قائمة بالمشاكل غير المحلولة في علم الأحياء

• أصل الحياة . كيف وأين ومتى نشأت الحياة على الأرض تحديدًا ؟ أيٌّ من الفرضيات العديدة، إن وُجدت، صحيحة؟ ما هي المسارات الأيضية التي استخدمتها أقدم أشكال الحياة؟ كيف نشأت الشفرة الوراثية؟ ما هي الآلية الجزيئية التي تسمح بارتباط الأحماض الأمينية مع كودوناتها الثلاثية؟ ^{[ 1 ]} ما هي المسارات الكيميائية الحيوية من اللبنات الحيوية الفردية، كالأحماض الأمينية أو الأحماض النووية، إلى البوليمرات الوظيفية كالبروتينات والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)؟ ^{[ 2 ]}
• أصل التكاثر الجنسي . ما هي القوى الانتقائية الأساسية المسؤولة عن نشأة التكاثر الجنسي؟
• الحفاظ على التكاثر الجنسي . ما هي القوى الانتقائية الأساسية التي تحافظ على التكاثر الجنسي؟
• أصول الفيروسات ( عالم الفيروسات ). كيف ومتى نشأت مجموعات الفيروسات المختلفة تحديداً؟
• مشكلة مورفولوجية . كيف تتشكل الأنسجة العصبية بطرق محددة في مختلف الأنواع؟ يُعدّ تشكل الأنسجة العصبية بطريقة معينة ضروريًا لتكوين سلوكيات هادفة لدى بعض الأنواع. وقد طرح علم النفس البيولوجي النمائي هذا السؤال نظرًا لأنّ نقص المعرفة حول التنسيق الدقيق لجميع الخلايا، حتى تلك غير المرتبطة تشريحيًا، في المكان والزمان خلال الفترة الجنينية، لا يسمح لنا بفهم القوى التي تُنسق على المستوى الخلوي أربعة أنواع عامة جدًا من تشوه الأنسجة، وهي: طي الأنسجة وانغلافها، وتدفق الأنسجة وامتدادها، وتجويف الأنسجة، وأخيرًا، تفرع الأنسجة. ^{[ 3 ] [ 4 ]}
• تطور الدماغ ونموه . كيف ولماذا تطور الدماغ؟ ما هي المحددات الجزيئية لتطور الدماغ الفردي؟
• أصل حقيقيات النوى ( التكافل ). كيف ولماذا اتحدت الخلايا لتكوين الخلية حقيقية النواة؟ هل أدى حدث عشوائي واحد أو أكثر إلى ظهور أولى الخلايا حقيقية النواة، أم يمكن تفسير تكوينها بمبادئ فيزيائية وبيولوجية؟ كيف تزامنت دورة الانقسام المتساوي للميتوكوندريا مع الخلية المضيفة؟ هل تطورت الميتوكوندريا أم النواة أولًا في حقيقيات النوى؟
• السلف المشترك العالمي الأخير . ما هي خصائص السلف المشترك العالمي الأخير للبكتيريا والعتائق؟
• الانقسام الدهني : كيف انتهى الأمر بالعتائق إلى استخدام جليسرول فوسفوليبيدات غشائية ذات كيرالية معاكسة لتلك الموجودة في البكتيريا؟ ^{[ 5 ]} ​​لماذا تمتلك حقيقيات النوى دهونًا غشائية من نوع البكتيريا؟ ^{[ 6 ]}

• التماثل الكيميائي الحيوي . ما هو أصل التماثل الكيميائي في الكائنات الحية؟ في الكائنات الحية، تظهر الأحماض الأمينية بشكل شبه حصري في صورتها اليسارية، بينما تظهر السكريات في صورتها اليمينية. يُعد التماثل الكيميائي سمة واضحة للحياة على الأرض، ومع ذلك، تحتوي العينات الفضائية على مركبات راسيمية في الغالب. ^{[ 7 ]} لا يُعرف ما إذا كان التماثل الكيميائي موجودًا قبل الحياة، أو ما إذا كانت لبنات بناء الحياة يجب أن تمتلك هذا التماثل الكيميائي تحديدًا، أو ما إذا كانت الحياة نفسها يجب أن تكون متماثلة كيميائيًا على الإطلاق. ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• ما وظيفة كل هذه البروتينات المجهولة؟ بعد عقدين من تحديد التسلسل الجيني لأولى حقيقيات النوى، لا يزال الدور البيولوجي لحوالي 20% من البروتينات غير معروف . ^{[ 10 ]} العديد من هذه البروتينات محفوظة عبر معظم أنواع حقيقيات النوى، وبعضها محفوظ في البكتيريا، مما يشير إلى دور أساسي للحياة. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}
• محددات حجم الخلية . كيف تحدد الخلايا الحجم الذي ستنمو إليه قبل الانقسام؟
• جهاز جولجي . في نظرية الخلية ، ما هي آلية النقل الدقيقةالتي تنتقل بها البروتينات عبر جهاز جولجي ؟
• آلية عمل الأدوية. إن آليات عمل العديد من الأدوية بما في ذلك الليثيوم والثاليدوميد والكيتامين [ 13] ^{غير مفهومة تمامًا} .
• طي البروتين . ما هي شفرة الطي؟ ما هي آلية الطي؟ هل يمكن التنبؤ بالبنية الأصلية للبروتين من تسلسل الأحماض الأمينية؟ هل من الممكن التنبؤ بالبنية الثانوية والثالثية والرابعية لتسلسل عديد الببتيد بالاعتماد فقط على التسلسل والمعلومات البيئية؟ ^{[ 14 ] [ 15 ]}
  • تبين أن التنبؤ بالبنية الأصلية هو أسهل المسائل، إذ سمح تنوع البنى المعروفة بتطوير أساليب تنبؤية مثل برنامج Rosetta (منذ عام 1998) وشبكة AlphaFold العصبية لعام 2020. تستطيع AlphaFold التنبؤ بالشكل النهائي للبروتين بناءً على سلسلة الأحماض الأمينية فقط، بدقة تصل إلى حوالي 90% على عينة اختبارية من البروتينات التي استخدمها الفريق. ^{[ 16 ]} وقد حقق برنامج AlphaFold3 تنبؤًا دقيقًا بالبنية الرباعية في عام 2024. ^{[ 17 ]}
  • مشكلة طي البروتين العكسي ( تصميم البروتين ): هل من الممكن تصميم تسلسل عديد الببتيد الذي يتخذ بنية معينة في ظل ظروف بيئية محددة؟ وقد تبين أن هذا الأمر قابل للتحقيق بفضل وجود طريقة جيدة للتنبؤ بالبنية، بدءًا من نجاح البروتين الكروي الصغير Top7 الذي طوره فريق Rosetta عام 2002. ^{[ 18 ]} وقد أتاح استخدام الشبكات العصبية للتنبؤ بالبنية تصميمات أكثر تعقيدًا. ^{[ 19 ]} ويبدو أن نماذج اللغة الكبيرة المدربة على تسلسلات البروتين تتعلم "قواعد نحوية"؛ وهي تمثل نهجًا آخر لمشكلة تصميم البروتين. ^{[ 20 ]}
  • لا تزال أساليب التنبؤ والتصميم الناجحة تتجاهل كيفية وصول البروتينات إلى شكلها النهائي (آلية الطي وحركيته؛ ديناميكيات البروتين ). تسمح أساليب المختبرات الرطبة في العقد الحالي برصد التغيرات وقياسها على مستوى الميكروثانية. ويمكن استخدام تقنيات ديناميكيات الجزيئات في العقد الحالي لمحاكاة سلوك الطي على المستوى الذري ضمن نفس النطاق الزمني، مع العلم أن إتمام المحاكاة في وقت معقول يتطلب حاسوبًا متخصصًا. ^{[ 21 ]} انظر أيضًا Folding@home .
  • كما أن دراسة البروتينات غير المنتظمة جوهرياً ليست متقدمة مثل دراسة البروتينات الكروية: فبعض التسلسلات لا تتخذ شكلاً ثابتاً ومع ذلك لا تزال لها وظيفة.
• حركية الإنزيمات : لماذا تُظهر بعض الإنزيمات حركية أسرع من حركية الانتشار؟ ^{[ 22 ]}
• مشكلة طي الحمض النووي الريبي : هل من الممكن التنبؤ بدقة بالبنية الثانوية والثالثية والرباعية لتسلسل الحمض النووي الريبي المتعدد بناءً على تسلسله وبيئته؟
• تصميم البروتينات : هل من الممكن تصميم إنزيمات عالية النشاط من الصفر لأي تفاعل مرغوب فيه؟ ^{[ 23 ]}
• التخليق الحيوي : هل يمكن إنتاج الجزيئات المرغوبة، سواء كانت منتجات طبيعية أو غير ذلك، بكميات كبيرة من خلال التلاعب بمسار التخليق الحيوي؟ ^{[ 24 ]}
• ما هي آلية التحولات التغايرية للبروتينات ؟ تم افتراض النماذج المتناسقة والمتسلسلة ولكن لم يتم التحقق من أي منهما.
• ما هي الروابط الداخلية للمستقبلات اليتيمة ؟
• ما هي المادة التي تُعرف باسم عامل الاستقطاب الزائد المشتق من البطانة الوعائية ؟
• آلية طريقة غولجي : لماذا تُلوّن هذه الطريقة تحديداً الأنسجة العصبية؟ ولماذا تُلوّن جزءاً عشوائياً فقط من الخلايا؟

• لماذا يحدث الشيخوخة البيولوجية ؟ توجد عدة فرضيات حول سبب حدوث الشيخوخة، منها أنها مبرمجة بتغيرات في التعبير الجيني، وأنها ناتجة عن تراكم الضرر في البنى البيولوجية، وخاصةً الضرر الذي يلحق بالحمض النووي . ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}
• كيف تنمو الأعضاء لتصل إلى الشكل والحجم الصحيحين؟ ^{[ 28 ]} كيف يتشكل الشكل والحجم النهائيان للأعضاء بهذه الدقة؟ يتم التحكم في هذه العمليات جزئيًا بواسطة مسار إشارات Hippo .
• هل يمكن للأنظمة البيولوجية النامية أن تخبرنا بالوقت؟ ^{[ 28 ]} إلى حد ما، يبدو أن هذا هو الحال، كما يتضح من جين CLOCK .
• هلام النجوم . لا يزال التفسير الكامل لأصوله غير متوفر.
• حلقات الغابات . لا يُعرف أصل حلقات الغابات، على الرغم من اقتراح العديد من الآليات لتكوينها. تشمل هذه الفرضيات نمو الفطريات شعاعيًا، وأنابيب الكيمبرلايت المدفونة ، وجيوب الغاز المحتبسة، وفوهات اصطدام النيازك.

تشمل المشكلات التي لم يتم حلها والمتعلقة بالتفاعلات بين الكائنات الحية وتوزيعها في البيئة ما يلي:

• مفارقة العوالق . يبدو أن التنوع الكبير للعوالق النباتية ينتهك مبدأ الاستبعاد التنافسي .
• الكائنات الحية في العصر الإدياكاري . كيف ينبغي تصنيفها؟ حتى المملكة التي تنتمي إليها غير واضحة. لماذا حلت محلها الكائنات الحية في العصر الكامبري بشكل حاسم؟
• الانفجار الكامبري . ما هو سبب التنوع السريع الظاهر للحياة الحيوانية متعددة الخلايا في بداية العصر الكامبري ، مما أدى إلى ظهور جميع شعب الحيوانات الحديثة تقريبًا ؟
• لغز داروين المحير في علم النبات / النباتات . ما هو التاريخ التطوري الدقيق للزهور ، وما هو سبب الظهور المفاجئ على ما يبدو لزهور شبه حديثة في السجل الأحفوري؟
• الشكل البالغ لـ Facetotecta . لم يُعثر على الشكل البالغ لهذا الحيوان في الماء قط، ولا يزال ما يتحول إليه لغزاً.
• أصل الثعابين . هل تطورت الثعابين من السحالي التي تحفر الجحور أم من السحالي المائية؟ هناك أدلة تدعم كلا الفرضيتين.
• أصل السلاحف . هل تطورت السلاحف من الزواحف عديمة الفتحات أم الزواحف ثنائية الفتحات؟ هناك أدلة تدعم كلا الفرضيتين.
• باليوديكتيون : ما هو أصل هذا الأثر الأحفوري ونظائره الحديثة؟ على الرغم من وجود العديد من النظريات المقترحة، لم يتم العثور على أي دليل يؤكد أيًا منها.
• الكائنات الحية في فرانسفيل : هل كانت كائنات متعددة الخلايا مبكرة؟
• الأرض المتجمدة : ما هو تأثير العصور الجليدية الكريوجينية على أصل وتطور الحيوانات المبكرة؟
• إيوسياثيسبونجيا : هل هي إسفنجة مبكرة ؟ هل كانت تحتوي على خلايا مطوقة ؟
• Vernanimalcula guizhouena : هل هذا الكائن الأحفوري من الكائنات ثنائية التناظر المبكرة ؟
• Tullimonstrum : الموقع التصنيفي لهذا الكائن الأحفوري غير معروف.
• الشكل البالغ من دودة البلانكتوسفايرا بيلاجيكا ، وهي من نصف الحبليات المعروفة، حتى عام 2023، فقط من خلال يرقاتها من نوع تورناريا . ونظرًا للاختلافات بين يرقات ديدان البلوط ويرقات دودة البلانكتوسفايرا بيلاجيكا ، تُصنف دودة البلانكتوسفايرا أحيانًا كفئة مستقلة .
• Xenacoelomorpha : هل هي من ثانويات الفم ، وتشكل فرعًا حيويًا Xenambulacraria مع شوكيات الجلد ونصف الحبليات ، أم أنها بالأحرى ثنائية التناظر بدائية ومجموعة شقيقة لـ Nephrozoa ؟
• Jennaria pulchra : لا يزال التصنيف العلمي لهذا الحيوان غير معروف، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديده. ^{[ 39 ]}
• الجهاز العصبي لدى ديدان لوباتوسيريبريدا . لماذا تمتلك هذه الديدان الحلقية البسيطة غير المقسمة ، والتي تتغذى على الرواسب بشكل غير انتقائي وتفتقر إلى أعضاء الحس ، دماغًا معقدًا نسبيًا ؟ ^{[ 40 ]}
• ديورودريلوس : هل هو دودة حلقية غير عادية؟ ^{[ 41 ] [ 42 ]} ما هي أصول التشابهات المورفولوجية بين ديورودريلوس وليمنوغناثيا ميرسكي، وهي دودة ميكروغناثوزية ؟ ^{[ 43 ]}
• الموقع التصنيفي للبنتاستوميدات . هل هي مجموعة شقيقة للأرجوليداي أم سلالة قديمة من البانارثروبودا ؟
• الوضع التصنيفي لـ Tricholepidion gertschi : هل هو عضو في رتبة Zygentoma (الأسماك الفضية) أم سلالة قديمة مستقلة من الحشرات ؟
• كيف ستستجيب الكائنات الحية للبيئات المعقدة والجديدة؟ يُعد تغير المناخ ذا أهمية بالغة. ^{[ 44 ]}
• ما هي الأهمية النسبية للتغير ، عبر المقاييس، وآلياته؟ ^{[ 44 ]}
• لماذا يستمر التباين داخل النمط الجيني؟ توجد اختلافات ظاهرية ملحوظة حتى بين الأفراد ذوي الأنماط الجينية والبيئات المتطابقة. ^{[ 44 ]}
• ما الذي يحدد الكثافة السكانية ؟ هناك خلاف حول أي من آليات تنظيم السكان تعتمد على الكثافة، أو لا تعتمد عليها. ^{[ 44 ]}
• لماذا تكون جميع الأوراق بنفس الحجم، وليس أكبر أو أصغر بمقدار عشرة أضعاف؟ كيف يتم تحديد الحد الأقصى لحجم الورقة؟ ^{[ 44 ]}
• مفارقة الاستمرارية: لماذا لا يؤدي تطور الأنواع الجديدة في أغلب الأحيان إلى انقراض الأنواع المستوطنة؟ ^{[ 44 ]}
• هل النظام البيئي كائن فائق ، أم مجموعة من الكائنات الحية؟ هل يمكن أن تكون الأرض كائنًا فائقًا ، أم وحدة انتقاء ؟ ^{[ 44 ]}
• لماذا تغطي مستعمرات نحل Pogonomyrmex badius سطح أعشاشها بمنطقة دائرية من قطع الفحم؟

تشمل المشاكل التي لم يتم حلها والمتعلقة بسلوك الحيوانات ما يلي:

• العودة إلى الموطن . لم يتم التوصل بعد إلى تفسير مُرضٍ للآليات العصبية البيولوجية التي تسمح بالعودة إلى الموطن لدى الحيوانات.
• سلوك التجمع . لا يزال غير مفهوم تمامًا كيف تنسق أسراب الطيور والخفافيش تحركاتها بهذه السرعة. كما أن الغرض من الأسراب الكبيرة مثل أسراب الزرزور، التي يبدو أنها تجذب المفترسات بدلًا من حمايتها، غير واضح. ^{[ 45 ]}
• هجرة الفراشات . كيف تتمكن سلالات فراشات الملك المنتشرة في جميع أنحاء كندا والولايات المتحدة في نهاية المطاف، بعد الهجرة لعدة أجيال، من العودة إلى عدد قليل من المواقع الصغيرة نسبياً لقضاء فصل الشتاء؟
• الحوت الأزرق . لا توجد بيانات كثيرة حول جنس الحوت الأزرق. ^{[ 46 ]}
• الحشرات المُسببة للعفص . طوّرت سبع مجموعات على الأقل من الحشرات، ضمن ست رتب، بشكل مستقل عادة إحداث العفص. وقد طُرحت عدة فرضيات للتكيف، لكن لا يزال من غير المعروف إلى حد كبير سبب تطور هذه العادة وكيفية إحداث الحشرات للعفص في النباتات؛ وقد نوقشت المحفزات الكيميائية والميكانيكية والفيروسية.

تشمل المشكلات التي لم يتم حلها والمتعلقة ببنية ووظيفة الأعضاء والعمليات والجزيئات الحيوية غير البشرية ما يلي:

• كوراركيوتا (العتائق). العمليات الأيضية لهذه الشعبة من العتائق غير واضحة حتى الآن.
• جسم الجليكوجين . وظيفة هذا التركيب في الحبل الشوكي للطيور غير معروفة.
• مشكلة رأس المفصليات . نزاع حيواني طويل الأمد يتعلق بالتركيب القطعي لرؤوس مجموعات المفصليات المختلفة، وكيف ترتبط تطوريًا ببعضها البعض.
• مبيض أسماك القرش المتشمسة . يبدو أن المبيض الأيمن فقط هو الذي يعمل لدى إناث أسماك القرش المتشمسة. والسبب غير معروف. ^{[ 47 ]}
• بيض الطيور ذو الألوان الزاهية. من غير المعروف ما هي العملية التطورية التي أدت إلى امتلاك الطيور بيضًا ذا ألوان زاهية نظرًا لزيادة وضوحها للحيوانات المفترسة. ^{[ 48 ]}
• صفائح/حراشف ستيغوصورات العظمية . هناك جدل طويل الأمد حول ما إذا كانت الوظيفة الأساسية للصفائح/الحراشف العظمية للستيغوصورات هي الحماية من الحيوانات المفترسة، أو العرض الجنسي، أو التعرف على الأنواع، أو تنظيم درجة الحرارة، أو وظائف أخرى.
• وظيفة الخلايا الفانادية ، وهي نوع من خلايا الدم الموجودة في بعض الكائنات البحرية . تتميز فجوات الخلايا الفانادية بمستويات عالية من معدن الفاناديوم وانخفاض درجة حموضتها .
• الأيض في هينيغويا زشوكاي ، وهو نوع من الميكسوزوا . وقد وُجد أن هذا النوع من اللاسعات يفتقر إلى الميتوكوندريا ، وبالتالي فهو غير قادر على التنفس الهوائي .
• الميتوكوندريا في اللوريسيفيرا التي تعيش في ظروف نقص الأكسجين . من غير المعروف ما إذا كانت أنواع شعبة اللوريسيفيرا التي تكيفت مع الحياة في ظروف نقص الأكسجين في حوض أتالانت ، مثل سبينولوريكوس سينزيا ، تمتلك ميتوكوندريا .
• باراكاريون . إن لوجستيات كيفية نشوء مثل هذا الكائن الحي، ووظيفته، واستمراره غير واضحة، وكذلك ما إذا كان كائناً حقيقياً أم مجرد قطعة أثرية بسبب خصائصه غير العادية.