Нерозв'язані проблеми біології

У цій статті перераховано наразі нерозв'язані проблеми біології.

Загальна біологія

Еволюція та витоки життя

Біохімія та біологія клітин

  • Що роблять білки з невідомою функцією? Майже за два десятиліття з моменту секвенування перших еукаріотів «біологічна роль» близько 20 % білків досі невідома[2]. Багато з цих білків зберігаються у більшості видів еукаріотів, а деякі зберігаються в бактеріях, що вказує на життєво важливу роль[2][3][4].
  • Визначники розміру клітин. Як клітини визначають, до якого розміру рости, перш ніж ділитись?
  • Апарат Гольджі. Який точний механізм транспортування білків через апарат Гольджі?
  • Механізм дії ліків. Механізми дії багатьох лікарських засобів, включаючи парацетамол, літій, талідомід та кетамін[5], повністю не вивчено.
  • Згортання білків. Який код[прояснити] згортання? Який механізм згортання? Чи можемо ми передбачити нативну структуру білка з його амінокислотної послідовності? Чи можна передбачити вторинну, третинну та четвертинну структуру поліпептидної послідовності, виходячи виключно з самої послідовності та інформації про навколишнє середовище? Зворотна проблема згортання білка: чи можливо створити поліпептидну послідовність, яка буде приймати задану структуру в певних умовах навколишнього середовища?[6][7] Це було досягнуто для кількох малих кулястих білків за останні роки.[8]
  • Кінетика ферментів: чому деякі ферменти проявляють кінетику, швидшу за дифузію?[9]
  • Проблема згортання РНК: чи можна точно передбачити вторинну, третинну та четвертинну структуру послідовності полірибонуклеїнової кислоти на основі самої послідовності та середовища?
  • Конструкція білка: Чи можна створити високоактивні ферменти de novo для будь-якої бажаної реакції?[10]
  • Біосинтез: чи можна отримувати бажані молекули, природні продукти тощо, з високим виходом за допомогою маніпуляції шляхом біосинтезу?[11]
  • Який механізм алостеричних переходів білків? Було висунуто гіпотези про узгоджені та послідовні моделі, але жодну з них не було перевірено.
  • Які в рецепторів-сиріт ендогенні ліганди?
  • Яка речовина є гіперполяризуючим фактором, що походить від ендотелію?

Інше

  • Чому відбувається біологічне старіння? Існує ряд гіпотез, чому виникає старіння, в тому числі й те, що його запрограмовано змінами експресії генів і що це накопичувальна шкода біологічних процесів.
  • Послідовність руху. Як ми можемо рухатися так керовано, хоча рухові нервові імпульси здаються випадковими та непередбачуваними?[12]
  • Як органи ростуть до правильної форми та розміру?[13] Як остаточно формуються кінцева форма і розміри органів? Частково ці процеси контролюються сигнальним шляхом Гіппо
  • Чи можуть біологічні системи, що розвиваються, вказувати на час? Певною мірою це, мабуть, так, як показав ген CLOCK.
  • Чому малюки так рідко народжуються з раком?[14]

Біологія не людини

Екологія, еволюція та палеонтологія

До нерозв'язаних проблем взаємодії організмів та їх розповсюдження в навколишньому середовищі належать:

  • Парадокс планктону. Велика різноманітність фітопланктону, здається, порушує принцип конкурентного виключення.
  • Кембрійський вибух. Що є причиною очевидного швидкого урізноманітнення багатоклітинного життя тварин приблизно на початку кембрію, внаслідок чого виникли майже всі сучасні типи тварин?
  • Широтний градієнт різноманітності. Чому біорізноманіття збільшується, рухаючись від полюсів до екватора?
  • Дарвінська таємниця ботаніки / рослин. Яка точна еволюційна історія квітів і що є причиною очевидно раптової появи майже сучасних квітів у викопних шарах?
  • Відсутність скам'янілостей Loricifera. Існує щонайменше 100 видів цього типу морських тварин (багато з яких не описані), але жоден з них, як відомо, не присутній у викопних шарах.
  • Дорослий вигляд ракоподібних з інфракласу Facetotecta[en]. Дорослих особин цих тварин ніколи не знаходили і їхній вигляд залишається загадкою.
  • Походження змій. Від наземних чи водних ящірок пішли змії? Існують свідчення на користь обох гіпотез.
  • Походження черепах. Чи розвинулися черепахи від анапсид чи діапсид? Існують свідчення на користь обох гіпотез.
  • Едіакарська біота. Як слід класифікувати біоти едіакарію? Незрозуміло навіть до якого царства вони належать. Чому їх так швидко й повно витіснили кембрійські біоти?

Етологія

До нерозв'язаних проблем, пов'язаних з поведінкою тварин, належать:

  • Хомінг. Задовільне пояснення нейробіологічних механізмів, які дозволяють хомінг у тварини, ще не знайдено.
  • Міграція метеликів. Як нащадки метеликів-монархів по всій Канаді та США, врешті-решт, мігруючи протягом кількох поколінь, вдається повернутися до кількох відносно невеликих місць зимування?
  • Кит синій. Даних про сексуальність синього кита не так багато.[15]
  • Галові оси. В основному невідомо, як перетинчастокрилі індукують утворення галів у рослин; обговорювались хімічні, механічні та вірусні тригери.

Нелюдські органи та біомолекули

До нерозв'язаних проблем, пов'язаних зі структурою та функцією органів, процесів та біомолекул, що не належать людині, належать:

  • Алкалоїди. Функція цих речовин у живих організмах, які їх продукують, не відома[16]
  • Korarchaeota (архея). Метаболічні процеси цього типу археї поки що незрозумілі.
  • Коловертки. Яка функція ретроцеребрального органу коловерток (псевдокоеломатних тварин)?
  • Глікогенове тіло. Функція цієї структури в спинному мозку птахів не відома.
  • Проблема голови членистоногих. Давня зоологічна суперечка щодо сегментарного складу голів різних груп членистоногих та того, як вони еволюційно пов'язані між собою.
  • Яєчники велетенських акул. Видається, що у самок велетенських акул функціонує лише правий яєчник. Причина невідома.
  • Остеодерми/пазухи стегозавра. Існує давня дискусія щодо того, чи є основною функцією остеодерм / пазух стегозаврів: захист від хижаків, сексуальний прояв, розпізнавання видів, терморегуляція чи інші функції.

Нейрологія та пізнання

Нейрофізіологія

Сон Яка біологічна функція сну? Чому нам сняться сни? Які основні механізми мозку? Як він пов'язаний з анестезією?
Нейропластичність Наскільки пластичний зрілий мозок?
Загальна анестезія Який механізм її впливу?
Нейропсихіатричні захворювання Які нейрологічні основи (причини) психічних захворювань, таких як психотичні розлади (наприклад, манія, шизофренія), хвороби Паркінсона, Альцгеймера або залежності? Чи можливо відновити втрату сенсорної або рухової функції?
Нейронні обчислення Що таке різні типи нейронів і що вони роблять у мозку?

Пізнання та психологія

Пізнання та ухвалення рішень Як і де мозок оцінює цінність винагороди та зусилля (вартість) для моделювання поведінки? Як попередній досвід змінює сприйняття та поведінку? Які генетичні та екологічні внески в роботу мозку?
Обчислювальна нейронаука Наскільки важливий точний час потенціалу дії для обробки інформації в неокортексі? Чи є канонічні обчислення, виконані корковими колонами? Як інформація в мозку обробляється колективною динамікою великих нейронних ланцюгів? Який рівень спрощення підходить для опису обробки інформації в мозку? Що таке нейронний код?
Комп'ютерна теорія розуму Які межі розуміння мислення як форми обчислення?
Свідомість Що є основою суб'єктивного досвіду, пізнання, неспання, настороженості, збудження та уваги мозку? Чи існує «важка проблема свідомості»? Якщо так, то як це розв'язується? Яка, якщо така є, функція свідомості?[17][18]
Свобода волі Особливо нейронаука свободи волі
Мова Як це реалізується нейронно? Що лежить в основі смислового значення?
Навчення та пам'ять Де зберігаються наші спогади і як їх знову знайти? Як можна вдосконалити навчання? Яка різниця між явними та неявними спогадами? Яка молекула відповідає за синаптичне маркування?
Ноогенез — поява та еволюція інтелекту Які закони та механізми — виникнення нової ідеї (інсайт, синтез творчості, інтуїція, ухвалення рішень, еврика); розвитку (еволюції) індивідуального розуму в онтогенезі тощо?
Сприйняття Як головний мозок передає сенсорну інформацію в цілісне, приватне сприйняття? Які правила, за якими організовується сприйняття? Які особливості/об'єкти складають наш перцептивний досвід внутрішніх і зовнішніх подій? Як інтегруються органи чуття? Який взаємозв'язок між суб'єктивним досвідом та фізичним світом?

Див. також

Примітки

  1. ↑ Sherratt, Thomas N.; Wilkinson, David M. (2009). Big questions in ecology and evolution. US: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-954861-3. {{cite book}}: Недійсний |deadurl=vanc (довідка)
  2. ↑ а б Wood, V; Lock, A; Harris, MA; Rutherford, K; Bähler, J; Oliver, SG (28 лютого 2019). Hidden in plain sight: what remains to be discovered in the eukaryotic proteome?. Open Biology. 9 (2): 180241. doi:10.1098/rsob.180241. PMC 6395881. PMID 30938578.
  3. ↑ Edwards, Aled M.; Isserlin, Ruth; Bader, Gary D.; Frye, Stephen V.; Willson, Timothy M.; Yu, Frank H. (9 лютого 2011). Too many roads not taken. Nature. 470 (7333): 163—165. arXiv:1102.0448. Bibcode:2011Natur.470..163E. doi:10.1038/470163a. PMID 21307913.
  4. ↑ Stoeger, Thomas; Gerlach, Martin; Morimoto, Richard I.; Nunes Amaral, Luís A.; Freeman, Tom (18 вересня 2018). Large-scale investigation of the reasons why potentially important genes are ignored. PLOS Biology. 16 (9): e2006643. doi:10.1371/journal.pbio.2006643. PMC 6143198. PMID 30226837.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  5. ↑ Tyler MW, Yourish HB, Ionescu DF, Haggarty SJ (June 2017). Classics in Chemical Neuroscience: Ketamine. ACS Chemical Neuroscience. 8 (6): 1122—1134. doi:10.1021/acschemneuro.7b00074. PMID 28418641.
  6. ↑ So much more to know. Science. 309 (5731): 78—102. July 2005. doi:10.1126/science.309.5731.78b. PMID 15994524.
  7. ↑ King, Jonathan (2007). MIT OpenCourseWare - 7.88J / 5.48J / 7.24J / 10.543J Protein Folding Problem, Fall 2007 Lecture Notes - 1. MIT OpenCourseWare. Архів оригіналу за 28 вересня 2013. Процитовано 22 червня 2013.
  8. ↑ Dill KA, Ozkan SB, Shell MS, Weikl TR (June 2008). The protein folding problem. Annual Review of Biophysics. 37: 289—316. doi:10.1146/annurev.biophys.37.092707.153558. PMC 2443096. PMID 18573083.
  9. ↑ Hsieh M, Brenowitz M (August 1997). Comparison of the DNA association kinetics of the Lac repressor tetramer, its dimeric mutant LacIadi, and the native dimeric Gal repressor. The Journal of Biological Chemistry. 272 (35): 22092—6. doi:10.1074/jbc.272.35.22092. PMID 9268351.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  10. ↑ Archived copy. Архів оригіналу за 1 квітня 2013. Процитовано 19 грудня 2012.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  11. ↑ Peralta-Yahya PP, Zhang F, del Cardayre SB, Keasling JD (August 2012). Microbial engineering for the production of advanced biofuels. Nature. 488 (7411): 320—8. Bibcode:2012Natur.488..320P. doi:10.1038/nature11478. PMID 22895337.
  12. ↑ University of Copenhagen (24 січня 2007). Thinking With The Spinal Cord?. ScienceDaily. Процитовано 25 травня 2016.
  13. ↑ Saunders TE, Ingham PW (February 2019). Open questions: how to get developmental biology into shape?. BMC Biology. 17 (1): 17. doi:10.1186/s12915-019-0636-6. PMC 6387480. PMID 30795745.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  14. ↑ Monje M (November 2018). Open questions: why are babies rarely born with cancer?. BMC Biology. 16 (1): 129. doi:10.1186/s12915-018-0601-9. PMC 6211449. PMID 30382924.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  15. ↑ Articleworld.org Blue Whale. Архів оригіналу за 29 листопада 2017. Процитовано 16 лютого 2020.
  16. ↑ Aniszewski, Tadeusz (2007). Alkaloids – secrets of life. Amsterdam: Elsevier. с. 142. ISBN 978-0-444-52736-3.
  17. ↑ Sejnowski, Terrence J.; Hemmen, J. L. van (2006). 23 problems in systems neuroscience (PDF). Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-514822-0.
  18. ↑ Tononi G, Koch C (May 2015). Consciousness: here, there and everywhere?. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. Philosophical Transactions of the Royal Society London B. 370 (1668): 20140167. doi:10.1098/rstb.2014.0167. PMC 4387509. PMID 25823865.