Rotating locomotion in living systems
कई जीव गति को घुमाने में सक्षम हैं। हालांकि, वास्तविक पहिये और प्रणोदक-मानव वाहनों में उनकी उपयोगिता के बावजूद-जीवित चीजों की आवाजाही में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं (कुछ फ्लैजेला के अपवाद के साथ, जो कॉर्कस्क्रू की तरह काम करते हैं)। जीवविज्ञानियों ने जैविक पहियों की स्पष्ट अनुपस्थिति के लिए कई स्पष्टीकरण दिए हैं, और पहिएदार जीव अक्सर काल्पनिक कथाओं में दिखाई दिए हैं। मानव प्रौद्योगिकी में पहिये की सर्वव्यापीता और कई अन्य प्रौद्योगिकियों (जैसे पंख और लेंस) के जैविक अनुरूपों के अस्तित्व को देखते हुए, प्राकृतिक दुनिया में पहियों की कमी स्पष्टीकरण की मांग करती प्रतीत होती है-और इस घटना को मोटे तौर पर दो मुख्य कारकों द्वारा समझाया गया है। सबसे पहले, प्राकृतिक चयन द्वारा एक चक्र के आगमन में कई विकासात्मक और विकासवादी बाधाएं हैं, जो इस सवाल को संबोधित करती हैं कि "जीवन चक्रों को क्यों विकसित नहीं कर सकता है?" दूसरा, प्राकृतिक वातावरण में प्रणोदन के अन्य साधनों (जैसे चलना, दौड़ना या फिसलना) की तुलना में पहिये अक्सर प्रतिस्पर्धात्मक नुकसान में होते हैं, इस सवाल को संबोधित करते हुए कि "यदि पहिये विकसित होते हैं, तो फिर भी वे दुर्लभ क्यों हो सकते हैं?" यह पर्यावरण-विशिष्ट नुकसान यह भी बताता है कि मनुष्यों ने इतिहास में कम से कम एक बार कुछ क्षेत्रों में पहिया क्यों छोड़ दिया। जीव विज्ञान में घूर्णन के ज्ञात उदाहरण घूर्णन का उपयोग करके गति के दो अलग-अलग तरीके मौजूद हैंः पहला, सरल रोलिंग; और दूसरा, पहियों या प्रणोदक का उपयोग, जो एक निश्चित शरीर के सापेक्ष एक धुरी या शाफ्ट पर घूमते हैं। जबकि कई जीव पूर्व मोड का उपयोग करते हैं, बाद वाला सूक्ष्म, एकल-कोशिका वाले जीवों तक ही सीमित है। रोलिंग कुछ जीव गति के साधन के रूप में रोलिंग का उपयोग करते हैं। ये उदाहरण एक चक्र के उपयोग का गठन नहीं करते हैं, क्योंकि जीव स्वतंत्र रूप से घूमने वाले अलग-अलग भागों को नियोजित करने के बजाय पूरी तरह से घूमता है। कुछ कैटरपिलर (जो खतरे से बचने के लिए ऐसा करते हैं), टाइगर बीटल लार्वा, मायरियापोड, मेंटिस झींगा, आर्मडिलिडिडे और माउंट लायल सैलामैंडर सहित लंबे जीवों की कई प्रजातियां अपने शरीर को लुढ़कने के लिए एक लूप में बनाती हैं। अन्य प्रजातियाँ अधिक गोलाकार मुद्राएँ अपनाती हैं, मुख्य रूप से अपने शरीर को शिकारियों से बचाने के लिए; यह मुद्रा पैंगोलिन, पहिया मकड़ियों, हेजहोग, आर्मडिलोस, आर्मडिलो कमरबंद छिपकलियों, आइसोपोड्स और जीवाश्म ट्राइलोबाइट में देखी गई है। पैंगोलिन और पहिया मकड़ियों को जानबूझकर शिकारियों से दूर लुढ़कते हुए देखा गया है। ये प्रजातियाँ निष्क्रिय रूप से (गुरुत्वाकर्षण या हवा के प्रभाव में) या सक्रिय रूप से लुढ़क सकती हैं, आमतौर पर एक प्रणोदक बल उत्पन्न करने के लिए अपने आकार को बदलकर। टम्बलवीड्स, जो कुछ पौधों के जमीन के ऊपर के हिस्से हैं, अपनी जड़ संरचना से अलग होते हैं और अपने बीज वितरित करने के लिए हवा में लुढ़कते हैं। ये पौधे विशेष रूप से खुले मैदानी वातावरण में पाए जाते हैं। इनमें से सबसे प्रसिद्ध में काली ट्रागस (जिसे सालसोला ट्रागस के रूप में भी जाना जाता है), या कांटेदार रूसी थीस्ल शामिल हैं, जो 19 वीं शताब्दी के अंत में उत्तरी अमेरिका में आया और एक हानिकारक खरपतवार के रूप में प्रतिष्ठा प्राप्त की। बोविस्टा वंश के कवक अपने बीजाणुओं को फैलाने के लिए इसी रणनीति का उपयोग करने के लिए जाने जाते हैं। रोटिफर्स सूक्ष्म लेकिन बहु-कोशिका वाले जानवरों का एक वंश है, जो आमतौर पर मीठे पानी के वातावरण में पाए जाते हैं। हालाँकि लैटिन नाम रोटिफेर का अर्थ है 'पहिया-वाहक', इन जीवों में कोई घूर्णन संरचना नहीं होती है, बल्कि भोजन और प्रणोदन के लिए उपयोग की जाने वाली लयबद्ध रूप से धड़कने वाली सिलिया की एक अंगूठी होती है। केराटिनोसाइट्स, एक प्रकार की त्वचा कोशिका, घाव भरने की प्रक्रिया के दौरान एक रोलिंग गति के साथ प्रवास करती है। ये कोशिकाएं रोगजनकों के खिलाफ एक बाधा बनाने और घायल ऊतक के माध्यम से नमी के नुकसान का काम करती हैं। गोबर भृंग जानवरों के मल के गोलाकार गोले बनाते हैं, जिन्हें वे अपने शरीर के साथ रोल करते हैं, आम तौर पर पीछे की ओर चलते हैं और अपने पिछले पैरों से गेंद को धक्का देते हैं। जातिजनित विश्लेषण इंगित करता है कि यह घूर्णन व्यवहार कई बार स्वतंत्र रूप से विकसित हुआ है। प्राचीन मिस्र की संस्कृति में इन भृंगों के व्यवहार का उल्लेख किया गया था, जो उनकी गतिविधियों को पवित्र महत्व देता था। हालाँकि यह गोबर की गेंद है जो स्वयं भृंग के बजाय लुढ़कती है, भृंगों को कई ऐसी ही यांत्रिक कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है जिनसे लुढ़कने वाले जीव संघर्ष करते हैं। मुक्त घूर्णन मैक्रोस्कोपिक जानवरों में, एक स्पष्ट रूप से स्वतंत्र रूप से घूमने वाली संरचना का एक ज्ञात उदाहरण मौजूद है, हालांकि इसका उपयोग प्रणोदन के बजाय पाचन के लिए किया जाता हैः कुछ द्विभुज और गैस्ट्रोपोड्स की क्रिस्टलीय शैली। शैली में एक पारदर्शी ग्लाइकोप्रोटीन छड़ होती है जो लगातार एक सिलिया-पंक्तिबद्ध थैली में बनती है और पेट तक फैली होती है। सिलिया छड़ को घुमाती है, ताकि यह बलगम के तारों में लिपट जाए। जैसे ही छड़ धीरे-धीरे पेट में घुलती है, यह पाचन एंजाइम छोड़ती है। विवो में शैली के घूर्णन की गति के अनुमान काफी भिन्न होते हैं, और यह स्पष्ट नहीं है कि शैली को लगातार या बीच-बीच में घुमाया जाता है या नहीं। सूक्ष्मजीव जीवित कोशिकाओं द्वारा उपयोग की जाने वाली आणविक पैमाने पर घूर्णन संरचनाओं के दो ज्ञात उदाहरण हैं। ए. टी. पी. सिंथेस एक एंजाइम है जिसका उपयोग ऊर्जा भंडारण और हस्तांतरण की प्रक्रिया में किया जाता है। यह नीचे चर्चा की गई फ्लैजेलर मोटरों के साथ कुछ समानता रखता है। ऐसा माना जाता है कि ए. टी. पी. सिंथेस मॉड्यूलर विकास से उत्पन्न हुआ है, जिसमें दो उप-इकाइयाँ अपने स्वयं के कार्यों के साथ जुड़ी हुई हैं और एक नई कार्यक्षमता प्राप्त की है। एक जैविक "पहिया" या "प्रणोदक" का एकमात्र ज्ञात उदाहरण-एक निश्चित शरीर के बारे में निरंतर प्रणोदक टोक़ प्रदान करने में सक्षम एक प्रणाली-फ्लैजेलम है, जो प्रणोदन के लिए एकल-कोशिका प्रोकैरियोट्स द्वारा उपयोग की जाने वाली कॉर्कस्क्रू जैसी पूंछ है। बैक्टीरियल फ्लैजेलम सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है। सभी ज्ञात बैक्टीरिया में से लगभग आधे में कम से कम एक फ्लैजेलम होता है, जो दर्शाता है कि घूर्णन वास्तव में जीवित प्रणालियों में गति का सबसे आम रूप हो सकता है, हालांकि इसका उपयोग सूक्ष्म पर्यावरण तक ही सीमित है। बैक्टीरियल फ्लैजेलम के आधार पर, जहां यह कोशिका झिल्ली में प्रवेश करता है, एक मोटर प्रोटीन एक रोटरी इंजन के रूप में कार्य करता है। इंजन प्रोटॉन प्रेरक बल द्वारा संचालित होता है। कोशिका के चयापचय द्वारा स्थापित एक एकाग्रता प्रवणता के कारण जीवाणु कोशिका झिल्ली में प्रोटॉन (हाइड्रोजन आयन) के प्रवाह से। (विब्रियो वंश की प्रजातियों में, दो प्रकार के फ्लैजेला होते हैं, पार्श्व और ध्रुवीय, और कुछ प्रोटॉन पंप के बजाय सोडियम आयन पंप द्वारा संचालित होते हैं।) फ्लैजेला काफी कुशल होते हैं, जिससे बैक्टीरिया प्रति सेकंड 60 कोशिका लंबाई की गति से आगे बढ़ सकते हैं। फ्लैजेलम के आधार पर रोटरी मोटर संरचना में ए. टी. पी. सिंथेस के समान है। स्पाइरलम बैक्टीरिया के दोनों छोर पर फ्लैजेला के साथ पेचदार शरीर होते हैं, और वे पानी के माध्यम से आगे बढ़ते हुए अपने शरीर के केंद्रीय अक्ष के बारे में घूमते हैं। आर्किया, बैक्टीरिया से अलग प्रोकैरियोट्स का एक समूह है, जिसमें फ्लैजेला भी होता है-जिसे आर्केला के रूप में जाना जाता है-जो रोटरी मोटर प्रोटीन द्वारा संचालित होता है, जो संरचनात्मक और विकासवादी रूप से बैक्टीरियल फ्लैजेला से अलग होते हैंः जबकि बैक्टीरियल फ्लैजेला बैक्टीरियल टाइप III स्राव प्रणाली से विकसित हुआ, आर्केला टाइप IV पिली से विकसित हुआ प्रतीत होता है। कुछ यूकेरियोटिक कोशिकाएँ, जैसे कि प्रोटिस्ट यूग्लेना और पशु शुक्राणु, एक अभिसारी, विकासवादी रूप से अलग फ्लैजेलम जैसी संरचना रखते हैं जिसे सिलियम या अंडुलिपोडियम के रूप में जाना जाता है। बैक्टीरियल फ्लैजेला के विपरीत, ये संरचनाएं आधार पर नहीं घूमती हैं; बल्कि, वे इस तरह से झुकती हैं कि नोक एक वृत्त में चाबुक मारती है। नेविकुला, एक प्रकार का डायटम, एक ट्रैक किए गए वाहन के तरीके से मुक्त-प्रवाहित म्यूसिलेज स्ट्रैंड्स के एक बैंड का उपयोग करके लोकोमोट कर सकता है। पहियों वाले जीवों के लिए जैविक बाधाएं प्रकृति में पहियों की अनुपस्थिति को अक्सर जीव विज्ञान द्वारा लगाई गई बाधाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता हैः प्राकृतिक चयन प्रजातियों के लिए उपलब्ध विकासवादी मार्गों को बाधित करता है, और जिन प्रक्रियाओं द्वारा बहुकोशिकीय जीव बढ़ते और विकसित होते हैं, वे एक कार्यशील चक्र के निर्माण की अनुमति नहीं दे सकते हैं। विकासात्मक बाधाएँ विकास की प्रक्रियाएँ यह समझाने में मदद कर सकती हैं कि बहुकोशिकीय जीवों में पहिएदार गति क्यों विकसित नहीं हुई है, क्योंकि एक जटिल संरचना या प्रणाली विकसित नहीं होगी यदि इसका अपूर्ण रूप जीव के जीन को प्रसारित करने का काम नहीं करता है। अनुकूलन प्राकृतिक चयन के माध्यम से वृद्धिशील रूप से उत्पन्न होते हैं, इसलिए प्रमुख फेनोटाइपिक परिवर्तन आमतौर पर आबादी के भीतर नहीं फैलेंगे यदि वे व्यक्तियों की फिटनेस को कम करते हैं। यद्यपि स्वास्थ्य को प्रभावित नहीं करने वाले परिवर्तन आनुवंशिक प्रवाह के माध्यम से फैल सकते हैं, और हानिकारक परिवर्तन कुछ परिस्थितियों में फैल सकते हैं, बड़े परिवर्तन जिनमें कई चरणों की आवश्यकता होती है, केवल तभी होंगे जब मध्यवर्ती चरण स्वास्थ्य को बढ़ाते हैं। रिचर्ड डॉकिन्स इस मामले का वर्णन करते हैंः "पहिया उन मामलों में से एक हो सकता है जहां इंजीनियरिंग समाधान को सादे दृश्य में देखा जा सकता है, फिर भी विकास में अप्राप्य हो सकता है क्योंकि यह एक गहरी घाटी के दूसरी तरफ स्थित है, जो माउंट इम्प्रोबेबल के द्रव्यमान के पार अप्राप्य रूप से काटता है।" इस तरह के स्वास्थ्य परिदृश्य में, पहिये अत्यधिक अनुकूल "चोटी" पर बैठ सकते हैं, लेकिन उस चोटी के आसपास की घाटी बहुत गहरी या चौड़ी हो सकती है ताकि जीन पूल आनुवंशिक प्रवाह या प्राकृतिक चयन द्वारा पार न जा सके। स्टीफन जे गोल्ड ने नोट किया कि जैविक अनुकूलन उपलब्ध घटकों के साथ काम करने तक सीमित है, यह टिप्पणी करते हुए कि "पहिये अच्छी तरह से काम करते हैं, लेकिन जानवरों को एक विकासवादी विरासत के रूप में विरासत में मिली संरचनात्मक बाधाओं के कारण उन्हें बनाने से रोक दिया जाता है।" इसलिए प्राकृतिक चयन बताता है कि चलने-फिरने की समस्या के लिए पहिये एक असंभव समाधान क्यों हैंः एक आंशिक रूप से विकसित पहिया, जिसमें एक या अधिक प्रमुख विशेषताएँ नहीं होती हैं, शायद किसी जीव को लाभ नहीं देगा। इसका अपवाद फ्लैजेलम है, जो जीव विज्ञान में स्वतंत्र रूप से घूमने वाली प्रणोदक प्रणाली का एकमात्र ज्ञात उदाहरण है; फ्लैजेला के विकास में, अलग-अलग घटकों को पुरानी संरचनाओं से भर्ती किया गया था, जहां वे प्रणोदन से असंबंधित कार्यों को करते थे। उदाहरण के लिए, बेसल बॉडी जो अब रोटरी मोटर है, बैक्टीरिया द्वारा अन्य कोशिकाओं में विषाक्त पदार्थों को इंजेक्ट करने के लिए उपयोग की जाने वाली संरचना से विकसित हुई होगी। नए कार्यों को पूरा करने के लिए पहले से विकसित संरचनाओं की इस भर्ती को निष्कासन कहा जाता है। आणविक जीवविज्ञानी रॉबिन हॉलिडे ने लिखा है कि जैविक पहियों की अनुपस्थिति जीवन की विविधता के सृजनवादी या बुद्धिमान डिजाइन खातों के खिलाफ तर्क देती है, क्योंकि एक बुद्धिमान निर्माता-विकास द्वारा लगाई गई सीमाओं से मुक्त-से अपेक्षा की जाएगी कि वे जहाँ भी उपयोग के पहियों को तैनात करें। विकासात्मक और शारीरिक बाधाएं मानव निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए, विभिन्न जटिलताओं वाली पहियों वाली प्रणालियों का निर्माण करना काफी सरल साबित हुआ है, और बिजली संचरण और घर्षण के मुद्दे हल करने योग्य साबित हुए हैं। हालाँकि, यह स्पष्ट नहीं है कि भ्रूण विकास की बहुत अलग प्रक्रियाएँ नीचे वर्णित कारणों से एक कार्यशील चक्र के उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं-या यहाँ तक कि सक्षम भी हैं। पहिएदार बहुकोशिकीय जीवों के लिए सबसे बड़ी शारीरिक बाधा पहिया के स्थिर और घूर्णन घटकों के बीच का अंतरफलक है। एक निष्क्रिय या संचालित मामले में, पहिया (और संभवतः एक्सल) को बाकी मशीन या जीव के सापेक्ष स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम होना चाहिए। जानवरों के जोड़ों के विपरीत, जिनमें गति की एक सीमित सीमा होती है, एक पहिया को कभी भी "अव्यवस्थित" होने की आवश्यकता के बिना एक मनमाने कोण से घूमने में सक्षम होना चाहिए। इस प्रकार, एक पहिया स्थायी रूप से उस धुरी या शाफ्ट से जुड़ा नहीं हो सकता है जिसके चारों ओर वह घूमता है (या, यदि धुरी और पहिया एक साथ स्थिर हैं, तो धुरी को बाकी मशीन या जीव से नहीं लगाया जा सकता है)। इस आवश्यकता से कई कार्यात्मक समस्याएं पैदा होती हैं, हालांकि ये आंशिक रूप से दूर की जा सकती हैं। चालित पहियों के लिए शक्ति संचरण एक संचालित पहिया के मामले में, लोकोमोटिव बल उत्पन्न करने के लिए एक टोक़ लागू किया जाना चाहिए। मानव प्रौद्योगिकी में, यह टोक़ आम तौर पर एक मोटर द्वारा प्रदान किया जाता है, जिनमें से कई प्रकार हैं, जिनमें विद्युत, पिस्टन-संचालित, टरबाइन-संचालित, वायवीय और हाइड्रोलिक (टोक़ मानव शक्ति द्वारा भी प्रदान किया जा सकता है, जैसा कि साइकिल के मामले में) शामिल हैं। जानवरों में, गति आमतौर पर कंकाल की मांसपेशियों के उपयोग से प्राप्त की जाती है, जो भोजन से पोषक तत्वों के चयापचय से अपनी ऊर्जा प्राप्त करते हैं। चूँकि ये मांसपेशियाँ दोनों घटकों से जुड़ी होती हैं जिन्हें एक-दूसरे के सापेक्ष चलना चाहिए, वे सीधे एक पहिया चलाने में सक्षम नहीं हैं, और केवल एक लिंकेज के माध्यम से ऐसा कर सकते हैं। इसके अलावा, बड़े जानवर उच्च त्वरण का उत्पादन नहीं कर सकते हैं, क्योंकि शरीर के आकार के साथ जड़ता तेजी से बढ़ती है। घर्षण को कम करना यांत्रिक घटकों पर घिसाव को कम करने और अत्यधिक गर्मी को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है। जैसे-जैसे घटकों की सापेक्ष गति बढ़ती है, और जैसे-जैसे उनके बीच संपर्क बल बढ़ता है, घर्षण शमन का महत्व बढ़ता है। दो घटकों के बीच इंटरफेस पर घर्षण को कम करने के लिए विभिन्न प्रकार के असर और/या स्नेहक का उपयोग किया जा सकता है। मानव घुटने जैसे जैविक जोड़ों में, घर्षण को बहुत कम घर्षण गुणांक के साथ उपास्थि के माध्यम से कम किया जाता है, साथ ही स्नेहक सिनोवियल तरल पदार्थ, जिसमें बहुत कम चिपचिपाहट होती है। बर्लिन के हम्बोल्ट विश्वविद्यालय के गेरहार्ड शोल्ट्ज़ का कहना है कि इसी तरह का स्रावित स्नेहक या मृत कोशिकीय पदार्थ एक जैविक चक्र को स्वतंत्र रूप से घूमने की अनुमति दे सकता है। एक अन्य संभावित समस्या जो पहिया और धुरी (या धुरी और शरीर) के बीच इंटरफेस पर उत्पन्न होती है, वह है इस इंटरफेस पर सामग्री को स्थानांतरित करने के लिए एक जीव की सीमित क्षमता। यदि चक्र बनाने वाले ऊतक जीवित हैं, तो उन्हें चयापचय को बनाए रखने के लिए ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की आपूर्ति करने और अपशिष्ट को हटाने की आवश्यकता होगी। रक्त वाहिकाओं से बना एक विशिष्ट पशु परिसंचरण तंत्र, इंटरफेस में परिवहन प्रदान करने में सक्षम नहीं होगा। रक्त वाहिकाओं की अनुपस्थिति में, ऑक्सीजन, पोषक तत्वों और अपशिष्ट उत्पादों को इंटरफेस में फैलाने की आवश्यकता होगी, एक ऐसी प्रक्रिया जो फिक के प्रसार के नियम के अनुसार उपलब्ध आंशिक दबाव और सतह क्षेत्र द्वारा बहुत सीमित होगी। बड़े बहुकोशिकीय जानवरों के लिए, प्रसार अपर्याप्त होगा। वैकल्पिक रूप से, एक पहिया उत्सर्जित, निर्जीव सामग्री जैसे केराटिन (जिसमें बाल और नाखून बने होते हैं) से बना हो सकता है। पहियों के नुकसान कुछ वातावरणों और स्थितियों में यांत्रिक और अन्य नुकसान होते हैं जो अंगों की गति की तुलना में कम फिटनेस का प्रतिनिधित्व करते हैं। इन नुकसानों से पता चलता है कि, ऊपर चर्चा की गई जैविक बाधाओं को छोड़कर, बहुकोशिकीय जीवन में पहियों की अनुपस्थिति जीव विज्ञान का "चूका हुआ अवसर" नहीं हो सकता है जो यह पहली बार लगता है। वास्तव में, अंगों की तुलना में पहियों के यांत्रिक नुकसान और सीमित उपयोगिता को देखते हुए, केंद्रीय प्रश्न को उलट दिया जा सकता हैः "प्रकृति पहियों का उत्पादन क्यों नहीं करती है? ", बल्कि," मानव वाहन अंगों का अधिक उपयोग क्यों नहीं करते हैं? " अधिकांश इंजीनियर वाहनों में अंगों के बजाय पहियों के उपयोग को संभवतः अंगों के निर्माण और नियंत्रण के लिए आवश्यक डिजाइन की जटिलता के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, न कि अंगों पर पहियों के लगातार कार्यात्मक लाभ के लिए। दक्षता रोलिंग प्रतिरोध हालांकि कठोर, समतल इलाके (जैसे पक्की सड़कें) पर यात्रा करते समय कठोर पहिये गति के अन्य साधनों की तुलना में अधिक ऊर्जा-कुशल होते हैं, लेकिन नरम इलाके जैसे मिट्टी पर पहिये विशेष रूप से कुशल नहीं होते हैं, क्योंकि वे रोलिंग प्रतिरोध के प्रति संवेदनशील होते हैं। रोलिंग प्रतिरोध में, एक वाहन अपने पहियों और उस सतह के विरूपण के कारण ऊर्जा खो देता है जिस पर वे लुढ़क रहे हैं। छोटे पहिये विशेष रूप से इस प्रभाव के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। नरम सतहें अधिक विकृत होती हैं और दृढ़ सतहों की तुलना में कम ठीक होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक प्रतिरोध होता है। मध्यम से कठोर मिट्टी पर रोलिंग प्रतिरोध कंक्रीट की तुलना में पांच से आठ गुना अधिक हो सकता है, और रेत पर यह दस से पंद्रह गुना अधिक हो सकता है। जबकि पहियों को अपने पूरे मार्ग के साथ सतह को विकृत करना चाहिए, अंग पैर के संपर्क के क्षेत्र के आसपास केवल एक छोटे से, स्थानीयकृत विरूपण को प्रेरित करते हैं। इस कारण से, रोलिंग प्रतिरोध के कारण इतिहास में कम से कम एक अवसर पर एक बड़े क्षेत्र में पहियों को छोड़ दिया गया। रोमन साम्राज्य के समय में, मध्य पूर्व और उत्तरी अफ्रीका में पहियों वाले रथ आम थे। फिर भी जब साम्राज्य ढह गया और इसकी सड़कें जर्जर हो गईं, तो पहिये स्थानीय आबादी के पक्ष से बाहर हो गए, जो रेतीले रेगिस्तानी जलवायु में माल के परिवहन के लिए ऊंटों की ओर मुड़ गए। अपनी पुस्तक हेन्स टीथ एंड हॉर्स टोस में, स्टीफन जे गोल्ड इतिहास की इस जिज्ञासा को समझाते हुए कहते हैं कि, रखरखाव वाली सड़कों के अभाव में, ऊंटों को बैलों द्वारा खींची जाने वाली पहियों वाली गाड़ी की तुलना में कम श्रमशक्ति और पानी की आवश्यकता होती है। जलीय गति की दक्षता जब एक तरल पदार्थ के माध्यम से आगे बढ़ते हैं, तो घूर्णन प्रणाली केवल अत्यंत कम रेनॉल्ड्स संख्या (यानी। चिपचिपाहट-प्रधान प्रवाह) जैसे कि बैक्टीरियल फ्लैजेला द्वारा अनुभव किए गए, जबकि दोलन प्रणालियों को उच्च (जड़ता-प्रधान) रेनॉल्ड्स संख्या पर लाभ होता है। जबकि जहाज प्रणोदक में आम तौर पर लगभग 60 प्रतिशत और विमान प्रणोदक में लगभग 80 प्रतिशत तक की दक्षता होती है (मानव-संचालित गोसमर कोंडोर में 88 प्रतिशत प्राप्त करना), 96-98% की सीमा में बहुत अधिक दक्षता, मछली की पूंछ या पक्षी पंख जैसे दोलन करने वाले लचीले पन्नी के साथ प्राप्त की जा सकती है। ट्रैक्शन व्हील्स के फिसलने की संभावना होती है-कर्षण उत्पन्न करने में असमर्थता-ढीले या फिसलन वाले इलाके में। फिसलने से ऊर्जा बर्बाद हो जाती है और संभावित रूप से नियंत्रण खो सकता है या अटक सकता है, जैसे कि मिट्टी या बर्फ पर एक ऑटोमोबाइल के साथ। पहियों की इस सीमा को मानव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में देखा जा सकता हैः जैविक रूप से प्रेरित इंजीनियरिंग के एक उदाहरण में, पैर वाले वाहनों का उपयोग लॉगिंग उद्योग में किया जाता है, जहां वे पहियों वाले वाहनों के लिए नेविगेट करने के लिए बहुत चुनौतीपूर्ण इलाके तक पहुंच की अनुमति देते हैं। ट्रैक किए गए वाहन पहिएदार वाहनों की तुलना में फिसलने से कम पीड़ित होते हैं, क्योंकि उनका जमीन के साथ बड़ा संपर्क क्षेत्र होता है-लेकिन उनमें पहियों वाले वाहनों की तुलना में बड़ी मोड़ त्रिज्या होती है, और वे कम कुशल और यांत्रिक रूप से अधिक जटिल होते हैं। वाहन इंजीनियर मीकज़िस्लाव जी. बेक्कर द्वारा किए गए कार्य का तात्पर्य है कि प्राकृतिक इलाकों में अनियमितताओं का वितरण लॉग-सामान्य है; यानी, बड़ी बाधाओं की तुलना में छोटी बाधाएं कहीं अधिक आम हैं। इस प्रकार, सभी आकार के पैमाने पर प्राकृतिक इलाकों में गति के लिए बाधा नौवहन एक चुनौती है। बाधा नौवहन का प्राथमिक साधन बाधाओं को पार करना और उन्हें पार करना है; प्रत्येक की अपनी परिचर चुनौतियों हैं। शिकागो विश्वविद्यालय के एनाटॉमिस्ट माइकल लाबार्बेरा घूमते हुए चलने और व्हीलचेयर का उपयोग करने वाले मनुष्यों की मुड़ने वाली त्रिज्या की तुलना करके पहियों की खराब गतिशीलता को दर्शाते हैं। जैसा कि जारेड डायमंड बताते हैं, रोलिंग के अधिकांश जैविक उदाहरण व्यापक खुले, कठोर-पैक इलाके में पाए जाते हैं, जिसमें गोबर भृंग और टम्बलवीड द्वारा रोलिंग का उपयोग शामिल है। पहियों के ऊपर जाना ऊर्ध्वाधर बाधाओं से निपटने में खराब है, विशेष रूप से पहियों के समान पैमाने पर बाधाएं, और पहियों की ऊंचाई के लगभग 40 प्रतिशत से अधिक ऊर्ध्वाधर बाधाओं पर चढ़ने में असमर्थ हो सकते हैं। इस सीमा के कारण, उबड़-खाबड़ इलाकों के लिए पहियों को बड़े व्यास की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, अभिव्यक्ति के बिना, एक पहिएदार वाहन एक बाधा के ऊपर फंस सकता है, पहियों के बीच की बाधा के साथ, उन्हें जमीन से संपर्क करने से रोकता है। इसके विपरीत, अंग चढ़ाई के लिए उपयोगी होते हैं और असमान भूभाग से निपटने के लिए सुसज्जित होते हैं। अनियंत्रित पहियों के साथ, चढ़ाई की बाधाओं के कारण वाहन का शरीर झुक जाएगा। यदि वाहन का द्रव्यमान केंद्र व्हीलबेस या एक्सल ट्रैक के बाहर चला जाता है, तो वाहन स्थिर रूप से अस्थिर हो जाता है, और ऊपर की ओर झुक जाता है। गति पर, एक वाहन गतिशील रूप से अस्थिर हो सकता है-यानी, इसे इसकी स्थिर स्थिरता सीमा से छोटी बाधा, या अत्यधिक त्वरण या तंग मोड़ से पार किया जा सकता है। सस्पेंशन सिस्टम अक्सर पहियों वाले वाहनों की पलटने की प्रवृत्ति को कम करते हैं, लेकिन पूरी तरह से स्पष्ट अंगों के विपरीत, वे पलटने की स्थिति से उबरने की कोई क्षमता प्रदान नहीं करते हैं। स्थलीय गति के लिए जानवरों द्वारा उपयोग किए जाने वाले बहुमुखी अंगों का उपयोग अक्सर अन्य उद्देश्यों के लिए भी किया जाता है, जैसे कि पकड़ना, हेरफेर करना, चढ़ाई करना, शाखा-झूलना, तैरना, खुदाई करना, कूदना, फेंकना, प्रहार करना और संवारना। अभिव्यक्ति के बिना, पहिये इन कार्यों को नहीं कर सकते हैं। कथाओं और किंवदंतियों में किंवदंतियाँ और काल्पनिक कथाएँ घूमते और पहियों वाले जीवों के प्रति लंबे समय से मानव आकर्षण को प्रकट करती हैं। इस तरह के जीव यूरोप, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया की पौराणिक कथाओं में पाए जाते हैं। पहियों वाली जानवरों की मूर्तियों का निर्माण पूर्व-आधुनिक सभ्यताओं द्वारा किया गया था, जिसमें पूर्व-कोलंबियाई मैक्सिको और पुरातन ग्रीस शामिल थे। कहा जाता है कि संयुक्त राज्य अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया में किंवदंती का एक प्राणी, हूप सांप, अपनी पूंछ को अपने मुंह में पकड़ता है और अपने शिकार की ओर एक पहिया की तरह लुढ़कता है। जापानी संस्कृति में एक समान पौराणिक प्राणी शामिल है। बुएर, 16वीं शताब्दी के ग्रिमोइर में उल्लिखित एक राक्षस, को कॉलिन डी प्लैंसी के डिक्शनरी इन्फर्नल में वर्णित और चित्रित किया गया था कि उसके पास रेडियल रूप से व्यवस्थित भुजाएँ थीं जिन पर वह लुढ़का था। डच ग्राफिक कलाकार एम. सी. एस्चर ने 1951 के लिथोग्राफ में अपने स्वयं के आविष्कार के एक लुढ़कने वाले प्राणी का चित्रण किया। रोलिंग जीवों को हास्य लेखक कार्ल बार्क्स, विज्ञान कथा लेखक फ्रेडरिक ब्राउन, जॉर्ज आर. आर. मार्टिन और जोन स्लोंक्ज़ेव्स्की के कार्यों और सोनिक द हेजहोग वीडियो गेम श्रृंखला में भी चित्रित किया गया है। 1940 के दशक में मेक्सिको के वेराक्रूज़ में पुरातत्वविदों द्वारा पूर्व-कोलंबियाई युग के पहियों वाले खिलौने वाले जीवों का पता लगाया गया था। यूरोपीय लोगों के आने से पहले इस क्षेत्र के मूल निवासी परिवहन के लिए पहियों का उपयोग नहीं करते थे। 20वीं शताब्दी के कई लेखकों ने पहियों वाले जीवों की संभावनाओं का पता लगाया। एल. फ्रैंक बाउम के 1907 के बच्चों के उपन्यास ओज्मा ऑफ ओज़ में हाथ और पैर के बजाय पहियों वाले मानवीय जीवों को दिखाया गया है, जिन्हें व्हीलर्स कहा जाता है। उनके पहिये केराटिन से बने होते हैं, जिसे जीवविज्ञानियों द्वारा जीवित पहियों के साथ पोषक तत्वों और अपशिष्ट हस्तांतरण समस्याओं से बचने के साधन के रूप में सुझाया गया है। खुले इलाकों में तेजी से आगे बढ़ने के बावजूद, पहियों को उनके रास्ते में बाधाओं से रोका जाता है जो अंगों वाले जीवों को बाधित नहीं करते हैं। 20वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, क्लिफोर्ड डी. सिमक, पियर्स एंथनी, डेविड ब्रिन, के. ए. एप्पलगेट, फिलिप पुलमैन और लेखन भागीदार इयान स्टीवर्ट और जैक कोहेन सहित फंतासी और विज्ञान कथा लेखकों के कार्यों में पहियों या पहियों का उपयोग करने वाले जीवों को चित्रित किया गया। इनमें से कुछ कार्य पहियों वाले जीवों पर विकासात्मक और जैव-यांत्रिक बाधाओं को संबोधित करते हैंः ब्रिन के जीव गठिया अक्षों से पीड़ित हैं, और पुलमैन का म्यूलेफा पहियों के साथ पैदा नहीं होते हैं, बल्कि उन बीज फली पर लुढ़कते हैं जिनके साथ वे सह-विकसित होते हैं। बायोमिमिक्री को भी देखें, जिसमें जीवित प्रणालियों द्वारा जैविक रूप से प्रेरित इंजीनियरिंग प्रक्षेप्य उपयोग शामिल है, एक और अनुकूलन जो आमतौर पर मानव प्रौद्योगिकी रोबोट लोकोमोशन से जुड़ा होता है, जिसमें जीवित प्रणालियों द्वारा सामना किए जाने वाले लोकोमोटिव मुद्दों को एक तकनीकी संदर्भ में संबोधित किया जाता है Issus, प्लैन्थॉपर की कई पीढ़ियों में से एक है जो कूदते समय अपने पैरों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए गियर तंत्र का उपयोग करता है।