Có hai chế độ chuyển động riêng biệt bằng cách sử dụng chuyển động quay: một là chuyển động lăn đơn giản; và hai là sử dụng các bánh xe hoặc cánh quạt quay trên một trục tĩnh hoặc động, khi cơ thể vẫn được giữ cố định. Trong khi có nhiều sinh vật sử dụng cơ chế đầu tiên, cơ chế thứ hai chỉ gặp ở các sinh vật đơn bào, kích thước hiển vi.[2]:396

Chuyển động lăn

Có một số sinh vật di chuyển bằng cách lăn. Những đại diện này không tạo nên và không sử dụng những bộ phận quay độc lập như bánh xe, thay vào đó, toàn bộ cơ thể của chúng sẽ tham gia vào chuyển động quay.[3][4]

Một số loài sinh vật với cơ thể thuôn dài có thể cuộn mình lại thành một vòng để lăn, chẳng hạn như một số loài sâu bướm nhất định (chúng làm như vậy để tự vệ),[3][5] ấu trùng bọ hổ,[6] đại diện của phân ngành Nhiều chân (ví dụ như cuốn chiếu), tôm tít, đại diện của họ Armadillidiidae và kỳ nhông núi Lyell.[7][8] Một số loài khác thì khi cuộn lại sẽ có dạng giống hình cầu hơn, chủ yếu để bảo vệ cơ thể chúng khỏi những kẻ săn mồi. Tư thế này có thể được nhìn thấy ở tê tê, nhện bánh xe, nhím, thú Có mai (Armadillo), thằn lằn lưng Armadillo, động vật đẳng túc và ở một số loài bọ ba thùy đã hóa thạch.[5][9] Tê tê và nhện bánh xe đã được quan sát là có thể lăn một cách có chủ đích để tránh khỏi động vật ăn thịt.[5][9] Những loài này có thể lăn một cách thụ động (dưới tác động của trọng lực hoặc gió) hoặc chủ động, thường là bằng cách thay đổi hình dạng của chúng để tạo ra một lực đẩy.[5]

Cỏ lăn (hay phong cổn thảo), tức những phần trên mặt đất của một số loài thực vật, có thể lìa khỏi cấu trúc rễ của chúng và lăn đi trong gió để phát tán hạt giống. Những loài thực vật này được tìm thấy đặc biệt tại những môi trường đồng bằng thoáng đãng.[10] Nổi tiếng nhất trong nhóm thực vật này phải kể đến Kali tragus (còn được gọi là Salsola tragus), hay cây kế gai Nga,[11] loài này xuất hiện ở Bắc Mỹ vào cuối thế kỷ 19, và được biết đến như một loài cỏ dại độc hại.[12] Nấm thuộc chi Bovista được biết là cũng sử dụng một chiến lược giống như vậy để phân tán bào tử của chúng.[13]

Luân trùng (hay trùng bánh xe, rotifer) là một nhóm động vật đa bào với kích thước hiển vi, thường được tìm thấy trong môi trường nước ngọt.[14] Mặc dù rotifer trong tiếng Latinh có nghĩa là "người mang bánh xe", những sinh vật này thực ra không có bất kỳ cấu trúc quay nào; cấu trúc thường được gọi là "bánh xe" thực ra là vòng lông mao đập nhịp nhàng được chúng sử dụng để kiếm ăn và tạo lực đẩy.[15]

Tế bào sừng (Keratinocyte), một loại tế bào ở da, di chuyển bằng chuyển động lăn trong quá trình hồi phục vết thương.[16][17] Các tế bào này có vai trò tạo thành một hàng rào chống lại các mầm bệnh và sự mất độ ẩm qua các mô bị thương.[18]

Bọ hung tạo ra những quả cầu từ phân động vật, thứ mà chúng sẽ lăn cùng với cơ thể bằng cách phổ biển là đi lùi và đẩy quả bóng bằng hai chân sau. Phân tích phát sinh chủng loại chỉ ra rằng: hành vi lăn như vậy đã tiến hóa độc lập nhiều lần trong lịch sử sinh giới. Hành vi đặc biệt của những con bọ này đã được ghi nhận và được cho là có ý nghĩa thần thánh trong văn hóa Ai Cập cổ đại. Mặc dù cấu trúc lăn là quả cầu phân chứ không phải chính cơ thể con bọ, chúng vẫn phải đối mặt với nhiều khó khăn cơ học mà những sinh vật lăn thực sự gặp phải.[5]

Chuyển động quay tự do

Ở những loài sinh vật kích thước lớn

Trong số các loài động vật, hiện tại ta chỉ biết đến một ví dụ duy nhất về cấu trúc dường như có khả năng quay tự do, mặc dù nó được sử dụng với mục đích tiêu hóa chứ không phải di chuyển: trụ tinh thể (crystalline style) ở một số động vật hai mảnh vỏ và động vật chân bụng.[19]:89 Que này thực ra là một thanh glycoprotein trong suốt, được liên tục tạo ra trong một túi có lông mao và kéo dài vào dạ dày. Hoạt động của các lông mao làm cho que quay và khiến cho nó được bọc trong những sợi chất nhầy. Khi que hòa tan từ từ trong dạ dày, nó sẽ tiết ra các enzyme tiêu hóa.[19] Những ước tính về tốc độ quay của trụ in vivo ("trong cơ thể sống") có sự khác biệt nhau đáng kể và vẫn chưa rõ là cấu trúc này quay liên tục hay gián đoạn.[20]

Ở những loài sinh vật kích thước hiển vi

Có hai ví dụ đã biết về cấu trúc quay ở cấp độ phân tử được sử dụng bởi các tế bào sống.[21] ATP synthase là một loại enzyme được sử dụng trong quá trình lưu trữ và chuyển giao năng lượng.[22] Cấu trúc của enzyme này có một số điểm tương đồng với cấu trúc roi di chuyển mà ta sẽ thảo luận dưới đây.[23] ATP synthase được cho là đã phát sinh bởi quá trình tiến hóa theo mô-đun, trong đó hai tiểu phần với các chức năng riêng biệt ban đầu đã được kết hợp và thu được một chức năng mới.[24]

Ví dụ duy nhất được biết đến về một "bánh xe" sinh học — một hệ thống có khả năng cung cấp mô-men đẩy liên tục trong khi cơ thể vẫn được giữ cố định — là roi hay tiên mao, đây là một cái đuôi có hình giống như cái mở nút chai, được sinh vật nhân sơ đơn bào sử dụng để tạo lực đẩy.[2]:396 Roi ở các loài vi khuẩn có lẽ là ví dụ được biết đến nhiều nhất.[25][26] Khoảng một nửa số vi khuẩn đã biết có ít nhất một roi, cho thấy rằng chuyển động quay trên thực tế có thể là hình thức vận động phổ biến nhất trong các hệ thống sống, mặc dù việc sử dụng nó chỉ hạn chế trong môi trường cấp độ hiển vi.[27]

Ở phần gốc của roi vi khuẩn, nơi nó cắm vào màng tế bào, một protein vận động thực hiện chức năng giống như một động cơ quay. Động cơ này được cung cấp năng lượng bởi lực đẩy proton, tức là bởi dòng proton (ion hydrogen) di chuyển qua màng tế bào vi khuẩn nhờ chênh lệch gradient nồng độ được được tạo ra bởi quá trình trao đổi chất. (Ở các loài thuộc chi Vibrio, có hai loại roi, một loại nằm ở cực và một loại nằm ở bên sườn, và vài roi được điều khiển bởi một bơm ion Natri chứ không phải bơm proton.[28]) Roi hoạt động một cách khá hiệu quả, chúng cho phép vi khuẩn di chuyển với tốc độ tối đa là 60 lần độ dài cơ thể trong mỗi giây.[29] Như đã nhắc đến từ trước, động cơ quay ở gốc roi có cấu trúc tương tự như ATP synthase.[21] Vi khuẩn Spirillum có cơ thể xoắn với các roi ở hai đầu và chúng quay quanh trục trung tâm của cơ thể khi di chuyển trong nước.[30]

Cổ khuẩn, một nhóm sinh vật nhân sơ tách biệt với vi khuẩn, cũng có roi - được gọi là roi cổ khuẩn - và cũng được điều khiển bởi các protein vận động quay. Tuy nhiên. roi của cổ khuẩn khác biệt về mặt cấu trúc và tiến hóa so với roi ở vi khuẩn: trong khi roi vi khuẩn phát triển từ hệ thống tiết loại III của vi khuẩn, roi của cổ khuẩn có vẻ có phát triển từ pili loại IV.[31]

Một số tế bào nhân thực, chẳng hạn như Euglena hay tinh trùng ở động vật, sở hữu những cấu trúc roi khác biệt về nguồn gốc tiến hóa nhưng có đặc điểm giống nhau (tiến hóa hội tụ)[32], gọi là cilium hoặc undulipodium. Không giống như roi ở vi khuẩn, các cấu trúc này không xoay ở phần gốc; đúng hơn, chúng uốn cong theo cách mà đầu roi vẽ thành một vòng tròn trong môi trường.[33]:1105

Tuy nhiên, một số nguyên sinh vật vẫn có thể được quan sát có thể quay tự do mà không cần roi. Navicula, một loại tảo silic (diatom), có thể có một cơ chế lăn khác thường và không hề sử dụng đến roi.[34][35][36][37]