ্বারা জীবন্ত চাকাগুলির সাথে পুষ্টি এবং বর্জ্য স্থানান্তর সমস্যা এড়ানোর একটি উপায় হিসাবে পরামর্শ দেওয়া হয়েছে। খোলা ভূখণ্ডে দ্রুত চলাচল করা সত্ত্বেও, চাকা চালকরা তাদের পথে বাধাগুলির দ্বারা বাধাগ্রস্ত হয় যা অঙ্গ-প্রত্যঙ্গযুক্ত প্রাণীদের বাধা দেয় না। বিংশ শতাব্দীর শেষার্ধে, ক্লিফোর্ড ডি. সিমাক, পিয়ার্স অ্যান্টনি, ডেভিড ব্রিন, কে. এ. অ্যাপলগেট, ফিলিপ পুলম্যান এবং লেখক অংশীদার ইয়ান স্টুয়ার্ট এবং জ্যাক কোহেন সহ ফ্যান্টাসি এবং বিজ্ঞান কল্পকাহিনী লেখকদের কাজগুলিতে চাকাযুক্ত বা চাকা ব্যবহারকারী প্রাণী প্রদর্শিত হয়েছিল। এই কাজগুলির মধ্যে কয়েকটি চাকাযুক্ত প্রাণীদের উপর বিকাশমূলক এবং জৈব-যান্ত্রিক সীমাবদ্ধতাগুলিকে সম্বোধন করেঃ ব্রিনের প্রাণীরা আর্থ্রাইটিক এক্সলে ভুগছে, এবং পুলম্যানের মুলেফা চাকা নিয়ে জন্মগ্রহণ করে না, বরং বীজের শুঁটিগুলির উপর ঘূর্ণায়মান হয় যার সাথে তারা সহাবস্থান করে। আরও দেখুন বায়োমিমিক্রি, যার মধ্যে রয়েছে জীবন্ত ব্যবস্থার দ্বারা জৈবিকভাবে অনুপ্রাণিত প্রকৌশল প্রজেক্টাইল ব্যবহার, মানব প্রযুক্তি রোবট লোকোমোশনের সাথে যুক্ত আরেকটি অভিযোজন, যেখানে জীবন্ত ব্যবস্থার মুখোমুখি লোকোমোটিভ সমস্যাগুলি একটি প্রযুক্তিগত প্রেক্ষাপটে সমাধান করা হয় ইসুস, প্ল্যানথপারদের অনেক গণের মধ্যে একটি যা লাফ দেওয়ার সময় তাদের পা সিঙ্ক্রোনাইজ করার জন্য গিয়ার প্রক্রিয়া ব্যবহার করে।