Seznam nevyřešených problémů v biologii - List of unsolved problems in biology

Tohle je dynamický seznam a nikdy nemusí být schopen splnit určité standardy pro úplnost. Můžete pomoci přidání chybějících položek s spolehlivé zdroje.

Tento článek uvádí pozoruhodné nevyřešené problémy v biologie.

Obecná biologie

Vývoj a počátky života

  • Původ života. Jak a kdy přesně vznikl život na Zemi? Která, pokud existuje, z mnoha hypotéz je správná? Jaké byly metabolické cesty používané nejranějšími formami života?
    • Počátky virů. Jak a kdy přesně vznikly různé skupiny virů?
    • Mimozemský život. Může se život, který nepochází z planety Země, vyvinout také na jiných planetách? Může být tento život inteligentní?
    • Jaké jsou chemické látky počátky života? Jak neživé chemické sloučeniny generovaly samoreplikující se složité formy života?
  • Vývoj sexu. Jaké selektivní výhody vedly k vývoji sexuální reprodukce, a jak se to vyvinulo?[1]
    • Homosexualita. Co je příčinou homosexuality, zejména u lidských druhů?
  • Rozvoj a vývoj mozku. Jak a proč mozek rozvíjet se ? Jaké jsou molekulární determinanty individuálního vývoje mozku?
  • Původ eukaryot a mitochondriální migrace Jak a proč se mitochondrie dostaly do eukaryotické buňky? Byl to biologický zázrak nebo existovala nějaká základní příčina, kvůli které pravděpodobně vstoupily mitochondrie? Jak se mitochondriální cyklus mitózy synchronizoval s hostitelskou buňkou? Vyvinuli se mitochondrie nebo jádro jako první u eukaryot? Kdy přesně se tyto struktury vyvinuly?
  • Poslední univerzální společný předek Jaké byly vlastnosti posledního univerzálního společného předka Archea, bakterií a eukaryot? Vyvinuly se Archaea a Eukaryotes z doménových bakterií nebo k tomu přičtily bazální? Sdílejí Archaea a Eukaryotes pozdějšího nebo dřívějšího společného předka bakterií?

Biochemie a buněčná biologie

Viz také: Hypotetické typy biochemie
  • Co dělají všechny neznámé proteiny? Téměř dvě desetiletí od sekvenování prvních eukaryot stále není známa „biologická role“ asi 20% proteinů[2]. Mnoho z těchto proteinů je konzervováno u většiny eukaryotických druhů a některé jsou konzervovány u bakterií, což naznačuje důležitou roli pro život[3][4][5].
  • Determinanty velikost buňky. Jak buňky určují, do jaké velikosti mají růst, než se rozdělí?
  • Golgiho aparát. v buněčná teorie, co je přesné transportní mechanismus kterým proteiny cestují skrz Golgiho aparát ?
  • Mechanismus účinku drog. Mechanismy působení mnoha léků včetně paracetamol, lithium, thalidomid a ketamin[6] nejsou zcela pochopeny.
  • Skládání bílkovin. Co je to skládací kód? Co je to skládací mechanismus? Můžeme předpovědět přirozenou strukturu proteinu z jeho aminokyselinové sekvence? Je možné předpovědět sekundární, terciární a kvartérní strukturu a polypeptid sekvence založená pouze na sekvenci a informacích o životním prostředí? Problém inverzního skládání proteinu: Je možné navrhnout polypeptidovou sekvenci, která za určitých podmínek prostředí přijme danou strukturu?[7][8] Toho bylo v posledních letech dosaženo u několika malých globulárních proteinů.[9]
  • Kinetika enzymů: Proč něco enzymy vykazují rychlejší než difúzní kinetiku?[10]
  • RNA skládací problém: Je možné přesně předpovědět sekundární, terciární a kvartérní strukturu sekvence polyribonukleové kyseliny na základě její sekvence a prostředí?
  • Proteinový design: Je možné navrhnout vysoce aktivní enzymy de novo pro nějakou požadovanou reakci?[11]
  • Biosyntéza: Mohou být požadované molekuly, přírodní produkty nebo jinak produkovány s vysokým výtěžkem manipulací s biosyntetickou cestou?[12]
  • Co je to mechanismus alosterických přechodů proteinů? The koordinovaně a sekvenční modely byly předpokládány, ale ani jeden nebyl ověřen.
  • Jaké jsou endogenní ligandy z osiřelé receptory?
  • Co je to látka hyperpolarizační faktor odvozený od endotelu?

jiný

  • Proč ano biologické stárnutí nastat? Existuje řada hypotéz, proč k stárnutí dochází, včetně těch, které jsou naprogramovány změnami genové exprese a že jde o kumulativní poškození biologických procesů.
  • Konzistence hnutí. Jak se můžeme tak kontrolovaně pohybovat, i když se motorické nervové impulsy zdají nahodilé a nepředvídatelné?[13]
  • Jak rostou orgány do správného tvaru a velikosti?[14] Jak se spolehlivě utváří konečný tvar a velikost orgánů? Tyto procesy jsou částečně řízeny Hrochová signální dráha.
  • Může vývoj biologických systémů říci čas?[14] Zdá se, že tomu tak je, jak ukazuje HODINY gen.
  • Proč se děti tak zřídka rodí s rakovinou?[15]

Biologie člověka

  • Handedness: Není jasné, jak se handness vyvíjí, k jakému účelu slouží, proč je pravostrannost mnohem častější a proč existuje levostrannost.
  • Smích: I když je všeobecně přijímáno, že smích se vyvinul jako forma sociální komunikace, přesný neurobiologický proces, který vede lidi k smíchu, není dobře znám.
  • Zívání: Je třeba ještě zjistit, jaký je biologický nebo sociální účel zívání.[16]
  • Proč lidé mají otisky prstů ? Funkce epidermálních hřebenů na lidských prstech (otisky prstů) není dobře známa. Teorie, že otisky prstů pomáhají udržovat přilnavost, byla vyvrácena. Je pravděpodobné, že otisky prstů hrají určitou roli ve vnímání textury, ale to se ještě musí prokázat.[17]
  • Pokles počtu mužských spermií: Není jasné, co způsobuje stálý pokles počtu spermií na celém světě od dvacátého století.[18]
  • Pokles průměrné teploty lidského těla od 19. století: Lékařské údaje naznačují, že průměrná tělesná teplota od 19. století poklesla o 0,6 Celsia. Příčina je nejasná, i když se předpokládá, že má určitou souvislost se sníženým zánětem ze snížené expozice mikroorganismům. [19]
  • Proč tam jsou krevní skupiny ? Není jasné, jaký je původ a účel krevních skupin. Předpokládá se, že krev O může být adaptací na malárii a že různé krevní skupiny reagují na různá onemocnění, ale tato hypotéza musí být ještě prokázána. Proč se tyto antigeny vůbec vyvinuly? Co vysvětluje rozdíly v krevní skupině? Jak staré jsou rozdíly v krevních skupinách? Co vysvětluje velký počet vzácných krevních skupin jiných než ABO? Jakou roli hrají krevní skupiny v boji proti nemocem?[20]
  • Existence Grafenbergovo místo (Bod G): Existuje skutečně bod G? Pokud ano, je přítomen u všech žen? Co přesně to je?[22]

Neurovědy a poznání

Neurofyziologie

SpátJaká je biologická funkce spánku? Proč sen ? Jaké jsou základní mozkové mechanismy? Jaký je jeho vztah anestézie ?
NeuroplasticitaJak plastický je zralý mozek?
Celkové anestetikumJaký je mechanismus, kterým to funguje?
Neuropsychiatrické nemociJaké jsou neurální báze (příčiny) duševní nemoci jako psychotické poruchy (např. mánie, schizofrenie ), Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba nebo závislost ? Je možné obnovit ztrátu senzorické nebo motorické funkce?
Neurální výpočetJaké jsou různé typy neuron a co dělají v mozku?

Poznání a psychologie

Poznání a rozhodnutíJak a kde mozek hodnotí odměna hodnota a úsilí (náklady ) modulovat chování ? Jak mění předchozí zkušenost vnímání a chování? Jaké jsou genetické a environmentální příspěvky k funkci mozku?
Výpočetní neurovědaJak důležité je přesné načasování akčních potenciálů pro zpracování informací v neokortexu? Existuje kanonický výpočet prováděný kortikálními sloupy? Jak jsou informace v mozku zpracovávány kolektivní dynamikou velkých neuronových obvodů? Jaká úroveň zjednodušení je vhodná pro popis zpracování informací v mozku? Co je to neurální kód?
Výpočetní teorie mysliJaké jsou hranice chápání myšlení jako formy práce na počítači?
VědomíCo je to mozek na základě subjektivní zkušenost poznání, bdělost, ostražitost, vzrušení, a Pozornost ? Existuje „těžký problém vědomí „Pokud ano, jak je to vyřešeno? Jaká je funkce vědomí, pokud existuje?[23][24]
Svobodná vůleObzvláště neurověda svobodné vůle
JazykJak je implementováno neurálně? Co je základem sémantický význam ?
Učení se a PaměťKde jsou uloženy naše vzpomínky a jak jsou znovu vyvolány? Jak lze zlepšit učení? Jaký je rozdíl mezi explicitní a implicitní vzpomínky? Za jakou molekulu je zodpovědný synaptické značkování ?
Noogeneze - vznik a vývoj z inteligenceJaké jsou zákony a mechanismy - nové idea vznik (porozumění, syntéza kreativity, intuice, rozhodování, heuréka ); vývoj (evoluce) jedince mysl v ontogeneze, atd.?
VnímáníJak se mozek převod smyslové informace do soudržných, soukromých vnímání? Jaké jsou pravidla podle kterého je vnímání organizováno? Jaké jsou vlastnosti /předměty které tvoří naši percepční zkušenost s vnitřními a vnějšími událostmi? Jak se mají smysly integrovaný? Jaký je vztah mezi subjektivní zkušeností a fyzický svět?

Nehumánní biologie

Ekologie, evoluce a paleontologie

Mezi nevyřešené problémy týkající se interakcí mezi organismy a jejich distribuce v životním prostředí patří:

  • Kambrijská exploze. Co je příčinou zdánlivé rychlé diverzifikace života mnohobuněčných zvířat kolem začátku Kambrijský, což má za následek vznik téměř všech moderních zvířat phyla ?
  • Nepřítomnost Loricifera fosilie. Existuje nejméně 100 druhů tohoto kmene mořských obydlí (mnoho nepopsaných), ale o fosilních záznamech není známo, že by byl přítomen.
  • Forma pro dospělé Facetotecta. Dospělá forma tohoto zvířete se ve vodě nikdy nesetkala a zůstává záhadou toho, do čeho vyroste.
  • Původ hadi. Vyvinuli se hadi z hrabajících ještěrek nebo vodních ještěrek? Existují důkazy pro obě hypotézy.
  • Původ želvy. Vyvinuli se želvy z anapsidů nebo diapsidů? Existují důkazy pro obě hypotézy.
  • Ediacaran biota. Jak by měla být klasifikována Ediacaran biota? Ani to, do kterého království patří, je nejasné. Proč byli tak rozhodně vysídleni kambrijskou biotou?

Etologie

Mezi nevyřešené problémy týkající se chování zvířat patří:

  • Naváděcí. Dosud nebylo nalezeno uspokojivé vysvětlení neurobiologických mechanismů, které umožňují navádění zvířat.
  • Vločkování (chování). Jak hejna ptáků a netopýrů tak rychle koordinují své pohyby, není zcela objasněna. Účelem velkých hejn nejsou ani špice špačků, které, jak se zdá, zvou spíše na dravce než na ochranu. [25]
  • Migrace motýlů. Jak na to mají potomci motýl monarcha po celé Kanadě a USA se nakonec po migraci po několik generací podaří vrátit na několik relativně malých přezimujících míst?
  • Gall vosa. Není známo, jak vosy vyvolávají tvorbu žluči v rostlinách; byly diskutovány chemické, mechanické a virové spouštěče.

Nehumánní orgány a biomolekuly

Mezi nevyřešené problémy týkající se struktury a funkce nelidských orgánů, procesů a biomolekul patří:

  • Alkaloidy. Funkce těchto látek v živých organismech, které je produkují, není známa[27]
  • Korarchaeota (archaea). Metabolické procesy tohoto kmene archea jsou dosud nejasné.
  • Rotifer. Jaká je funkce retrocerebrálního orgánu vířníků (pseudocoelomate zvířata )?
  • Glykogenové tělo. Funkce této struktury v míchu ptáků není známa.
  • Problém s hlavou členovce. Dlouhodobý zoologický spor týkající se segmentového složení hlav různých skupin členovců a jejich vzájemného evolučního vztahu.
  • Ovarie z vyhřívají žraloky. Zdá se, že funguje pouze pravý vaječník u ženských žraloků. Důvod není znám.
  • Pestrobarevné ptačí vejce. Není známo, jaký evoluční proces by vedl ptáky k tomu, aby měli jasně zbarvená vejce, a to díky zvýšené viditelnosti pro predátory. [28]
  • Stegosaur osteodermy / scuty. Existuje dlouhotrvající debata o tom, zda primární funkcí osteodermů / scutes stegosaurů je ochrana před predátory, sexuální projev, rozpoznávání druhů, termoregulace nebo jiné funkce.

Viz také

Reference

  1. ^ Sherratt TN, Wilkinson DM (2009). Velké otázky v ekologii a evoluci. USA: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-954861-3.
  2. ^ Wood, V; Lock, A; Harris, MA; Rutherford, K; Bähler, J; Oliver, SG (28. února 2019). „Skryté na očích: co zbývá objevit v eukaryotickém proteomu?“. Otevřená biologie. 9 (2): 180241. doi:10.1098 / rsob.180241. PMC  6395881. PMID  30938578.
  3. ^ Wood, V; Lock, A; Harris, MA; Rutherford, K; Bähler, J; Oliver, SG (28. února 2019). „Skryté na očích: co zbývá objevit v eukaryotickém proteomu?“. Otevřená biologie. 9 (2): 180241. doi:10.1098 / rsob.180241. PMC  6395881. PMID  30938578.
  4. ^ Edwards, Aled M .; Isserlin, Ruth; Bader, Gary D .; Frye, Stephen V .; Willson, Timothy M .; Yu, Frank H. (9. února 2011). "Příliš mnoho silnic není obsazeno". Příroda. 470 (7333): 163–165. arXiv:1102.0448. Bibcode:2011 Natur.470..163E. doi:10.1038 / 470163a. PMID  21307913.
  5. ^ Stoeger, Thomas; Gerlach, Martin; Morimoto, Richard I .; Nunes Amaral, Luís A .; Freeman, Tom (18. září 2018). „Rozsáhlé vyšetřování důvodů, proč jsou potenciálně důležité geny ignorovány“. PLOS Biology. 16 (9): e2006643. doi:10.1371 / journal.pbio.2006643. PMC  6143198. PMID  30226837.
  6. ^ Tyler MW, Yourish HB, Ionescu DF, Haggarty SJ (červen 2017). "Classics in Chemical Neuroscience: Ketamine". ACS Chemical Neuroscience. 8 (6): 1122–1134. doi:10.1021 / acschemneuro.7b00074. PMID  28418641.
  7. ^ "Ještě mnohem víc vědět". Věda. 309 (5731): 78–102. Červenec 2005. doi:10.1126 / science.309.5731.78b. PMID  15994524.
  8. ^ Král, Jonathan (2007). „MIT OpenCourseWare - 7,88J / 5,48J / 7,24J / 10,543J, problém se skládáním bílkovin, podzim 2007 Poznámky k přednášce - 1“. MIT OpenCourseWare. Archivovány od originál dne 28. září 2013. Citováno 22. června 2013.
  9. ^ Dill KA, Ozkan SB, Shell MS, Weikl TR (červen 2008). "Problém skládání bílkovin". Roční přehled biofyziky. 37: 289–316. doi:10.1146 / annurev.biophys.37.092707.153558. PMC  2443096. PMID  18573083.
  10. ^ Hsieh M, Brenowitz M (srpen 1997). „Porovnání kinetiky asociace DNA tetrameru Lac represoru, jeho dimerního mutanta LacIadi a nativního dimerního Gal represoru“. The Journal of Biological Chemistry. 272 (35): 22092–6. doi:10.1074 / jbc.272.35.22092. PMID  9268351.
  11. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 01.04.2013. Citováno 2012-12-19.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  12. ^ Peralta-Yahya PP, Zhang F, del Cardayre SB, Keasling JD (srpen 2012). „Mikrobiální inženýrství pro výrobu pokročilých biopaliv“. Příroda. 488 (7411): 320–8. Bibcode:2012Natur.488..320P. doi:10.1038 / příroda11478. PMID  22895337.
  13. ^ Kodaňská univerzita (24. ledna 2007). „Myslíš s míchou?“. ScienceDaily. Citováno 25. května 2016.
  14. ^ A b Saunders TE, Ingham PW (únor 2019). „Otevřené otázky: jak dostat vývojovou biologii do formy?“. Biologie BMC. 17 (1): 17. doi:10.1186 / s12915-019-0636-6. PMC  6387480. PMID  30795745.
  15. ^ Monje M (listopad 2018). „Otevřené otázky: proč se děti zřídka narodí s rakovinou?“. Biologie BMC. 16 (1): 129. doi:10.1186 / s12915-018-0601-9. PMC  6211449. PMID  30382924.
  16. ^ Gupta, Sharat; Mittal, Shallu (2013). „Zívání a jeho fyziologický význam“. International Journal of Applied and Basic Medical Research. 3 (1): 11–15. doi:10.4103 / 2229-516X.112230. PMC  3678674. PMID  23776833.
  17. ^ „Proč máme otisky prstů?“.
  18. ^ Carlsen, E .; Giwercman, A .; Keiding, N .; Skakkebaek, N. E. (12. září 1992). „Důkazy o snížení kvality spermatu za posledních 50 let“. BMJ. 305 (6854): 609–613. doi:10,1136 / bmj.305,6854,609. PMC  1883354. PMID  1393072.
  19. ^ „Ochlazují se teploty lidského těla?“.
  20. ^ https://www.bbc.com/future/article/20140715-why-do-we-have-blood-types
  21. ^ https://www.sciencemag.org/news/2017/03/do-human-pheromones-actually-exist
  22. ^ Kilchevsky, Amichai; Vardi, Yoram; Lowenstein, Lior; Gruenwald, Ilan (březen 2012). „Je ženský G-bod skutečně výraznou anatomickou entitou?“. The Journal of Sexual Medicine. 9 (3): 719–726. doi:10.1111 / j.1743-6109.2011.02623.x. PMID  22240236.
  23. ^ Sejnowski, Terrence J .; Hemmen, J. L. van (2006). 23 problémů v systémové neurovědě (PDF). Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-514822-0.
  24. ^ Tononi G, Koch C (květen 2015). „Vědomí: tady, tam a všude?“. Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Série B, Biologické vědy. Filozofické transakce Královské společnosti London B. 370 (1668): 20140167. doi:10.1098 / rstb.2014.0167. PMC  4387509. PMID  25823865.
  25. ^ https://www.audubon.org/magazine/march-april-2009/how-flock-birds-can-fly-and-move-together
  26. ^ Articleworld.org Modrá velryba
  27. ^ Aniszewski, Tadeusz (2007). Alkaloidy - tajemství života. Amsterdam: Elsevier. p. 142. ISBN  978-0-444-52736-3.
  28. ^ https://ornithology.com/the-mysteries-of-eggs/