Rotating locomotion in living systems
કેટલાક સજીવો હલનચલનને ફેરવવા માટે સક્ષમ છે. જો કે, સાચા વ્હીલ્સ અને પ્રોપેલર્સ-માનવ વાહનોમાં તેમની ઉપયોગિતા હોવા છતાં-જીવંત વસ્તુઓની હિલચાલમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવતા નથી (ચોક્કસ ફ્લેગેલાના અપવાદ સાથે, જે કોર્કસ્ક્રૂની જેમ કામ કરે છે). જીવવિજ્ઞાનીઓએ જૈવિક ચક્રોની સ્પષ્ટ ગેરહાજરી માટે ઘણી સ્પષ્ટતાઓ આપી છે, અને ચક્રવાળા પ્રાણીઓ ઘણીવાર સટ્ટાકીય સાહિત્યમાં દેખાયા છે. માનવ તકનીકીમાં ચક્રની સર્વવ્યાપકતા અને અન્ય ઘણી તકનીકો (જેમ કે પાંખો અને લેન્સ) ના જૈવિક એનાલોગના અસ્તિત્વને જોતાં, કુદરતી વિશ્વમાં ચક્રોનો અભાવ સમજૂતીની માંગ કરતો હોય તેવું લાગે છે-અને આ ઘટનાને વ્યાપક રીતે બે મુખ્ય પરિબળો દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. પ્રથમ, કુદરતી પસંદગી દ્વારા ચક્રના આગમનમાં ઘણા વિકાસલક્ષી અને ઉત્ક્રાંતિવાદી અવરોધો છે, જે આ પ્રશ્નને સંબોધિત કરે છે કે "જીવન ચક્ર કેમ વિકસિત કરી શકતું નથી?" બીજું, કુદરતી વાતાવરણમાં પ્રોપલ્શનના અન્ય માધ્યમો (જેમ કે ચાલવું, દોડવું અથવા સ્લિદરિંગ) ની સરખામણીમાં વ્હીલ્સ ઘણીવાર સ્પર્ધાત્મક ગેરલાભમાં હોય છે, જે પ્રશ્નને સંબોધિત કરે છે કે "જો વ્હીલ્સ વિકસિત થાય છે, તો તે શા માટે દુર્લભ હોઈ શકે છે?" આ પર્યાવરણ-વિશિષ્ટ ગેરલાભ એ પણ સમજાવે છે કે શા માટે મનુષ્યોએ ઇતિહાસમાં ઓછામાં ઓછા એક વાર અમુક પ્રદેશોમાં ચક્રને છોડી દીધું. જીવવિજ્ઞાનમાં પરિભ્રમણના જાણીતા ઉદાહરણો પરિભ્રમણનો ઉપયોગ કરીને હલનચલનની બે અલગ પદ્ધતિઓ અસ્તિત્વમાં છેઃ પ્રથમ, સરળ રોલિંગ; અને બીજું, વ્હીલ્સ અથવા પ્રોપેલર્સનો ઉપયોગ, જે નિશ્ચિત બોડીની તુલનામાં એક્સલ અથવા શાફ્ટ પર ફરે છે. જ્યારે ઘણા પ્રાણીઓ પહેલાની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે, ત્યારે પછીનું સૂક્ષ્મ, એકકોશિક સજીવો સુધી મર્યાદિત છે. રોલિંગ કેટલાક સજીવો હલનચલનના સાધન તરીકે રોલિંગનો ઉપયોગ કરે છે. આ ઉદાહરણો ચક્રના ઉપયોગની રચના કરતા નથી, કારણ કે સજીવ સ્વતંત્ર રીતે ફરતા અલગ ભાગોનો ઉપયોગ કરવાને બદલે સંપૂર્ણ રીતે ફરે છે. લંબચોરસ સજીવોની કેટલીક પ્રજાતિઓ તેમના શરીરને વળાંક આપવા માટે લૂપમાં બનાવે છે, જેમાં ચોક્કસ કેટરપિલર (જે જોખમથી બચવા માટે આમ કરે છે), વાઘ ભમરોના લાર્વા, માયરીપોડ્સ, મેન્ટિસ ઝીંગા, આર્મડિલિડીડે અને માઉન્ટ લાયલ સેલામેંડર્સનો સમાવેશ થાય છે. અન્ય પ્રજાતિઓ વધુ ગોળાકાર મુદ્રાઓ અપનાવે છે, મુખ્યત્વે તેમના શરીરને શિકારીઓથી બચાવવા માટે; આ મુદ્રા પેંગોલિન, વ્હીલ કરોળિયા, હેજહોગ્સ, આર્મડિલોસ, આર્મડિલો કમરબંધ ગરોળી, આઇસોપોડ્સ અને અશ્મિભૂત ટ્રાયલોબાઇટ્સમાં જોવા મળે છે. પેંગોલિન અને વ્હીલ સ્પાઈડર જાણીજોઈને શિકારીઓથી દૂર જતા જોવા મળ્યા છે. આ પ્રજાતિઓ નિષ્ક્રિય રીતે (ગુરુત્વાકર્ષણ અથવા પવનના પ્રભાવ હેઠળ) અથવા સક્રિય રીતે, સામાન્ય રીતે તેમના આકારમાં ફેરફાર કરીને પ્રેરક બળ પેદા કરી શકે છે. ટમ્બલવીડ્સ, જે અમુક છોડના જમીનની ઉપરના ભાગો છે, તેમના મૂળના માળખાથી અલગ પડે છે અને તેમના બીજ વહેંચવા માટે પવનમાં ઘૂમે છે. આ છોડ ખાસ કરીને ખુલ્લા મેદાનોમાં જોવા મળે છે. આમાંથી સૌથી વધુ જાણીતાઓમાં કાલી ટ્રાગસ (જે સાલસોલા ટ્રાગસ તરીકે પણ ઓળખાય છે) અથવા કાંટાદાર રશિયન થિસલનો સમાવેશ થાય છે, જે 19મી સદીના અંતમાં ઉત્તર અમેરિકામાં આવ્યા હતા અને હાનિકારક નીંદણ તરીકેની પ્રતિષ્ઠા મેળવી હતી. જીનસ બોવિસ્ટાના ફૂગ તેમના બીજકણને વિખેરવા માટે સમાન વ્યૂહરચનાનો ઉપયોગ કરવા માટે જાણીતા છે. રોટિફર્સ એ સૂક્ષ્મ પરંતુ બહુકોશિક પ્રાણીઓનો વંશ છે, જે સામાન્ય રીતે તાજા પાણીના વાતાવરણમાં જોવા મળે છે. જો કે લેટિન નામ રોટિફરનો અર્થ 'ચક્ર-વાહક' થાય છે, આ સજીવોમાં કોઈ ફરતી રચનાઓ નથી, પરંતુ ખોરાક અને પ્રોપલ્શન માટે ઉપયોગમાં લેવાતા લયબદ્ધ રીતે ધબકતી સિલિયાની વીંટી છે. કેરાટિનોસાઇટ્સ, ત્વચાના કોષનો એક પ્રકાર, ઘા ભરવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન ફરતી ગતિ સાથે સ્થળાંતર કરે છે. આ કોષો પેથોજેન્સ સામે અવરોધ ઊભો કરે છે અને ઘાયલ પેશીઓ દ્વારા ભેજનું નુકસાન કરે છે. છાણના ભૃંગ પ્રાણીઓના મળમૂત્રના ગોળાકાર દડા બનાવે છે, જેને તેઓ સામાન્ય રીતે પાછળની તરફ ચાલીને અને તેમના પાછળના પગથી દડો ધકેલીને તેમના શરીર સાથે ફેરવે છે. ફિલોજેનેટિક વિશ્લેષણ સૂચવે છે કે આ ફરતી વર્તણૂક ઘણી વખત સ્વતંત્ર રીતે વિકસિત થઈ છે. આ ભૃંગોનું વર્તન પ્રાચીન ઇજિપ્તની સંસ્કૃતિમાં નોંધવામાં આવ્યું હતું, જેણે તેમની પ્રવૃત્તિઓને પવિત્ર મહત્વ આપ્યું હતું. જો કે તે ભમરોને બદલે છાણનો દડો જ ઘૂમે છે, તેમ છતાં ભૃંગને ઘણી બધી યાંત્રિક મુશ્કેલીઓનો સામનો કરવો પડે છે જેનો સામનો ફરતા સજીવો કરે છે. મુક્ત પરિભ્રમણ મેક્રોસ્કોપિક પ્રાણીઓમાં, દેખીતી રીતે મુક્ત રીતે ફરતી રચનાનું એક જાણીતું ઉદાહરણ અસ્તિત્વમાં છે, જો કે તેનો ઉપયોગ પ્રોપલ્શનને બદલે પાચન માટે થાય છેઃ ચોક્કસ દ્વિશિર અને ગેસ્ટ્રોપોડ્સની સ્ફટિકીય શૈલી. આ શૈલીમાં પારદર્શક ગ્લાયકોપ્રોટીન લાકડી હોય છે જે સિલિયા-રેખિત કોથળીમાં સતત રચાય છે અને પેટમાં વિસ્તરે છે. સિલિયા લાકડી ફેરવે છે, જેથી તે લાળના તારમાં લપેટાઈ જાય છે. જેમ જેમ લાકડી ધીમે ધીમે પેટમાં ઓગળી જાય છે, તે પાચન ઉત્સેચકોને મુક્ત કરે છે. વિવોમાં શૈલીના પરિભ્રમણની ઝડપના અંદાજો નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે, અને તે અસ્પષ્ટ છે કે શૈલી સતત અથવા વચ્ચે વચ્ચે ફેરવવામાં આવે છે કે નહીં. માઇક્રોસ્કોપિક જીવંત કોષો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા મોલેક્યુલર-સ્કેલ ફરતી રચનાઓના બે જાણીતા ઉદાહરણો છે. એટીપી સિન્થેઝ એ એક ઉત્સેચક છે જેનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ અને સ્થાનાંતરણની પ્રક્રિયામાં થાય છે. તે નીચે ચર્ચા કરાયેલ ફ્લેગેલર મોટર્સ સાથે કેટલીક સમાનતા ધરાવે છે. એટીપી સિન્થેઝ મોડ્યુલર ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા ઉદ્ભવ્યું હોવાનું માનવામાં આવે છે, જેમાં તેમના પોતાના કાર્યો સાથે બે પેટા એકમો સંકળાયેલા બન્યા છે અને નવી કાર્યક્ષમતા મેળવી છે. જૈવિક "ચક્ર" અથવા "પ્રોપેલર" નું એકમાત્ર જાણીતું ઉદાહરણ-એક નિશ્ચિત બોડી વિશે સતત પ્રોપલ્સિવ ટોર્ક પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ સિસ્ટમ-ફ્લેજેલમ છે, જે એક કોષીય પ્રોકેરીયોટ્સ દ્વારા પ્રોપલ્શન માટે ઉપયોગમાં લેવાતી કોર્કસ્ક્રુ જેવી પૂંછડી છે. બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલમ એ સૌથી જાણીતું ઉદાહરણ છે. તમામ જાણીતા બેક્ટેરિયામાંથી લગભગ અડધા બેક્ટેરિયામાં ઓછામાં ઓછું એક ફ્લેજેલમ હોય છે, જે સૂચવે છે કે પરિભ્રમણ હકીકતમાં જીવંત પ્રણાલીઓમાં હલનચલનનું સૌથી સામાન્ય સ્વરૂપ હોઈ શકે છે, જો કે તેનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મ પર્યાવરણ સુધી મર્યાદિત છે. બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલમના આધાર પર, જ્યાં તે કોષ પટલમાં પ્રવેશ કરે છે, મોટર પ્રોટીન રોટરી એન્જિન તરીકે કાર્ય કરે છે. એન્જિન પ્રોટોન પ્રેરક બળ દ્વારા સંચાલિત છે, એટલે કે. કોષના ચયાપચય દ્વારા સ્થાપિત સાંદ્રતા ઢાળને કારણે બેક્ટેરિયલ કોષ પટલમાં પ્રોટોન (હાઇડ્રોજન આયન) ના પ્રવાહ દ્વારા. (વિબ્રિયો જીનસની પ્રજાતિઓમાં, ફ્લેજેલા બે પ્રકારના હોય છે, લેટરલ અને પોલર, અને કેટલાક પ્રોટોન પંપને બદલે સોડિયમ આયન પંપ દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે.) ફ્લેજેલા ખૂબ કાર્યક્ષમ છે, જે બેક્ટેરિયાને પ્રતિ સેકન્ડ 60 કોષ લંબાઈની ઝડપે આગળ વધવા દે છે. ફ્લેજેલમના આધાર પરની રોટરી મોટર માળખામાં ATP સિન્થેઝ જેવી જ હોય છે. સ્પિરિલમ બેક્ટેરિયામાં બંને છેડે ફ્લેજેલા સાથે હેલિકલ બોડી હોય છે, અને જ્યારે તેઓ પાણીમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેઓ તેમના શરીરના મધ્ય અક્ષની આસપાસ ફરે છે. આર્કિયા, જે બેક્ટેરિયાથી અલગ પ્રોકેરીયોટ્સનો સમૂહ છે, તેમાં ફ્લેજેલા પણ હોય છે-જેને આર્કીલા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે-જે રોટરી મોટર પ્રોટીન દ્વારા સંચાલિત હોય છે, જે માળખાકીય અને ઉત્ક્રાંતિથી બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલાથી અલગ હોય છેઃ જ્યારે બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલા બેક્ટેરિયલ પ્રકાર III સ્ત્રાવ સિસ્ટમમાંથી વિકસિત થયું હોય, ત્યારે આર્કીલા પ્રકાર IV પિલીમાંથી વિકસિત થયું હોય તેવું લાગે છે. કેટલાક યુકેરીયોટિક કોષો, જેમ કે પ્રોટિસ્ટ યુગ્લેના અને પ્રાણીના શુક્રાણુ, સિલિયમ અથવા અંડુલિપોડિયમ તરીકે ઓળખાતી અભિસારી, ઉત્ક્રાંતિવાદી રીતે અલગ ફ્લેજેલમ જેવી રચના ધરાવે છે. બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલ્લાથી વિપરીત, આ રચનાઓ આધાર પર ફરતી નથી; તેના બદલે, તેઓ એવી રીતે વળે છે કે ટોચ વર્તુળમાં ચાબુક મારે છે. નેવિક્યુલા, એક પ્રકારનો ડાયાટમ, ટ્રેક કરેલા વાહનની રીતે મુક્ત વહેતા મ્યુકિલેજ સ્ટ્રાન્ડ્સના બેન્ડનો ઉપયોગ કરીને લોકોમોટ કરી શકે છે. ચક્રવાળા સજીવો માટે જૈવિક અવરોધો પ્રકૃતિમાં ચક્રોની ગેરહાજરી વારંવાર જીવવિજ્ઞાન દ્વારા લાદવામાં આવેલા અવરોધોને આભારી છેઃ કુદરતી પસંદગી પ્રજાતિઓ માટે ઉપલબ્ધ ઉત્ક્રાંતિના માર્ગોને અવરોધે છે, અને જે પ્રક્રિયાઓ દ્વારા બહુકોશિક સજીવો વૃદ્ધિ પામે છે અને વિકાસ પામે છે તે કાર્યશીલ ચક્રના નિર્માણને મંજૂરી આપી શકશે નહીં. ઉત્ક્રાંતિના અવરોધો ઉત્ક્રાંતિની પ્રક્રિયાઓ એ સમજાવવામાં મદદ કરી શકે છે કે શા માટે બહુકોશિક સજીવોમાં ચક્રવાળું હલનચલન વિકસિત થયું નથી, કારણ કે જો તેનું અપૂર્ણ સ્વરૂપ જીવતંત્રના જનીનોના પ્રસાર માટે કામ ન કરે તો એક જટિલ માળખું અથવા પ્રણાલી વિકસિત થશે નહીં. અનુકૂલન કુદરતી પસંદગી દ્વારા ક્રમિક રીતે ઉત્પન્ન થાય છે, તેથી જો તેઓ વ્યક્તિઓની તંદુરસ્તીમાં ઘટાડો કરે તો મોટા ફેનોટાઇપિક ફેરફારો સામાન્ય રીતે વસ્તીમાં ફેલાતા નથી. જો કે તંદુરસ્તીને અસર ન કરતા ફેરફારો આનુવંશિક પ્રવાહ દ્વારા ફેલાઈ શકે છે, અને કેટલાક સંજોગોમાં હાનિકારક ફેરફારો ફેલાઈ શકે છે, મોટા ફેરફારો કે જેમાં બહુવિધ પગલાંની જરૂર હોય તે ત્યારે જ થશે જો મધ્યવર્તી તબક્કાઓ તંદુરસ્તીમાં વધારો કરે. રિચાર્ડ ડોકિન્સ આ બાબતને વર્ણવે છેઃ "ચક્ર એ એવા કિસ્સાઓમાંનું એક હોઈ શકે છે જ્યાં ઇજનેરી ઉકેલ સાદા દૃશ્યમાં જોઈ શકાય છે, તેમ છતાં ઉત્ક્રાંતિમાં અપ્રાપ્ય છે કારણ કે તે ઊંડી ખીણની બીજી બાજુએ આવેલું છે, જે માઉન્ટ ઇમ્પ્રોબેબલના સમૂહની આજુબાજુ અસંબદ્ધ રીતે કાપી નાખે છે". આવા તંદુરસ્તીના લેન્ડસ્કેપમાં, વ્હીલ્સ અત્યંત અનુકૂળ "શિખર" પર બેસી શકે છે, પરંતુ તે શિખરની આસપાસની ખીણ જનીન પૂલ માટે આનુવંશિક પ્રવાહ અથવા કુદરતી પસંદગી દ્વારા સ્થળાંતર કરવા માટે ખૂબ ઊંડી અથવા પહોળી હોઈ શકે છે. સ્ટીફન જે ગૌલ્ડ નોંધે છે કે જૈવિક અનુકૂલન ઉપલબ્ધ ઘટકો સાથે કામ કરવા સુધી મર્યાદિત છે, અને ટિપ્પણી કરે છે કે "વ્હીલ્સ સારી રીતે કામ કરે છે, પરંતુ પ્રાણીઓને ઉત્ક્રાંતિના વારસા તરીકે વારસામાં મળેલા માળખાકીય અવરોધો દ્વારા તેમને બનાવવામાંથી પ્રતિબંધિત કરવામાં આવે છે". તેથી કુદરતી પસંદગી સમજાવે છે કે શા માટે વ્હીલ્સ હલનચલનની સમસ્યાનો અસંભવિત ઉકેલ છેઃ આંશિક રીતે વિકસિત ચક્ર, જેમાં એક અથવા વધુ મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ ખૂટે છે, તે કદાચ જીવતંત્રને લાભ આપશે નહીં. આનો અપવાદ ફ્લેજેલમ છે, જે જીવવિજ્ઞાનમાં મુક્તપણે ફરતી પ્રોપલ્સિવ સિસ્ટમનું એકમાત્ર જાણીતું ઉદાહરણ છે; ફ્લેજેલાના ઉત્ક્રાંતિમાં, વ્યક્તિગત ઘટકોને જૂની રચનાઓમાંથી ભરતી કરવામાં આવ્યા હતા, જ્યાં તેઓ પ્રોપલ્શન સાથે અસંબંધિત કાર્યો કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, મૂળભૂત શરીર કે જે હવે રોટરી મોટર છે, તે બેક્ટેરિયમ દ્વારા અન્ય કોષોમાં ઝેર દાખલ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા માળખામાંથી વિકસિત થયું હોઈ શકે છે. નવા કાર્યો કરવા માટે અગાઉ વિકસિત માળખાઓની આ ભરતીને એક્સપ્ટેશન કહેવામાં આવે છે. મોલેક્યુલર જીવવિજ્ઞાની રોબિન હોલીડેએ લખ્યું છે કે જૈવિક ચક્રોની ગેરહાજરી જીવનની વિવિધતાના સર્જનવાદી અથવા બુદ્ધિશાળી ડિઝાઇન એકાઉન્ટ્સ સામે દલીલ કરે છે, કારણ કે એક બુદ્ધિશાળી સર્જક-ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા લાદવામાં આવેલી મર્યાદાઓથી મુક્ત-જ્યાં પણ તેઓ ઉપયોગી હશે ત્યાં ચક્ર તૈનાત કરવાની અપેક્ષા રાખવામાં આવશે. વિકાસલક્ષી અને શારીરિક અવરોધો માનવ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને, વિવિધ જટિલતાની ચક્રવાળી પ્રણાલીઓનું નિર્માણ એકદમ સરળ સાબિત થયું છે, અને પાવર ટ્રાન્સમિશન અને ઘર્ષણના મુદ્દાઓ ઉકેલવા યોગ્ય સાબિત થયા છે. જો કે, તે સ્પષ્ટ નથી કે ગર્ભ વિકાસની અત્યંત અલગ પ્રક્રિયાઓ નીચે વર્ણવેલ કારણોસર કાર્યરત ચક્રના ઉત્પાદન માટે-અથવા તો સક્ષમ પણ છે. ચક્રવાળા બહુકોશિક સજીવો માટે સૌથી મોટો શારીરિક અવરોધ એ ચક્રના સ્થિર અને ફરતા ઘટકો વચ્ચેનો આંતરછેદ છે. નિષ્ક્રિય અથવા સંચાલિત કિસ્સામાં, ચક્ર (અને સંભવતઃ એક્સલ) બાકીના મશીન અથવા જીવતંત્રની તુલનામાં મુક્તપણે ફેરવવા માટે સક્ષમ હોવું જોઈએ. પ્રાણીઓના સાંધાઓથી વિપરીત, જે ગતિની મર્યાદિત શ્રેણી ધરાવે છે, એક ચક્ર ક્યારેય "અનવોલ્ડ" હોવાની જરૂર વગર મનસ્વી ખૂણાથી ફેરવવા માટે સક્ષમ હોવું જોઈએ. જેમ કે, ચક્રને તે એક્સલ અથવા શાફ્ટ સાથે કાયમી રીતે જોડી શકાતું નથી જેની આસપાસ તે ફરે છે (અથવા, જો એક્સલ અને વ્હીલ એકસાથે નિશ્ચિત હોય, તો એક્સલને બાકીના મશીન અથવા જીવતંત્ર સાથે જોડી શકાતું નથી). આ જરૂરિયાત દ્વારા ઘણી કાર્યાત્મક સમસ્યાઓ ઊભી થઈ છે, જોકે આ આંશિક રીતે દૂર કરી શકાય તેવી હોઈ શકે છે. સંચાલિત વ્હીલ્સમાં પાવર ટ્રાન્સમિશન સંચાલિત વ્હીલના કિસ્સામાં, લોકોમોટિવ બળ પેદા કરવા માટે ટોર્ક લાગુ કરવો આવશ્યક છે. માનવ તકનીકીમાં, આ ટોર્ક સામાન્ય રીતે મોટર દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે, જેમાંથી ઘણા પ્રકારો છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રિક, પિસ્ટન-સંચાલિત, ટર્બાઇન-સંચાલિત, વાયુયુક્ત અને હાઇડ્રોલિક (ટોર્ક માનવ શક્તિ દ્વારા પણ પ્રદાન કરી શકાય છે, જેમ કે સાયકલના કિસ્સામાં). પ્રાણીઓમાં, ગતિ સામાન્ય રીતે હાડપિંજરના સ્નાયુઓના ઉપયોગ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે, જે ખોરાકમાંથી પોષક તત્ત્વોના ચયાપચયમાંથી તેમની ઊર્જા મેળવે છે. કારણ કે આ સ્નાયુઓ બંને ઘટકો સાથે જોડાયેલા હોય છે જે એકબીજા સાથે સંબંધિત હોવા જોઈએ, તેઓ સીધા ચક્ર ચલાવવા માટે સક્ષમ નથી, અને માત્ર જોડાણ દ્વારા જ આમ કરી શકે છે. વધુમાં, મોટા પ્રાણીઓ ઉચ્ચ પ્રવેગ પેદા કરી શકતા નથી, કારણ કે જડતા શરીરના કદ સાથે ઝડપથી વધે છે. યાંત્રિક ઘટકો પર ઘસારો ઘટાડવા અને વધુ પડતી ગરમીને રોકવા માટે ઘર્ષણ ઘટાડવું મહત્વપૂર્ણ છે. જેમ જેમ ઘટકોની સાપેક્ષ ઝડપ વધે છે, અને જેમ જેમ તેમની વચ્ચે સંપર્ક બળ વધે છે, તેમ તેમ ઘર્ષણ શમનનું મહત્વ વધે છે. બે ઘટકો વચ્ચેના આંતરછેદ પર ઘર્ષણ ઘટાડવા માટે વિવિધ પ્રકારના બેરિંગ અને/અથવા લ્યુબ્રિકન્ટનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. માનવ ઘૂંટણ જેવા જૈવિક સાંધામાં, ઘર્ષણ ખૂબ જ ઓછા ઘર્ષણ ગુણાંક સાથે કોમલાસ્થિ દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે, તેમજ લ્યુબ્રિકેટિંગ સિનોવિયલ પ્રવાહી, જે ખૂબ ઓછી સ્નિગ્ધતા ધરાવે છે. બર્લિનની હમ્બોલ્ટ યુનિવર્સિટીના ગેરહાર્ડ સ્કોલ્ટ્ઝ ભારપૂર્વક જણાવે છે કે સમાન સ્ત્રાવિત ઊંજણ અથવા મૃત સેલ્યુલર સામગ્રી જૈવિક ચક્રને મુક્તપણે ફેરવવાની મંજૂરી આપી શકે છે. ચક્ર અને એક્સલ (અથવા એક્સલ અને બોડી) વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ઊભી થતી અન્ય સંભવિત સમસ્યા એ છે કે આ ઇન્ટરફેસમાં સામગ્રીને સ્થાનાંતરિત કરવાની જીવતંત્રની મર્યાદિત ક્ષમતા છે. જો ચક્ર બનાવતી પેશીઓ જીવંત હોય, તો તેમને ઓક્સિજન અને પોષક તત્ત્વો પૂરા પાડવાની જરૂર પડશે અને ચયાપચયને ટકાવી રાખવા માટે કચરો દૂર કરવાની જરૂર પડશે. એક લાક્ષણિક પ્રાણી રુધિરાભિસરણ તંત્ર, જે રુધિરવાહિનીઓથી બનેલું હોય છે, તે સમગ્ર આંતરપૃષ્ઠમાં પરિવહન પ્રદાન કરી શકશે નહીં. રક્ત વાહિનીઓની ગેરહાજરીમાં, ઓક્સિજન, પોષક તત્ત્વો અને કચરાના ઉત્પાદનોને સમગ્ર આંતરપૃષ્ઠમાં ફેલાવવાની જરૂર પડશે, એક એવી પ્રક્રિયા જે ફિકના પ્રસરણના નિયમ અનુસાર ઉપલબ્ધ આંશિક દબાણ અને સપાટી વિસ્તાર દ્વારા મોટા પ્રમાણમાં મર્યાદિત હશે. મોટા બહુકોશિક પ્રાણીઓ માટે, પ્રસરણ અપૂરતું હશે. વૈકલ્પિક રીતે, ચક્ર કેરાટિન (જેમાંથી વાળ અને નખ બનેલા હોય છે) જેવી વિસર્જિત, નિર્જીવ સામગ્રીથી બનેલું હોઈ શકે છે. વ્હીલ્સના ગેરફાયદાઓ ચોક્કસ વાતાવરણ અને પરિસ્થિતિઓમાં યાંત્રિક અને અન્ય ગેરફાયદાઓ ધરાવે છે જે અંગોના હલનચલનની સરખામણીમાં ઓછી તંદુરસ્તીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. આ ગેરફાયદાઓ સૂચવે છે કે, ઉપર ચર્ચા કરાયેલ જૈવિક અવરોધોને બાદ કરતાં પણ, બહુકોશિક જીવનમાં ચક્રોની ગેરહાજરી એ જીવવિજ્ઞાનની "ચૂકી ગયેલી તક" ન હોઈ શકે જે તે પ્રથમ દેખાય છે. હકીકતમાં, અંગોની સરખામણીમાં ચક્રોના યાંત્રિક ગેરફાયદા અને મર્યાદિત ઉપયોગિતાને જોતાં, કેન્દ્રિય પ્રશ્નને ઉલટાવી શકાય છેઃ "પ્રકૃતિ શા માટે ચક્રોનું ઉત્પાદન કરતી નથી? ", પરંતુ તેના બદલે," શા માટે માનવ વાહનો અંગોનો વધુ ઉપયોગ કરતા નથી? " મોટાભાગના એન્જિનિયર્ડ વાહનોમાં અંગોને બદલે વ્હીલ્સનો ઉપયોગ સંભવતઃ અંગો પર વ્હીલ્સના સુસંગત કાર્યાત્મક લાભને બદલે અંગો બનાવવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે જરૂરી ડિઝાઇનની જટિલતાને આભારી હોઈ શકે છે. કાર્યક્ષમતા રોલિંગ પ્રતિકાર સખત, સપાટ ભૂપ્રદેશ (જેમ કે પાકા રસ્તાઓ) પર મુસાફરી કરતી વખતે સખત વ્હીલ્સ હલનચલનના અન્ય માધ્યમો કરતાં વધુ ઊર્જા-કાર્યક્ષમ હોવા છતાં, વ્હીલ્સ ખાસ કરીને માટી જેવા નરમ ભૂપ્રદેશ પર કાર્યક્ષમ નથી, કારણ કે તેઓ રોલિંગ પ્રતિકાર માટે સંવેદનશીલ હોય છે. રોલિંગ રેઝિસ્ટન્સમાં, વાહન તેના વ્હીલ્સની વિકૃતિ અને જે સપાટી પર તે રોલ કરી રહ્યું છે તેના કારણે ઊર્જા ગુમાવે છે. નાના વ્હીલ્સ ખાસ કરીને આ અસર માટે સંવેદનશીલ હોય છે. નરમ સપાટીઓ વધુ વિકૃત થાય છે અને મજબૂત સપાટીઓ કરતાં ઓછી પુનઃપ્રાપ્ત થાય છે, પરિણામે વધુ પ્રતિકાર થાય છે. મધ્યમથી સખત જમીન પર રોલિંગ પ્રતિકાર કોંક્રિટ કરતાં પાંચથી આઠ ગણો વધારે હોઈ શકે છે, અને રેતી પર તે દસથી પંદર ગણો વધારે હોઈ શકે છે. જ્યારે વ્હીલ્સે તેમના સમગ્ર માર્ગની સપાટીને વિકૃત કરવી પડે છે, ત્યારે અંગો પગના સંપર્કના પ્રદેશની આસપાસ માત્ર એક નાની, સ્થાનિક વિકૃતિને પ્રેરિત કરે છે. આ કારણોસર, રોલિંગ પ્રતિકારને કારણે ઇતિહાસમાં ઓછામાં ઓછા એક પ્રસંગે મોટા પ્રદેશમાં વ્હીલ્સને ત્યજી દેવામાં આવ્યા હતા. રોમન સામ્રાજ્યના સમય દરમિયાન, મધ્ય પૂર્વ અને ઉત્તર આફ્રિકામાં ચક્રવાળા રથ સામાન્ય હતા. તેમ છતાં જ્યારે સામ્રાજ્ય તૂટી પડ્યું અને તેના રસ્તાઓ જર્જરિત થઈ ગયા, ત્યારે સ્થાનિક લોકોની તરફેણમાં પૈડાં પડી ગયા, જેઓ રેતાળ રણ આબોહવામાં માલસામાનના પરિવહન માટે ઊંટ તરફ વળ્યા. તેમના પુસ્તક હેન્સ ટીથ એન્ડ હોર્સ ટોઝમાં, સ્ટીફન જે ગૌલ્ડ ઇતિહાસની આ જિજ્ઞાસાને સમજાવે છે, ભારપૂર્વક જણાવે છે કે, જાળવણી કરેલા રસ્તાઓની ગેરહાજરીમાં, ઊંટને બળદો દ્વારા ખેંચવામાં આવતી પૈડાંવાળી ગાડી કરતાં ઓછા માનવબળ અને પાણીની જરૂર પડે છે. જળચર હલનચલનની કાર્યક્ષમતા જ્યારે પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ફરતી પ્રણાલીઓ માત્ર અત્યંત ઓછી રેનોલ્ડ્સ સંખ્યાઓ (એટલે કે. સ્નિગ્ધતા-પ્રભુત્વ ધરાવતા પ્રવાહો) જેમ કે બેક્ટેરિયલ ફ્લેજેલા દ્વારા અનુભવાય છે, જ્યારે ઓસિલેટિંગ સિસ્ટમ્સ ઉચ્ચ (જડતા-પ્રભુત્વ ધરાવતા) રેનોલ્ડ્સ નંબરો પર લાભ ધરાવે છે. જ્યારે જહાજના પંખાઓ સામાન્ય રીતે 60 ટકાની આસપાસ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે અને વિમાનના પંખાઓ લગભગ 80 ટકા (માનવ સંચાલિત ગોસ્મર કોન્ડોરમાં 88 ટકા હાંસલ કરે છે), ત્યારે 96-98% ની શ્રેણીમાં ઘણી વધારે કાર્યક્ષમતા, માછલીની પૂંછડી અથવા પક્ષીની પાંખ જેવી દોલન કરતી લવચીક વરખ સાથે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ટ્રેક્શન વ્હીલ્સ છૂટક અથવા લપસણો ભૂપ્રદેશ પર લપસવાની સંભાવના ધરાવે છે-ટ્રેક્શન પેદા કરવામાં અસમર્થતા. લપસીને ઊર્જાનો બગાડ થાય છે અને સંભવિત રીતે નિયંત્રણ ગુમાવવા અથવા અટવાઇ જવા તરફ દોરી શકે છે, જેમ કે કાદવ અથવા બરફ પર ઓટોમોબાઇલ સાથે. વ્હીલ્સની આ મર્યાદા માનવ તકનીકીના ક્ષેત્રમાં જોઈ શકાય છેઃ જૈવિક રીતે પ્રેરિત ઇજનેરીના ઉદાહરણમાં, પગવાળા વાહનોનો ઉપયોગ લોગીંગ ઉદ્યોગમાં થાય છે, જ્યાં તેઓ વ્હીલ્ડ વાહનોને નેવિગેટ કરવા માટે ખૂબ જ પડકારજનક ભૂપ્રદેશ સુધી પહોંચવાની મંજૂરી આપે છે. જમીન સાથે તેમના મોટા સંપર્ક વિસ્તારને કારણે ટ્રેક કરેલા વાહનોને પૈડાંવાળા વાહનોની તુલનામાં લપસવાથી ઓછું નુકસાન થાય છે-પરંતુ તેઓ પૈડાંવાળા વાહનો કરતાં મોટી વળાંક ત્રિજ્યા ધરાવે છે, અને તેઓ ઓછા કાર્યક્ષમ અને વધુ યાંત્રિક રીતે જટિલ હોય છે. વાહન ઇજનેર મિક્ઝિસ્લો જી. બેકરનું કાર્ય સૂચવે છે કે કુદરતી ભૂપ્રદેશોમાં અનિયમિતતાનું વિતરણ સામાન્ય છે; એટલે કે, મોટા અવરોધો કરતાં નાના અવરોધો વધુ સામાન્ય છે. આમ, તમામ કદના સ્કેલ પર કુદરતી ભૂપ્રદેશોમાં હલનચલન માટે અવરોધ નેવિગેશન એક પડકાર છે. અવરોધ નિવારણનું પ્રાથમિક માધ્યમ અવરોધોની આસપાસ જવું અને તેમને પાર કરવું છે; દરેકના પોતાના સહાયક પડકારો હોય છે. શિકાગો યુનિવર્સિટીના એનાટોમિસ્ટ માઈકલ લાબાર્બેરાની આસપાસ ફરવું એ ચાલવા અને વ્હીલચેરનો ઉપયોગ કરતા માણસોની ફરતી ત્રિજ્યાની સરખામણી કરીને વ્હીલ્સની નબળી મનુવરેબિલીટીને સમજાવે છે. જારેડ ડાયમંડ નિર્દેશ કરે છે તેમ, રોલિંગના મોટાભાગના જૈવિક ઉદાહરણો વિશાળ ખુલ્લા, સખત ભરેલા ભૂપ્રદેશમાં જોવા મળે છે, જેમાં છાણ ભૃંગ અને ટમ્બલવીડ દ્વારા રોલિંગનો ઉપયોગ થાય છે. વ્હીલ્સ પર જવું ઊભી અવરોધોનો સામનો કરવામાં નબળું છે, ખાસ કરીને વ્હીલ જેવા જ સ્કેલ પરના અવરોધો, અને વ્હીલની ઊંચાઈના લગભગ 40 ટકા કરતા વધુ ઊંચા ઊભી અવરોધો પર ચઢવામાં અસમર્થ હોઈ શકે છે. આ મર્યાદાને કારણે, ખરબચડા ભૂપ્રદેશ માટેના વ્હીલ્સને મોટા વ્યાસની જરૂર પડે છે. વધુમાં, ઉચ્ચારણ વિના, ચક્રવાળું વાહન અવરોધની ટોચ પર અટવાઇ શકે છે, જેમાં વ્હીલ્સ વચ્ચે અવરોધ હોય છે, જે તેમને જમીનનો સંપર્ક કરતા અટકાવે છે. તેનાથી વિપરીત, અંગો ચડાઈ માટે ઉપયોગી છે અને અસમાન ભૂપ્રદેશનો સામનો કરવા માટે સજ્જ છે. અનિયંત્રિત વ્હીલ્સ સાથે, ચડતા અવરોધો વાહનના શરીરને નમાવવાનું કારણ બનશે. જો વાહનનું દળનું કેન્દ્ર વ્હીલબેઝ અથવા એક્સલ ટ્રેકની બહાર જાય છે, તો વાહન સ્થિર રીતે અસ્થિર બની જાય છે, અને તેની ઉપર ટીપ કરવાનું વલણ ધરાવે છે. ઝડપે, વાહન ગતિશીલ રીતે અસ્થિર બની શકે છે-એટલે કે, તેને તેની સ્થિર સ્થિરતા મર્યાદા કરતાં નાના અવરોધ દ્વારા અથવા અતિશય પ્રવેગક અથવા ચુસ્ત વળાંક દ્વારા દૂર કરી શકાય છે. સસ્પેન્શન પ્રણાલીઓ ઘણીવાર પૈડાંવાળા વાહનોના પલટી જવાના વલણને ઘટાડે છે, પરંતુ સંપૂર્ણપણે સ્પષ્ટ અંગોથી વિપરીત, તેઓ પલટી ગયેલી સ્થિતિમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની કોઈ ક્ષમતા પ્રદાન કરતા નથી. પાર્થિવ હલનચલન માટે પ્રાણીઓ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા બહુમુખી અંગોનો ઉપયોગ વારંવાર અન્ય હેતુઓ માટે પણ થાય છે, જેમ કે પકડવું, હેરફેર કરવું, ચડવું, શાખા-ઝૂલવું, તરવું, ખોદવું, કૂદવું, ફેંકવું, પ્રહાર કરવો અને માવજત કરવી. ઉચ્ચારણ વિના, વ્હીલ્સ આ કાર્યો કરી શકતા નથી. દંતકથાઓ અને દંતકથાઓમાં દંતકથાઓ અને સટ્ટાકીય સાહિત્ય ફરતા અને પૈડાંવાળા પ્રાણીઓ પ્રત્યે લાંબા સમયથી માનવ આકર્ષણ દર્શાવે છે. આવા પ્રાણીઓ યુરોપ, જાપાન, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને ઓસ્ટ્રેલિયાની પૌરાણિક કથાઓમાં જોવા મળે છે. વ્હીલ્ડ પ્રાણીઓની મૂર્તિઓ પૂર્વ-આધુનિક સંસ્કૃતિઓ દ્વારા બનાવવામાં આવી હતી, જેમાં પૂર્વ-કોલમ્બિયન મેક્સિકો અને પ્રાચીન ગ્રીસનો સમાવેશ થાય છે. સંયુક્ત રાજ્ય અમેરિકા અને ઓસ્ટ્રેલિયામાં દંતકથાનો એક પ્રાણી, હૂપ સાપ, તેની પૂંછડીને તેના મોંમાં પકડે છે અને તેના શિકાર તરફ ચક્રની જેમ ફરે છે. જાપાની સંસ્કૃતિમાં સમાન પૌરાણિક પ્રાણીનો સમાવેશ થાય છે. 16મી સદીના ગ્રિમોયરમાં ઉલ્લેખિત રાક્ષસ બ્યુઅરનું વર્ણન અને સચિત્ર કોલિન ડી પ્લેન્સીના ડિક્શનરી ઇન્ફર્નલમાં રેડિયલ-ગોઠવાયેલા હથિયારો તરીકે કરવામાં આવ્યું હતું જેના પર તે વળેલું હતું. ડચ ગ્રાફિક કલાકાર એમ. સી. એસ્ચરે 1951ના લિથોગ્રાફમાં પોતાની શોધના એક ફરતા પ્રાણીનું ચિત્રણ કર્યું હતું. રોલિંગ જીવોને હાસ્ય લેખક કાર્લ બાર્ક્સ, વિજ્ઞાન સાહિત્ય લેખકો ફ્રેડરિક બ્રાઉન, જ્યોર્જ આર. આર. માર્ટિન અને જોન સ્લોન્ક્ઝેવ્સ્કીની કૃતિઓમાં અને સોનિક ધ હેજહોગ વિડિયો ગેમ શ્રેણીમાં પણ દર્શાવવામાં આવ્યા છે. 1940ના દાયકામાં મેક્સિકોના વેરાક્રુઝમાં પુરાતત્વવિદો દ્વારા પૂર્વ-કોલમ્બિયન યુગના વ્હીલ્સવાળા રમકડાં પ્રાણીઓ મળી આવ્યા હતા. યુરોપિયનોના આગમન પહેલા આ પ્રદેશના સ્વદેશી લોકો પરિવહન માટે ચક્રોનો ઉપયોગ કરતા ન હતા. 20મી સદીના કેટલાક લેખકોએ ચક્રવાળા જીવોની શક્યતાઓ શોધી કાઢી હતી. એલ. ફ્રેન્ક બાઉમની 1907 ની બાળકોની નવલકથા ઓઝમા ઓફ ઓઝમાં હાથ અને પગને બદલે વ્હીલ્સને બદલે માનવીય જીવોને દર્શાવવામાં આવ્યા છે, જેને વ્હીલર કહેવાય છે. તેમના ચક્ર કેરાટિનથી બનેલા હોય છે, જે જીવવિજ્ઞાનીઓ દ્વારા જીવંત ચક્ર સાથે પોષક તત્ત્વો અને કચરાના સ્થાનાંતરણની સમસ્યાઓને ટાળવાના સાધન તરીકે સૂચવવામાં આવ્યું છે. ખુલ્લા ભૂપ્રદેશ પર ઝડપથી આગળ વધવા છતાં, વ્હીલર તેમના માર્ગમાં અવરોધો દ્વારા અવરોધિત થાય છે જે અંગોવાળા જીવોને અવરોધે નહીં. 20મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં, ક્લિફોર્ડ ડી. સિમક, પિયર્સ એન્થની, ડેવિડ બ્રિન, કે. એ. એપલગેટ, ફિલિપ પુલમેન અને લેખન ભાગીદારો ઇયાન સ્ટુઅર્ટ અને જેક કોહેન સહિતના કાલ્પનિક અને વિજ્ઞાન સાહિત્ય લેખકોની કૃતિઓમાં પૈડાંવાળા અથવા પૈડાંવાળા જીવોને દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. આમાંની કેટલીક કૃતિઓ ચક્રવાળા પ્રાણીઓ પરના વિકાસલક્ષી અને બાયોમિકેનિકલ અવરોધોને સંબોધિત કરે છેઃ બ્રિનના પ્રાણીઓ સંધિવાના એક્સલ્સથી પીડાય છે, અને પુલમેનના મ્યૂલેફા વ્હીલ્સ સાથે જન્મતા નથી, પરંતુ બીજ શીંગો પર રોલ કરે છે જેની સાથે તેઓ સહ-વિકસિત થાય છે. બાયોમિમિક્રી પણ જુઓ, જેમાં જીવંત પ્રણાલીઓ દ્વારા જૈવિક રીતે પ્રેરિત ઇજનેરી પ્રક્ષેપ્ય ઉપયોગનો સમાવેશ થાય છે, અન્ય અનુકૂલન જે સામાન્ય રીતે માનવ તકનીકી રોબોટ લોકોમોશન સાથે સંકળાયેલું છે, જેમાં જીવંત પ્રણાલીઓ દ્વારા સામનો કરવામાં આવતા લોકોમોટિવ મુદ્દાઓને તકનીકી સંદર્ભમાં સંબોધવામાં આવે છે ઇશ્યૂસ, પ્લાન્થોપર્સની ઘણી જાતિઓમાંની એક છે જે કૂદતી વખતે તેમના પગને સુમેળ કરવા માટે ગિયર મિકેનિઝમ્સનો ઉપયોગ કરે છે.