生物学における未解決問題のリスト

この記事では生物学における注目すべき未解決の問題を列挙します。

• 生命の起源。地球上の生命は、正確にはどのようにして、どこで、いつ誕生したのか？多くの仮説のうち、どれが正しいのか？最古の生命体が使用した代謝経路は何だったのか？遺伝暗号はどのようにして生まれたのか？アミノ酸とトリプレットコドンの関連を可能にする分子メカニズムは何だったのか？ ^[1]アミノ酸や核酸などの個々の生体構成要素からタンパク質やDNAなどの機能性ポリマーまでの生化学的経路は何だったのか？ ^[2]
• 有性生殖の起源。有性生殖の起源を決定づけた根本的な選択力は何だったのでしょうか?
• 有性生殖の維持。有性生殖を維持する基本的な選択力とは何でしょうか?
• ウイルスの起源。さまざまなグループのウイルスは正確にはいつ、どのように発生したのでしょうか?
• 形態学の問題。異なる種において神経組織はどのようにして特定の方法で形成されるのか？特定の方法で神経組織が形成されることは、特定の種における特定の目標指向行動の形成に必要である。発達心理生物学がこの疑問を提起したのは、解剖学的に関連しない細胞も含め、胚期の空間と時間におけるすべての細胞の正確な調整に関する知識が不足しているため、細胞レベルでどのような力が4つの非常に一般的な組織変形のクラス、すなわち組織の折り畳みと陥入、組織の流れと伸長、組織の空洞化、そして最後に組織の分岐を調整するのかを理解できないためである。 ^{[3] [4]}
• 脳の発達と進化。脳はどのように、そしてなぜ進化したのでしょうか?個々の脳の発達を決定する分子因子は何でしょうか?
• 真核生物の起源(共生)。細胞はどのようにして、そしてなぜ結合して真核細胞を形成したのでしょうか。1 つまたは複数のランダムなイベントが最初の真核細胞につながったのでしょうか、それとも真核細胞の形成は物理的および生物学的原理によって説明できるのでしょうか。ミトコンドリアの有糸分裂周期はどのようにして宿主細胞と同期するようになったのでしょうか。真核生物では、ミトコンドリアと核のどちらが最初に発達したのでしょうか。
• 最後の普遍的共通祖先。古細菌と細菌の最後の普遍的共通祖先の特徴は何でしたか?
• 脂質の分裂：古細菌はどのようにして細菌とは逆のキラリティーを持つ膜グリセロリン脂質を使用するようになったのか？ ^[5]真核生物はなぜ細菌型の膜脂質を持っているのか？^[6]

• 生物学的ホモキラリティー。生物におけるホモキラリティーの起源は何でしょうか？生物では、アミノ酸はほぼ例外なく左手型で、糖は右手型で存在します。ホモキラリティーは地球上の生命の明らかな特徴ですが、地球外サンプルには主にラセミ化合物が含まれています。^[7]生命以前にホモキラリティーが存在したかどうか、生命の構成要素がこの特定のキラリティーを持つ必要があるかどうか、あるいは生命がそもそもホモキラリティーである必要があるかどうかはわかっていません。^{[8] [9]}
• 未知のタンパク質は一体何をするのでしょうか？最初の真核生物の配列が決定されてから20年が経過しましたが、タンパク質の約20％の「生物学的役割」はまだ不明です。^[10]これらのタンパク質の多くはほとんどの真核生物種で保存されており、一部は細菌でも保存されており、生命にとって基本的な役割を果たしていることを示しています。^{[10] [11] [12]}
• 細胞の大きさの決定要因。細胞は分裂する前に、どのサイズに成長するかをどのように決定するのでしょうか?
• ゴルジ体。細胞理論では、タンパク質がゴルジ体を通過する際の正確な輸送メカニズムは何ですか?
• 薬物の作用機序。リチウム、サリドマイド、ケタミン^[13]を含む多くの薬物の作用機序は完全には解明されていない。
• タンパク質の折り畳み。折り畳みコードとは何ですか？折り畳みのメカニズムは何ですか？タンパク質のネイティブ構造は、そのアミノ酸配列から予測できますか？配列と環境情報のみに基づいて、ポリペプチド配列の二次、三次、四次構造を予測することは可能ですか？逆タンパク質折り畳み問題：特定の環境条件下で特定の構造を採用するポリペプチド配列を設計することは可能ですか？ ^{[14] [15]}これは、2008年にいくつかの小さな球状タンパク質で達成されました。 ^{[16] 2020年に、} DeepMind人工知能に基づくニューラルネットワークであるGoogleのAlphaFoldが、チームが使用したタンパク質のテストサンプルで約90％の精度で、アミノ酸鎖のみに基づいてタンパク質の最終的な形状を予測できることが発表されました。 ^[17]
• 酵素反応速度論：なぜ一部の酵素は拡散よりも速い反応速度論を示すのか？ ^[18]
• RNAフォールディング問題: ポリリボ核酸配列の二次、三次、四次構造をその配列と環境に基づいて正確に予測することは可能でしょうか?
• タンパク質設計：任意の反応に対して高活性酵素を新規に 設計することは可能か^{？ [19]}
• 生合成： 望ましい分子、天然物、その他の分子は、生合成経路の操作によって高収率で生産できるか？ ^[20]
• タンパク質のアロステリック遷移のメカニズムは何ですか?協調モデルと逐次モデルが仮説として立てられていますが、どちらも検証されていません。
• オーファン受容体の内因性リガンドは何ですか？
• 内皮由来過分極因子とはどのような物質ですか？
• ゴルジ法のメカニズム:この特定の方法で神経組織が染色されるのはなぜですか? 細胞のランダムな部分だけが染色されるのはなぜですか?

• 生物学的老化はなぜ起こるのか？老化が起こる理由については、遺伝子発現の変化によってプログラムされているという仮説や、生物学的構造、特にDNAへの損傷が蓄積することによって起こるという仮説など、いくつかの仮説があります。^{[21] [22] [23]}
• 臓器はどのようにして正しい形と大きさに成長するのでしょうか？^{[24]臓器の最終的な形と大きさはどのようにして確実に形成されるのでしょうか？これらのプロセスは}、Hippoシグナル伝達経路によって部分的に制御されています。
• 発達中の生物システムは時間を知ることができるのか？^[24] CLOCK遺伝子が示すように、ある程度はそれが可能であるように思われる。
• イシクラゲ。その起源については未だに完全な説明がされていない。
• 森林年輪。森林年輪の起源はわかっていませんが、その形成メカニズムについてはいくつかの説が提唱されています。そのような仮説には、放射状に成長する菌類、埋没したキンバーライトパイプ、閉じ込められたガスポケット、隕石衝突クレーターなどがあります。

• 利き手:利き手がどのように発達するのか、利き手はどのような目的を果たすのか、なぜ右利きがはるかに一般的なのか、そしてなぜ左利きが存在するのかは不明です。
• 笑い：笑いは社会的コミュニケーションの一形態として進化したと一般に認められていますが、人間が笑うようになる正確な神経生物学的プロセスは十分に理解されていません。
• あくび：あくびの生物学的、社会的目的が何であるかはまだ明らかにされていない。 ^[25]
• 同性愛の遺伝的要素：進化と人間の同性愛の遺伝的要素をどのように調和させるか？同性愛は過去も現在も人間社会全体に広がっている。これらの事実は進化のパズルを構成している。^{[26] [非一次資料が必要]}
• 19世紀以降の人間の平均体温の低下：医学的データによると、平均体温は19世紀以降0.6℃低下している。原因は不明だが、微生物への曝露減少による炎症減少と何らかの関連があるのではないかと示唆されている。^[27]
• なぜ血液型があるのでしょうか？血液型の起源と目的は不明です。O 型血液はマラリアへの適応であり、異なる血液型は異なる病気に反応すると考えられていますが、この仮説はまだ証明されていません。そもそもなぜこれらの抗原が発達したのでしょうか？血液型の違いの原因は何ですか？血液型の違いはどのくらい古いのでしょうか？まれな非 ABO 血液型が多数存在する理由は何ですか？血液型は病気と闘う上でどのような役割を果たしているのでしょうか？^[28]
• 光くしゃみ効果:光くしゃみ効果の原因は何ですか? なぜ光くしゃみ効果は一般的なのに普遍的ではないのですか?
• ヒト性フェロモン：ヒトフェロモンの存在については矛盾する証拠がある。ヒトフェロモンは本当に存在するのか、もし存在するなら行動にどのような影響を与えるのか？ ^[29]
• グラフェンベルクスポット（Gスポット）の存在： Gスポットは本当に存在するのか？もし存在するなら、すべての女性に存在するのか？それは正確には何なのか？^[30]
• 古代人類の絶滅：なぜネアンデルタール人などの古代人類は絶滅し、ホモ・サピエンスだけが生き残ったのか？^[31]

生物間の相互作用と環境における生物の分布に関する未解決の問題には、次のものがあります。

• プランクトンのパラドックス。植物プランクトンの多様性の高さは競争排除原理に違反しているように思われる。
• エディアカラ生物群。エディアカラ生物群はどのように分類されるべきでしょうか? どの界に属するのかさえ不明です。なぜエディアカラ生物群はカンブリア生物群によって決定的に駆逐されたのでしょうか?
• カンブリア爆発。カンブリア紀の初め頃に多細胞動物が急速に多様化し、ほぼすべての現代の動物門が出現した原因は何ですか?
• ダーウィンの植物学の忌まわしい謎。花の進化の歴史は正確にはどのようなもので、化石記録にほぼ現代的な花が突然現れた原因は何でしょうか。
• ファセットテクタの成体。この動物の成体は水中で発見されたことがなく、それがどのように成長するのかは謎のままです。
• ヘビの起源。ヘビは穴を掘るトカゲから進化したのでしょうか、それとも水生トカゲから進化したのでしょうか。どちらの仮説にも証拠があります。
• カメの起源。カメは無弓類から進化したのでしょうか、それとも双弓類から進化したのでしょうか。両方の仮説を裏付ける証拠があります。
• Paleodictyon : この生痕化石とその現代の類似物の起源は何でしょうか? 多くの理論が提唱されているにもかかわらず、そのいずれも裏付ける証拠は見つかっていません。
• フランスビル生物群：初期の多細胞生物だったのか？
• スノーボール・アース：クライオジェニアン氷河期は初期の動物の起源と進化にどのような影響を及ぼしたのでしょうか？
• Eocyathispongia : 初期の海綿動物ですか?襟細胞はありましたか?
• Vernanimalcula guizhouena : この化石生物は初期の左右相称動物でしょうか?
• Tullimonstrum : この化石生物の分類学上の位置は不明です。
• 2023年現在、トルナリア幼生のみが知られている半索動物、プランクトスファエラ・ペラギカの成体。ドングリ虫の幼生とプランクトスファエラ・ペラギカの幼生には違いがあるため、プランクトスファエラには独自の綱が与えられることがある。
• 異形動物門：棘皮動物や半索動物とともに異形動物門を形成する後口動物でしょうか、それとも原始的な左右相称動物で腎動物門の姉妹群でしょうか？
• ジェンナリア・プルクラ：この動物の分類学上の位置は不明であり、それを確立するにはさらなる研究が必要である。^[34]
• ロバトセレブリダの神経系。選択性のない堆積物摂食者であり、感覚器官を持たないこれらの単純な非節環形動物が、なぜ比較的複雑な脳を持っているのか？^[35]
• ディウロドリルス：珍しい環形動物か？ ^{[36] [37]}ディウロドリルスと小顎動物 リムノグナティア・マースキの形態的類似性の起源は何か？ ^[38]
• ペンタストム科の分類上の位置。ペンタストム科は、 Argulidaeの姉妹群か、それともPanarthropodaの古代の系統か?
• Tricholepidion gertschiの分類上の位置: Zygentoma目 (シミ目) のメンバーか、それとも昆虫の独立した古代の系統か?

動物の行動に関する未解決の問題には以下のものがあります。

• 帰巣。動物の帰巣を可能にする神経生物学的メカニズムに対する満足のいく説明はまだ見つかっていない。
• 群れ行動。鳥やコウモリの群れがどのようにして素早く動きを合わせるのかは、まだ完全には解明されていない。ムクドリのような大きな群れの目的も、捕食者を守るためではなく誘い込むためであるように思われる。^[39]
• 蝶の渡り。カナダと米国全土に生息するオオカバマダラの子孫は、数世代にわたる渡りの末、最終的にいくつかの比較的小さな越冬地にどのように戻ってくるのでしょうか。
• シロナガスクジラ。シロナガスクジラの性別に関するデータはあまりありません。^[40]
• 虫こぶを誘発する昆虫。6 目、少なくとも 7 つの昆虫グループが、独立して虫こぶを誘発する習性を進化させてきました。いくつかの適応仮説が提唱されていますが、この習性が進化した理由や、虫こぶを誘発する昆虫が植物に虫こぶの形成を誘発する仕組みはほとんどわかっていません。化学的、機械的、ウイルス的な誘因が議論されてきました。

非ヒト臓器、プロセス、生体分子の構造と機能に関する未解決の問題には、次のものがあります。

• コラーキオータ（古細菌）。この門の古細菌の代謝プロセスは今のところ不明です。
• グリコーゲン小体。鳥類の脊髄におけるこの構造の機能は不明です。
• 節足動物の頭部問題。さまざまな節足動物グループの頭部の節構成と、それらが進化的にどのように相互に関連しているかについての長年の動物学上の論争。
• ウバザメの卵巣。メスのウバザメでは右側の卵巣のみが機能しているように見える。理由は不明である。^[41]
• 鮮やかな色の鳥の卵。捕食者からより目立つようになるため、どのような進化の過程を経て鳥の卵が鮮やかな色になるのかは不明である。^[42]
• ステゴサウルスの骨皮/甲板。ステゴサウルスの骨皮/甲板の主な機能が捕食者からの保護、性的ディスプレイ、種の認識、体温調節、またはその他の機能であるかどうかについては、長年議論が続いています。
• 一部のホヤ類に見られる血液細胞の一種であるバナドサイトの機能。バナドサイトの液胞は金属バナジウムの含有量が高く、pH が低いことで知られています。
• 粘液動物の一種であるHenneguya zschokkeiの代謝。この​​刺胞動物の種はミトコンドリアを欠いており、そのため好気呼吸ができないことが判明した。
• 無酸素状態で生息するロリシフェラ類のミトコンドリア。ラタランテ盆地の無酸素状態での生活に適応したSpinoloricus cinziaeのようなロリシフェラ門の動物がミトコンドリアを持っているかどうかは不明です。

人工生命における未解決の問題としては、以下のものがある。^{[43] [44]}

• 無生物から生命はどのようにして発生するのでしょうか？
• 生体システムの可能性と限界は何でしょうか?
• 生命は心、機械、文化とどのように関係しているのでしょうか?

• 医学における未解決の問題
• 神経科学における未解決問題のリスト
• 生物学的暗黒物質