Lista nierozwiązanych problemów w biologii - List of unsolved problems in biology
| Część serii na |
| Biologia |
|---|
|
W tym artykule wymieniono godne uwagi nierozwiązane problemy w biologii .
Biologia ogólna
Ewolucja i początki życia
-
Pochodzenie życia . Jak i kiedy powstało życie na Ziemi? Która z wielu hipotez jest prawidłowa? Jakie szlaki metaboliczne były wykorzystywane przez najwcześniejsze formy życia?
- Pochodzenie wirusów . Jak i kiedy powstały różne grupy wirusów?
- Życie pozaziemskie . Czy życie, które nie pochodzi z planety Ziemia, rozwinęło się również na innych planetach? Czy to życie może być inteligentne?
-
Ewolucja płci . Jakie selektywne zalety napędzały rozwój rozmnażania płciowego i jak on się rozwijał?
- Homoseksualizm . Jaka jest przyczyna homoseksualizmu, zwłaszcza u gatunku ludzkiego?
- Rozwój i ewolucja mózgu. Jak i dlaczego ewoluował mózg? Jakie są molekularne uwarunkowania indywidualnego rozwoju mózgu?
- Pochodzenie Eukariontów ( Symbiogeneza ). Jak i dlaczego komórki połączyły się, tworząc komórkę eukariotyczną? Czy jedno lub więcej losowych zdarzeń doprowadziło do powstania pierwszych komórek eukariotycznych, czy też powstawanie komórek eukariotycznych można wyjaśnić zasadami fizycznymi i biologicznymi? W jaki sposób cykl mitozy mitochondriów zsynchronizował się z komórką gospodarza? Czy mitochondria lub jądro rozwinęły się najpierw u eukariontów?
- Ostatni powszechny wspólny przodek . Jakie były cechy charakterystyczne ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka archeonów, bakterii i eukariontów? Czy Archaea i Eukariones wyewoluowały z domeny Bakterie, czy też utworzyły ją podstawowo? Czy archeony i eukarionty mają wspólnego późniejszego lub wcześniejszego przodka bakterii?
Biochemia i biologia komórki
- Co robią wszystkie nieznane białka? Prawie dwie dekady od zsekwencjonowania pierwszych eukariontów „biologiczna rola” około 20% białek jest wciąż nieznana. Wiele z tych białek jest konserwowanych u większości gatunków eukariotycznych, a niektóre są konserwowane w bakteriach, co wskazuje na ich fundamentalną rolę dla życia.
- Determinanty wielkości komórek . W jaki sposób komórki określają, jaki rozmiar mają urosnąć przed podziałem?
- Aparat Golgiego . W teorii komórkowej , jaki jest dokładny mechanizm transportowy , w którym białka podróżować przez aparat Golgiego ?
- Mechanizm działania leków. Mechanizmy działania wielu leków, w tym litu , talidomidu i ketaminy, nie są do końca poznane.
- Składanie białek . Jaki jest kod składania? Jaki jest mechanizm składania? Czy możemy przewidzieć natywną strukturę białka na podstawie jego sekwencji aminokwasowej? Czy możliwe jest przewidzenie drugorzędowej, trzeciorzędowej i czwartorzędowej strukturysekwencji polipeptydowej wyłącznie na podstawie sekwencji i informacji o środowisku? Problem odwrotnego fałdowania białek: czy możliwe jest zaprojektowanie sekwencji polipeptydowej, która przyjmie daną strukturę w określonych warunkach środowiskowych? Osiągnięto to w przypadku kilku małych białek globularnych w 2008 r. W 2020 r. ogłoszono, że AlphaFold firmy Google, sieć neuronowa oparta nasztucznej inteligencji DeepMind , jest w stanie przewidzieć ostateczny kształt białka w oparciu wyłącznie o jego łańcuch aminokwasowy z dokładnością do około 90% na próbce testowej białek wykorzystywanych przez zespół.
- Kinetyka enzymów : dlaczego niektóre enzymy wykazują kinetykę szybszą niż dyfuzja?
- Problem fałdowania RNA : Czy można dokładnie przewidzieć drugorzędową, trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę sekwencji kwasu polirybonukleinowego na podstawie jego sekwencji i środowiska?
- Projektowanie białek : czy możliwe jest zaprojektowanie wysoce aktywnych enzymów de novo dla dowolnej pożądanej reakcji?
- Biosynteza : Czy pożądane cząsteczki, produkty naturalne lub inne, mogą być wytwarzane z dużą wydajnością poprzez manipulację szlakiem biosyntezy?
- Jaki jest mechanizm przemian allosterycznych białek ? Modele uzgodnione i sekwencyjne postawiono hipotezę, ale żaden z nich nie został zweryfikowany.
- Jakie są endogenne ligandy z receptorów sierocych ?
- Jaką substancją jest czynnik hiperpolaryzujący pochodzenia śródbłonkowego ?
Inne
- Konsekwencja ruchu . Jak możemy poruszać się w tak kontrolowany sposób, mimo że motoryczne impulsy nerwowe wydają się przypadkowe i nieprzewidywalne?
- Jak narządy rosną do prawidłowego kształtu i wielkości? W jaki sposób tak niezawodnie formowany jest ostateczny kształt i wielkość organów? Procesy te są częściowo kontrolowane przez szlak sygnałowy Hippo .
- Czy rozwijające się systemy biologiczne mogą określić czas? Do pewnego stopnia wydaje się, że tak jest, jak pokazuje gen CLOCK .
- Dlaczego dzieci tak rzadko rodzą się z rakiem?
Biologia człowieka
- Handedness : Nie jest jasne, jak rozwija się ręczność, jakiemu celowi służy, dlaczego praworęczność jest znacznie bardziej powszechna i dlaczego istnieje leworęczność.
- Śmiech : Chociaż ogólnie przyjmuje się, że śmiech wyewoluował jako forma komunikacji społecznej, dokładny proces neurobiologiczny, który prowadzi ludzi do śmiechu, nie jest dobrze poznany.
- Ziewanie : Nie ustalono jeszcze, jaki jest biologiczny lub społeczny cel ziewania.
- Dlaczego ludzie mają odciski palców ? Funkcja grzbietów naskórka na palcach człowieka (odciski palców) nie jest dobrze poznana. Teoria, że odciski palców pomagają utrzymać przyczepność, została obalona. Jest prawdopodobne, że odciski palców odgrywają pewną rolę w postrzeganiu tekstury, ale nie zostało to jeszcze udowodnione.
- Spadek liczby męskich plemników: Nie jest jasne, co powoduje stały spadek liczby plemników na całym świecie od XX wieku.
- Spadek średniej temperatury ciała człowieka od XIX wieku: Dane medyczne sugerują, że średnia temperatura ciała spadła o 0,6 Celsjusza od XIX wieku. Przyczyna jest niejasna, chociaż sugerowano, że ma ona pewien związek ze zmniejszonym stanem zapalnym spowodowanym zmniejszoną ekspozycją na mikroorganizmy.
- Dlaczego istnieją grupy krwi ? Nie jest jasne, jakie jest pochodzenie i cel posiadania grup krwi. Uważa się, że krew O może być adaptacją do malarii i że różne grupy krwi reagują na różne choroby, ale ta hipoteza nie została jeszcze udowodniona. Dlaczego te antygeny powstały w pierwszej kolejności? Co odpowiada za różnice w grupie krwi? Jak stare są różnice w grupach krwi? Co odpowiada za dużą liczbę rzadkich grup krwi innych niż AB0? Jaką rolę w walce z chorobami odgrywają grupy krwi?
- Efekt foticznego kichnięcia : Co powoduje efekt foticznego kichnięcia? Dlaczego jest tak powszechny, ale nie uniwersalny?
- Ludzkie feromony płciowe : Istnieją sprzeczne dowody na istnienie ludzkich feromonów. Czy rzeczywiście istnieją, a jeśli tak, to jak wpływają na zachowanie?
- Istnienie punktu Grafenberga ( punkt G): Czy punkt G rzeczywiście istnieje? Jeśli tak, to czy występuje u wszystkich kobiet? Co to właściwie jest?
Neuronauka i poznanie
Neurofizjologia
| Spać | Jaka jest biologiczna funkcja snu? Dlaczego śnimy ? Jakie są podstawowe mechanizmy mózgu? Jaki jest jego związek ze znieczuleniem ? |
| Neuroplastyczność | Jak plastyczny jest dojrzały mózg? |
| Znieczulenie ogólne | Jaki jest mechanizm, dzięki któremu to działa? |
| Choroby neuropsychiatryczne | Jakie podstawy neuronowe (przyczyn) z psychicznych chorób, takich jak zaburzenia psychotyczne (np mania , schizofrenia ), choroba Parkinsona , choroba Alzheimera albo uzależnienia ? Czy można odzyskać utratę funkcji czuciowych lub motorycznych? |
| Obliczenia neuronowe | Jakie są różne typy neuronów i co robią w mózgu? |
Poznanie i psychologia
| Poznanie i decyzje | Jak i gdzie mózg ocenia wartość nagrody i wysiłek ( koszt ) w celu modulowania zachowania ? Jak poprzednie doświadczenie zmienia percepcję i zachowanie? Jaki jest genetyczny i środowiskowy wkład w funkcjonowanie mózgu? |
| Neuronauka obliczeniowa | Jak ważna jest precyzyjna synchronizacja potencjałów czynnościowych dla przetwarzania informacji w korze nowej? Czy istnieje obliczenia kanoniczne wykonywane przez kolumny korowe? W jaki sposób informacja w mózgu jest przetwarzana przez kolektywną dynamikę dużych obwodów neuronalnych? Jaki stopień uproszczenia jest odpowiedni dla opisu przetwarzania informacji w mózgu? Jaki jest kod neuronowy? |
| Obliczeniowa teoria umysłu | Jakie są granice rozumienia myślenia jako formy informatyki? |
| Świadomość | Jaka jest mózgowa podstawa subiektywnego doświadczenia , poznania, czuwania, czujności , pobudzenia i uwagi ? Czy istnieje „ trudny problem świadomości ”? Jeśli tak, jak to rozwiązać? Jaka jest, jeśli w ogóle, funkcja świadomości? |
| Wolna wola | Zwłaszcza neuronauka wolnej woli |
| Język | Jak to jest realizowane neuronowo? Jaka jest podstawa znaczenia semantycznego ? |
| Nauka i pamięć | Gdzie są przechowywane nasze wspomnienia i jak są ponownie odzyskiwane? Jak można poprawić uczenie się? Jaka jest różnica między wspomnieniami jawnymi a ukrytymi ? Jaka cząsteczka odpowiada za znakowanie synaptyczne ? |
| Noogenesis - w powstanie i ewolucja z inteligencją | Jakie są prawa i mechanizmy - powstawania nowych pomysłów ( wgląd , synteza kreatywności, intuicja , podejmowanie decyzji , eureka ); rozwój (ewolucja) indywidualnego umysłu w ontogenezie itd.? |
| Postrzeganie | W jaki sposób mózg przekazuje informacje sensoryczne w spójne, prywatne spostrzeżenia? Jakie są zasady, według których zorganizowana jest percepcja? Jakie cechy/ przedmioty składają się na nasze percepcyjne doświadczenie zdarzeń wewnętrznych i zewnętrznych? Jak zintegrowane są zmysły ? Jaki jest związek między subiektywnym doświadczeniem a światem fizycznym ? |
Biologia nie-ludzka
Ekologia, ewolucja i paleontologia
Do nierozwiązanych problemów związanych z interakcjami między organizmami i ich rozmieszczeniem w środowisku należą:
- Paradoks planktonu . Wysoka różnorodność z fitoplanktonu wydaje się naruszać zasada gausego .
- Eksplozja kambryjska . Jaka jest przyczyna widocznego gwałtownego zróżnicowania wielokomórkowego życia zwierząt na początku kambru , w wyniku którego pojawiły się prawie wszystkie współczesne typy zwierząt ?
- Gradient zróżnicowania równoleżnikowego . Dlaczego bioróżnorodność wzrasta w drodze z biegunów na równik?
- Wstrętny tajemnica Darwina z botaniki / roślin . Jaka jest dokładna ewolucyjna historia kwiatów i jaka jest przyczyna pozornego nagłego pojawienia się prawie współczesnych kwiatów w zapisie kopalnym?
- Dorosła forma Facetotecta . Dorosła forma tego zwierzęcia nigdy nie została napotkana w wodzie i pozostaje tajemnicą, do czego wyrośnie.
- Pochodzenie węży . Czy węże wyewoluowały z ryjących się jaszczurek lub jaszczurek wodnych? Istnieją dowody na obie hipotezy.
- Pochodzenie żółwi . Czy żółwie ewoluowały z anapsydów lub diapsydów? Istnieją dowody na obie hipotezy.
- Biota ediakarska . Jak należy klasyfikować biotę Ediacaran? Nawet do jakiego królestwa należą, nie jest jasne. Dlaczego zostały tak zdecydowanie wyparte przez biotę kambryjską?
Etologia
Do nierozwiązanych problemów związanych z zachowaniem zwierząt należą:
- Bazowanie . Nie znaleziono jeszcze zadowalającego wyjaśnienia mechanizmów neurobiologicznych, które umożliwiają zwierzętom naprowadzanie do domu.
- Flokowanie (zachowanie) . Nie do końca wiadomo, w jaki sposób stada ptaków i nietoperzy tak szybko koordynują swoje ruchy. Nie jest też celem dużych stad, takich jak szpaki, które wydają się raczej zapraszać drapieżniki niż je chronić.
- Migracja motyli . W jaki sposób potomkowie motyla monarcha w całej Kanadzie i Stanach Zjednoczonych w końcu, po migracji przez kilka pokoleń, udaje się powrócić do kilku stosunkowo niewielkich miejsc zimowania?
- Płetwal błękitny . Nie ma zbyt wielu danych na temat seksualności płetwala błękitnego.
- Osa galasowa . W dużej mierze nie wiadomo, w jaki sposób osy galasowe indukują tworzenie się galasów u roślin; omówiono wyzwalacze chemiczne, mechaniczne i wirusowe.
Organy i biomolekuły inne niż ludzkie
Do nierozwiązanych problemów związanych ze strukturą i funkcją narządów, procesów i biomolekuł innych niż ludzkie należą:
- Alkaloidy . Funkcja tych substancji w organizmach żywych, które je wytwarzają, nie jest znana
- Korarchaeota ( archea ). Procesy metaboliczne tej gromady archeonów są na razie niejasne.
- Wrotki . Jaka jest funkcja narządu pozamózgowego wrotków ( zwierząt pseudocelomatów )?
- Ciało glikogenowe . Funkcja tej struktury w rdzeniu kręgowym ptaków nie jest znana.
- Problem głowy stawonogów . Wieloletni spór zoologiczny dotyczący segmentowego składu głów różnych grup stawonogów i ich ewolucyjnego powiązania.
- Jajniki rekinów wygrzewające . Wydaje się, że działa tylko prawy jajnik u samic żarłacza olbrzymiego. Powód jest nieznany.
- Jaskrawo kolorowe jaja ptasie. Nie wiadomo, jaki proces ewolucyjny doprowadziłby ptaki do posiadania jaj w jasnych kolorach, biorąc pod uwagę zwiększoną widoczność dla drapieżników.
- Osteodermy/skórki stegozaura . Od dawna toczy się debata na temat tego, czy podstawową funkcją osteoderm/skórek stegozaurów jest ochrona przed drapieżnikami, prezentacja seksualna, rozpoznawanie gatunków, termoregulacja lub inne funkcje.