Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Это динамический список, который, возможно, никогда не сможет удовлетворить определенные стандарты полноты. Вы можете помочь, добавив недостающие элементы из надежных источников .

В этой статье перечислены примечательных нерешенные проблемы в биологии .

Общая биология [ править ]

Эволюция и происхождение жизни [ править ]

  • Происхождение жизни . Как и когда возникла жизнь на Земле? Какая из многих гипотез верна? Какие метаболические пути использовали самые ранние формы жизни?
    • Происхождение вирусов . Как именно и когда возникли разные группы вирусов?
    • Внеземная жизнь . Может ли жизнь, которая не происходит с планеты Земля, развиться и на других планетах? Может ли эта жизнь быть разумной?
    • Каково химическое происхождение жизни ? Как неживые химические соединения породили самовоспроизводящиеся сложные формы жизни?
  • Эволюция секса . Какие селективные преимущества привели к развитию полового размножения и как оно развивалось? [1]
  • Развитие и эволюция мозга. Как и почему развился мозг? Каковы молекулярные детерминанты индивидуального развития мозга?
  • Происхождение эукариот и миграция митохондрий Как и почему митохондрии попали в эукариотическую клетку? Было ли это биологическим чудом или была какая-то основная причина, которая сделала возможным проникновение митохондрий? Как митохондриальный цикл митохондрии синхронизировался с ее клеткой-хозяином? Митохондрии или ядро ​​развились первыми у эукариот? Когда именно возникли эти структуры?
  • Последний всеобщий общий предок Какими были характеристики последнего всеобщего общего предка архей, бактерий и эукариот? Произошли ли археи и эукариоты из области бактерий или же стали основной кладкой? Есть ли у архей и эукариот общего более позднего или более раннего предка бактерий?

Биохимия и клеточная биология [ править ]

Смотрите также: Гипотетические типы биохимии
  • Что делают все неизвестные белки? Спустя почти два десятилетия после того, как были секвенированы первые эукариоты, «биологическая роль» около 20% белков все еще неизвестна. [2] Многие из этих белков законсервированы у большинства видов эукариот, а некоторые - у бактерий, что указывает на их фундаментальную роль для жизни. [3] [4] [5]
  • Детерминанты размера клетки . Как клетки определяют, до какого размера они вырастут перед делением?
  • Аппарат Гольджи . В теории клеток , каков точный транспортный механизм, с помощью которого белки проходят через аппарат Гольджи ?
  • Механизм действия препаратов. Механизмы действия многих лекарств, включая парацетамол , литий , талидомид и кетамин [6] , до конца не изучены.
  • Сворачивание белков . Что такое складной код? Какой механизм складывания? Можем ли мы предсказать нативную структуру белка по его аминокислотной последовательности? Можно ли предсказать вторичную, третичную и четвертичную структуру полипептидной последовательности, основываясь исключительно на информации о последовательности и окружающей среде? Проблема обратной сворачивания белка: возможно ли сконструировать полипептидную последовательность, которая будет принимать данную структуру при определенных условиях окружающей среды? [7] [8] Это было достигнуто для нескольких небольших глобулярных белков в 2008 году. [9] В 2020 году было объявлено, что Google AlphaFold , нейронная сеть, основанная на DeepMindискусственный интеллект способен предсказывать окончательную форму белка, основываясь исключительно на его аминокислотной цепи, с точностью около 90% на тестовом образце белков, использованном командой. [10]
  • Кинетика ферментов : почему некоторые ферменты демонстрируют кинетику быстрее диффузии? [11]
  • Проблема сворачивания РНК : возможно ли точно предсказать вторичную, третичную и четвертичную структуру последовательности полирибонуклеиновой кислоты на основе ее последовательности и окружения?
  • Дизайн белков : можно ли создать de novo высокоактивные ферментыдля любой желаемой реакции? [12]
  • Биосинтез : могут ли желаемые молекулы, природные продукты или что-то еще, производиться с высоким выходом за счет манипуляций с путями биосинтеза? [13]
  • Каков механизм аллостерических переходов белков ? Были выдвинуты гипотезы согласованной и последовательной моделей , но ни одна из них не была проверена.
  • Какие эндогенные лиганды из сиротских рецепторов ?
  • Какое вещество представляет собой гиперполяризующий фактор эндотелия ?


Другое [ править ]

  • Почему происходит биологическое старение ? Существует ряд гипотез, почему происходит старение, в том числе те, которые запрограммированы изменениями экспрессии генов, и что это совокупное повреждение биологических процессов.
  • Последовательность движения . Как мы можем двигаться так контролируемо, даже если двигательные нервные импульсы кажутся случайными и непредсказуемыми? [14]
  • Как органы вырастают до правильной формы и размера? [15] Каким образом окончательная форма и размер органов так надежно сформированы? Эти процессы частично контролируются сигнальным путем Hippo .
  • Могут ли развивающиеся биологические системы определять время? [15] В какой-то степени это так, как показывает ген CLOCK .
  • Почему дети так редко рождаются с раком? [16]

Биология человека [ править ]

  • Ручка : неясно, как развивается праворукость, какой цели она служит, почему праворукость гораздо более распространена и почему существует леворукость.
  • Смех : хотя общепринято, что смех развился как форма социальной коммуникации, точный нейробиологический процесс, который заставляет людей смеяться, не совсем понятен.
  • Зевота : еще предстоит установить, какова биологическая или социальная цель зевоты. [17]
  • Почему у людей есть отпечатки пальцев ? Функция эпидермальных гребней на пальцах человека (отпечатки пальцев) изучена недостаточно. Теория о том, что отпечатки пальцев помогают сохранять хватку, была опровергнута. Вполне вероятно, что отпечатки пальцев играют определенную роль в восприятии текстуры, но это еще предстоит доказать. [18]
  • Снижение количества мужских сперматозоидов: непонятно, что вызывает неуклонное снижение количества сперматозоидов во всем мире с двадцатого века. [19]
  • Снижение средней температуры тела человека с 19 века: медицинские данные показывают, что с 19 века средняя температура тела снизилась на 0,6 по Цельсию. Причина неясна, хотя было высказано предположение, что она имеет некоторую связь со снижением воспаления из-за уменьшения воздействия микроорганизмов. [20]
  • Почему есть группы крови ? Неясно, каково происхождение и цель наличия группы крови. Считается, что кровь O может быть адаптацией к малярии и что разные группы крови реагируют на разные заболевания, но эту гипотезу еще предстоит доказать. Почему вообще появились эти антигены? Чем объясняются различия в группах крови? Насколько древние различия в группах крови? Чем объясняется большое количество редких групп крови не по системе ABO? Какую роль играют группы крови в борьбе с болезнями? [21]
  • Эффект фотического чихания : что вызывает эффект фотического чихания? Почему он настолько распространен, но не универсален?
  • Человеческие половые феромоны : существуют противоречивые данные о существовании человеческих феромонов. Существуют ли они на самом деле, и если да, то как они влияют на поведение? [22]
  • Существование точки Графенберга ( точка G): существует ли точка G на самом деле? Если да, присутствует ли он у всех женщин? Что именно? [23]

Неврология и познание [ править ]

Нейрофизиология [ править ]

СпатьКакова биологическая функция сна? Почему мы мечтаем ? Каковы основные механизмы мозга? Как это связано с анестезией ?
НейропластичностьНасколько пластичен зрелый мозг?
Общий наркозКаков механизм, по которому это работает?
Психоневрологические заболеванияКакие нервные основания (причины) от психических заболеваний , таких как психотические расстройства (например , мании , шизофрении ), болезни Паркинсона , болезни Альцгеймера , или наркомании ? Можно ли восстановить потерю сенсорной или моторной функции?
Нейронные вычисленияЧто представляют собой различные типы нейронов и что они делают в мозге?

Познание и психология [ править ]

Познание и решенияКак и где мозг оценивает ценность вознаграждения и усилия ( затраты ) для модуляции поведения ? Как предыдущий опыт влияет на восприятие и поведение? Каков генетический и экологический вклад в работу мозга?
Вычислительная нейробиологияНасколько важна точная синхронизация потенциалов действия для обработки информации в неокортексе? Есть ли канонические вычисления, выполняемые кортикальными столбцами? Как информация в мозге обрабатывается коллективной динамикой крупных нейронных цепей? Какой уровень упрощения подходит для описания обработки информации в мозгу? Что такое нейронный код?
Вычислительная теория разумаКаковы пределы понимания мышления как формы вычислений?
СознаниеЧто лежит в основе субъективного опыта , познания, бодрствования, бдительности , возбуждения и внимания в мозгу ? Есть ли « тяжелая проблема сознания »? Если да, то как это решается? В чем заключается функция сознания, если таковая имеется? [24] [25]
Свободная воляВ частности, неврология свободы воли
ЯзыкКак это реализовано нейронно? Что лежит в основе смыслового значения ?
Обучение и памятьГде хранятся наши воспоминания и как они восстанавливаются? Как можно улучшить обучение? В чем разница между явными и неявными воспоминаниями? Какая молекула отвечает за синаптическую маркировку ?
Ноогенез - возникновение и эволюция от интеллектаКаковы законы и механизмы возникновения новых идей ( инсайт , творческий синтез, интуиция , принятие решений , эврика ); развитие (эволюция) индивидуальной психики в онтогенезе и т. д.?
ВосприятиеКак мозг передает сенсорную информацию в связные, частные восприятия? По каким правилам организовано восприятие? Какие особенности / объекты составляют наше восприятие внутренних и внешних событий? Как интегрированы чувства ? Какая связь между субъективным опытом и физическим миром?

Нечеловеческая биология [ править ]

Экология, эволюция и палеонтология [ править ]

Нерешенные проблемы, касающиеся взаимодействия организмов и их распространения в окружающей среде, включают:

  • Парадокс планктона . Высокое разнообразие в фитопланктон , кажется, нарушают принцип конкурентного исключения .
  • Кембрийский взрыв . В чем причина очевидного быстрого разнообразия жизни многоклеточных животных в начале кембрия , что привело к появлению почти всех современных типов животных ?
  • Градиент широтного разнообразия . Почему биоразнообразие увеличивается при движении от полюсов к экватору?
  • Отвратительная тайна Дарвина о ботанике / растений . Какова точная эволюционная история цветов и что является причиной внезапного появления почти современных цветов в летописи окаменелостей?
  • Отсутствие окаменелостей Loricifera . Существует по крайней мере 100 видов морских обитающих в этом типе животных (многие из них не описаны), но ни один из них не присутствует в летописи окаменелостей.
  • Взрослая форма Facetotecta . Взрослая форма этого животного никогда не встречалась в воде, и остается загадкой, во что она вырастает.
  • Происхождение змей . Змеи произошли от роющих ящериц или водных ящериц? Есть доказательства для обеих гипотез.
  • Происхождение черепах . Черепахи произошли от анапсидов или диапсидов? Есть доказательства для обеих гипотез.
  • Эдиакарская биота . Как следует классифицировать эдиакарскую биоту? Неясно даже, какому царству они принадлежат. Почему они были так решительно вытеснены кембрийской биотой?

Этология [ править ]

К нерешенным проблемам, связанным с поведением животных, относятся:

  • Самонаведение . Удовлетворительного объяснения нейробиологических механизмов, которые позволяют хоминговать у животных, еще предстоит найти.
  • Флокирование (поведение) . Не совсем понятно, как стаи птиц и летучих мышей координируют свои движения так быстро. Большие стаи, как у скворцов, не предназначены для того, чтобы привлекать хищников, а не защищать их. [26]
  • Миграция бабочек . Как потомкам бабочки-монарха по всей Канаде и США в конце концов, после миграции в течение нескольких поколений, удается вернуться в несколько относительно небольших мест для зимовки?
  • Синий кит . Данных о сексуальности синего кита немного. [27]
  • Желчная оса . В значительной степени неизвестно, как галловые осы вызывают образование галлов у растений; обсуждались химические, механические и вирусные триггеры.

Нечеловеческие органы и биомолекулы [ править ]

Нерешенные проблемы, связанные со структурой и функцией нечеловеческих органов, процессов и биомолекул, включают:

  • Алкалоиды . Функция этих веществ в живых организмах, которые их производят, неизвестна [28].
  • Корархеоты (археи). Метаболические процессы этого типа архей пока неясны.
  • Коловратка . Какова функция ретроцеребрального органа коловраток ( псевдоцеломных животных )?
  • Тело гликогена . Функция этой структуры в спинном мозге птиц неизвестна.
  • Проблема с головой членистоногого . Давний зоологический спор относительно сегментарного состава голов различных групп членистоногих и того, как они эволюционно связаны друг с другом.
  • Яичники гигантской акулы . У самок гигантской акулы функционирует только правый яичник. Причина неизвестна.
  • Ярко окрашенные птичьи яйца. Неизвестно, какой эволюционный процесс привел бы птиц к ярко окрашенным яйцам, учитывая повышенную видимость для хищников. [29]
  • Остеодермы / щитки стегозавров . Существует давняя дискуссия о том, является ли основная функция остеодерм / щитков стегозавров защитой от хищников, сексуальным проявлением, распознаванием видов, терморегуляцией или другими функциями.

См. Также [ править ]

  • Список нерешенных проблем нейробиологии

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sherratt TN, Wilkinson DM (2009). Большие вопросы экологии и эволюции . США: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-954861-3.
  2. ^ Вуд, V; Замок, А; Харрис, Массачусетс; Резерфорд, К; Bähler, J; Оливер, SG (28 февраля 2019 г.). «Скрытый на виду: что еще предстоит открыть в протеоме эукариот?» . Открытая биология . 9 (2): 180241. DOI : 10.1098 / rsob.180241 . PMC 6395881 . PMID 30938578 .  
  3. ^ Вуд, V; Замок, А; Харрис, Массачусетс; Резерфорд, К; Bähler, J; Оливер, SG (28 февраля 2019 г.). «Скрытый на виду: что еще предстоит открыть в протеоме эукариот?» . Открытая биология . 9 (2): 180241. DOI : 10.1098 / rsob.180241 . PMC 6395881 . PMID 30938578 .  
  4. ^ Эдвардс, Алед М .; Иссерлин, Рут; Бадер, Гэри Д.; Фрай, Стивен В .; Уилсон, Тимоти М .; Ю, Фрэнк Х. (9 февраля 2011 г.). «Слишком много непроходимых дорог». Природа . 470 (7333): 163–165. arXiv : 1102,0448 . Bibcode : 2011Natur.470..163E . DOI : 10.1038 / 470163a . PMID 21307913 . 
  5. ^ Stoeger, Томас; Герлах, Мартин; Моримото, Ричард I .; Нуньес Амарал, Луис А .; Фриман, Том (18 сентября 2018 г.). «Масштабное расследование причин игнорирования потенциально важных генов» . PLOS Биология . 16 (9): e2006643. DOI : 10.1371 / journal.pbio.2006643 . PMC 6143198 . PMID 30226837 .  
  6. ^ Тайлер MW, Yourish HB, Ionescu DF, Haggarty SJ (июнь 2017). «Классика химической неврологии: кетамин». ACS Chemical Neuroscience . 8 (6): 1122–1134. DOI : 10.1021 / acschemneuro.7b00074 . PMID 28418641 . 
  7. ^ "Еще многое нужно знать" . Наука . 309 (5731): 78–102. Июль 2005 г. doi : 10.1126 / science.309.5731.78b . PMID 15994524 . 
  8. ^ Король, Джонатан (2007). «MIT OpenCourseWare - 7.88J / 5.48J / 7.24J / 10.543J Проблема сворачивания белка, конспект лекций осень 2007 - 1» . MIT OpenCourseWare . Архивировано из оригинального 28 сентября 2013 года . Проверено 22 июня 2013 года .
  9. Перейти ↑ Dill KA, Ozkan SB, Shell MS, Weikl TR (июнь 2008 г.). «Проблема сворачивания белка» . Ежегодный обзор биофизики . 37 : 289–316. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.37.092707.153558 . PMC 2443096 . PMID 18573083 .  
  10. ^ Callaway, Юэн (2020-11-30). « « Это изменит все »: ИИ DeepMind совершает гигантский скачок в решении белковых структур» . Природа . 588 (7837): 203–204. DOI : 10.1038 / d41586-020-03348-4 .
  11. ^ Се M, Brenowitz M (август 1997). «Сравнение кинетики ассоциации ДНК тетрамера репрессора Lac, его димерного мутанта LacIadi и нативного димерного репрессора Gal» . Журнал биологической химии . 272 (35): 22092–6. DOI : 10.1074 / jbc.272.35.22092 . PMID 9268351 . 
  12. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-04-01 . Проверено 19 декабря 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  13. ^ Перальта-Яхья PP, Zhang F, дель Cardayre SB, Кислинг JD (август 2012). «Микробиологическая инженерия для производства современного биотоплива». Природа . 488 (7411): 320–8. Bibcode : 2012Natur.488..320P . DOI : 10.1038 / nature11478 . PMID 22895337 . 
  14. ↑ Копенгагенский университет (24 января 2007 г.). «Думая с помощью спинного мозга?» . ScienceDaily . Дата обращения 25 мая 2016 .
  15. ^ a b Saunders TE, Ingham PW (февраль 2019 г.). «Открытые вопросы: как привести в форму биологию развития?» . BMC Biology . 17 (1): 17. DOI : 10,1186 / s12915-019-0636-6 . PMC 6387480 . PMID 30795745 .  
  16. ^ Monje M (ноябрь 2018 г.). «Открытые вопросы: почему дети редко рождаются с раком?» . BMC Biology . 16 (1): 129. DOI : 10,1186 / s12915-018-0601-9 . PMC 6211449 . PMID 30382924 .  
  17. ^ Гупта, Шарат; Миттал, Шаллу (2013). «Зевота и ее физиологическое значение» . Международный журнал прикладных и фундаментальных медицинских исследований . 3 (1): 11–15. DOI : 10.4103 / 2229-516X.112230 . PMC 3678674 . PMID 23776833 .  
  18. ^ "Почему у нас есть отпечатки пальцев?" .
  19. ^ Карлсен, E .; Giwercman, A .; Кейдинг, Н .; Skakkebaek, NE (12 сентября 1992 г.). «Доказательства снижения качества спермы за последние 50 лет» . BMJ . 305 (6854): 609–613. DOI : 10.1136 / bmj.305.6854.609 . PMC 1883354 . PMID 1393072 .  
  20. ^ "Снижаются ли температуры человеческого тела?" .
  21. ^ https://www.bbc.com/future/article/20140715-why-do-we-have-blood-types
  22. ^ https://www.sciencemag.org/news/2017/03/do-human-pheromones-actually-exist
  23. ^ Кильчевский, Амичай; Варди, Йорам; Левенштейн, Лиор; Грюнвальд, Илан (март 2012 г.). «Действительно ли женская точка G - это особый анатомический объект?». Журнал сексуальной медицины . 9 (3): 719–726. DOI : 10.1111 / j.1743-6109.2011.02623.x . PMID 22240236 . 
  24. ^ Sejnowski, Терренс Дж .; Хеммен, JL ван (2006). 23 проблемы системной нейробиологии (PDF) . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-514822-0.
  25. ^ Тонони G, Koch C (май 2015). «Сознание: здесь, там и везде?» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . Философские труды Королевского общества Лондона Б. 370 (1 668): 20140167. DOI : 10.1098 / rstb.2014.0167 . PMC 4387509 . PMID 25823865 .  
  26. ^ https://www.audubon.org/magazine/march-april-2009/how-flock-birds-can-fly-and-move-topting
  27. ^ Articleworld.org Синий кит
  28. ^ Aniszewski, Тадеуш (2007). Алкалоиды - секреты жизни . Амстердам: Эльзевир . п. 142. ISBN. 978-0-444-52736-3.
  29. ^ https://ornithology.com/the-mysteries-of-eggs/