Lista de problemas no resueltos en biología

Conceptos biológicos y cuestiones con resoluciones insuficientes

En este artículo se enumeran problemas notables sin resolver en biología .

Biología general

Evolución y orígenes de la vida

• Origen de la vida . ¿Cómo, dónde y cuándo se originó la vida en la Tierra ? ¿Cuál de las muchas hipótesis es correcta, si es que hay alguna? ¿Cuáles eran las vías metabólicas que utilizaban las primeras formas de vida? ¿Cómo se originó el código genético? ¿Cuál era el mecanismo molecular que permite la asociación de los aminoácidos con sus codones tripletes? ^[1] ¿Cuáles eran las vías bioquímicas desde los bloques de construcción individuales, como los aminoácidos o los ácidos nucleicos, hasta los polímeros funcionales, como las proteínas y el ADN? ^[2]
• Origen de la reproducción sexual . ¿Cuáles fueron las fuerzas selectivas fundamentales responsables del origen de la reproducción sexual?
• Mantenimiento de la reproducción sexual . ¿Cuáles son las fuerzas selectivas fundamentales que mantienen la reproducción sexual?
• Orígenes de los virus . ¿Cómo y cuándo se originaron exactamente los diferentes grupos de virus?
• Problema de morfología . ¿Cómo se forman los tejidos neuronales de una manera específica en diferentes especies? La formación de los tejidos neuronales de una manera determinada es necesaria para la formación de un determinado comportamiento dirigido a un objetivo en determinadas especies. La psicobiología del desarrollo planteó esta cuestión porque la falta de conocimientos sobre la coordinación precisa de todas las células, incluso las que no están relacionadas anatómicamente, en el espacio y el tiempo durante el período embrionario no permite comprender qué fuerzas a nivel celular coordinan cuatro clases muy generales de deformación tisular, a saber: plegamiento e invaginación tisular, flujo y extensión tisular, ahuecamiento tisular y, por último, ramificación tisular. ^{[3] [4]}
• Desarrollo y evolución del cerebro . ¿Cómo y por qué evolucionó el cerebro? ¿Cuáles son los determinantes moleculares del desarrollo cerebral individual?
• Origen de los eucariotas ( simbiogénesis ). ¿Cómo y por qué las células se combinaron para formar la célula eucariota? ¿Uno o más eventos aleatorios condujeron a las primeras células eucariotas, o se puede explicar la formación de células eucariotas mediante principios físicos y biológicos? ¿Cómo se sincronizó el ciclo de mitosis de la mitocondria con su célula huésped? ¿Las mitocondrias o el núcleo se desarrollaron primero en los eucariotas?
• Último ancestro común universal . ¿Cuáles eran las características del último ancestro común universal de las arqueas y las bacterias?
• La división lipídica : ¿Cómo las arqueas terminaron utilizando glicerofosfolípidos de membrana de quiralidad opuesta en comparación con las bacterias? ^[5] ¿Por qué los eucariotas tienen lípidos de membrana de tipo bacteriano? ^[6]

Bioquímica y biología celular

• Homoquiralidad biológica . ¿Cuál es el origen de la homoquiralidad en los organismos vivos? En los organismos biológicos, los aminoácidos aparecen casi exclusivamente en la forma levógira y los azúcares en la forma diestra. La homoquiralidad es una característica obvia de la vida en la Tierra, pero las muestras extraterrestres contienen en gran medida compuestos racémicos . ^[7] No se sabe si la homoquiralidad existía antes de la vida, si los componentes básicos de la vida deben tener esta quiralidad particular o si la vida debe ser homoquiral en absoluto. ^{[8] [9]}
• ¿Qué hacen todas las proteínas desconocidas? Dos décadas después de que se secuenciaran los primeros eucariotas, todavía se desconoce el "papel biológico" de alrededor del 20% de las proteínas . ^[10] Muchas de estas proteínas se conservan en la mayoría de las especies eucariotas y algunas se conservan en las bacterias, lo que indica un papel fundamental para la vida. ^{[10] [11] [12]}
• Determinantes del tamaño celular . ¿Cómo determinan las células el tamaño que alcanzarán antes de dividirse?
• Aparato de Golgi . En teoría celular , ¿cuál es el mecanismo exactopor el que las proteínas viajan a través del aparato de Golgi ?
• Mecanismo de acción de los fármacos. Los mecanismos de acción de muchos fármacos, incluidos el litio , la talidomida y la ketamina ^[13], no se comprenden por completo.
• Plegamiento de proteínas . ¿Qué es el código de plegamiento? ¿Cuál es el mecanismo de plegamiento? ¿Se puede predecir la estructura nativa de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos? ¿Es posible predecir la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de una secuencia polipeptídica basándose únicamente en la secuencia y la información ambiental? Problema de plegamiento inverso de proteínas: ¿Es posible diseñar una secuencia polipeptídica que adopte una estructura dada bajo ciertas condiciones ambientales? ^{[14] [15]} Esto se logró para varias proteínas globulares pequeñas en 2008. ^[16] En 2020, se anunció que AlphaFold de Google , una red neuronal basada en la inteligencia artificial de DeepMind , es capaz de predecir la forma final de una proteína basándose únicamente en su cadena de aminoácidos con una precisión de alrededor del 90% en una muestra de prueba de proteínas utilizada por el equipo. ^[17]
• Cinética enzimática : ¿Por qué algunas enzimas presentan una cinética más rápida que la difusión? ^[18]
• Problema del plegamiento del ARN : ¿Es posible predecir con precisión la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de una secuencia de ácido polirribonucleico en función de su secuencia y entorno?
• Diseño de proteínas : ¿Es posible diseñar enzimas altamente activas de novo para cualquier reacción deseada? ^[19]
• Biosíntesis : ¿Es posible producir moléculas deseadas, productos naturales o de otro tipo, con un alto rendimiento mediante la manipulación de la vía biosintética? ^[20]
• ¿Cuál es el mecanismo de las transiciones alostéricas de las proteínas ? Se han planteado hipótesis sobre los modelos concertado y secuencial, pero ninguno de ellos ha sido verificado.
• ¿Cuáles son los ligandos endógenos de los receptores huérfanos ?
• ¿Qué sustancia es el factor hiperpolarizante derivado del endotelio ?
• Mecanismo del método de Golgi : ¿Por qué este método específico tiñe los tejidos nerviosos? ¿Por qué tiñe solo una parte aleatoria de las células?

Otro

• ¿Por qué se produce el envejecimiento biológico ? Existen varias hipótesis sobre por qué se produce la senescencia, entre ellas, que está programada por cambios en la expresión genética y que es el daño acumulativo de las estructuras biológicas, en particular el daño al ADN . ^{[21] [22] [23]}
• ¿Cómo crecen los órganos hasta alcanzar la forma y el tamaño correctos? ^[24] ¿Cómo se forman de manera tan fiable la forma y el tamaño finales de los órganos? Estos procesos están controlados en parte por la vía de señalización de Hippo .
• ¿Pueden los sistemas biológicos en desarrollo decir la hora? ^[24] Hasta cierto punto, este parece ser el caso, como lo demuestra el gen CLOCK .
• Gelatina estrellada . Aún falta una explicación completa sobre su origen.
• Anillos forestales . Se desconoce el origen de los anillos forestales, a pesar de que se han propuesto varios mecanismos para su creación. Entre estas hipótesis se encuentran hongos de crecimiento radial, chimeneas de kimberlita enterradas , bolsas de gas atrapadas y cráteres de impacto de meteoritos.

Biología humana

• Lateralidad : No está claro cómo se desarrolla la lateralidad, qué propósito cumple, por qué la lateralidad diestra es mucho más común y por qué existe la lateralidad zurda.
• Risa : aunque se acepta generalmente que la risa evolucionó como una forma de comunicación social, no se comprende bien el proceso neurobiológico exacto que lleva a los humanos a reír.
• Bostezo : Aún está por establecer cuál es el propósito biológico o social del bostezo. ^[25]
• Componentes hereditarios de la homosexualidad : ¿Cómo conciliar la evolución con los componentes hereditarios de la homosexualidad humana? La homosexualidad es una característica común en las sociedades humanas, tanto en el pasado como en el presente. Estos hechos constituyen un rompecabezas evolutivo. ^{[26] [ Se necesita una fuente no primaria ]}
• Disminución de la temperatura corporal media desde el siglo XIX: los datos médicos sugieren que la temperatura corporal media ha disminuido 0,6 °C desde el siglo XIX. La causa no está clara, aunque se ha sugerido que tiene alguna relación con la reducción de la inflamación debido a la menor exposición a microorganismos. ^[27]
• ¿Por qué existen los tipos de sangre ? No está claro cuál es el origen y el propósito de tener tipos de sangre. Se piensa que la sangre O puede ser una adaptación a la malaria y que los diferentes tipos de sangre responden a diferentes enfermedades, pero esta hipótesis aún está por demostrar. ¿Por qué se desarrollaron estos antígenos en primer lugar? ¿Qué explica las diferencias en los tipos de sangre? ¿Qué antigüedad tienen las diferencias en los tipos de sangre? ¿Qué explica la gran cantidad de tipos de sangre no ABO poco comunes? ¿Qué papel tienen los tipos de sangre en la lucha contra las enfermedades? ^[28]
• Efecto estornudo fótico : ¿Qué causa el efecto estornudo fótico? ¿Por qué es tan común pero no universal?
• Feromonas sexuales humanas : Existen evidencias contradictorias sobre la existencia de feromonas humanas. ¿Existen realmente y, de ser así, cómo afectan al comportamiento? ^[29]
• Existencia del punto de Grafenberg (punto G): ¿existe realmente el punto G? Si es así, ¿está presente en todas las mujeres? ¿Qué es exactamente? ^[30]
• Extinción de los humanos arcaicos : ¿Por qué se extinguieron especies humanas arcaicas como los neandertales , dejando al Homo sapiens como la única especie humana sobreviviente? ^[31]

Neurociencia y cognición

Neurofisiología

Cognición y psicología

Biología no humana

Ecología, evolución y paleontología

Los problemas no resueltos relacionados con las interacciones entre organismos y su distribución en el medio ambiente incluyen:

• Paradoja del plancton . La alta diversidad del fitoplancton parece violar el principio de exclusión competitiva .
• Biota ediacárica . ¿Cómo se debe clasificar la biota ediacárica? Ni siquiera está claro a qué reino pertenecen. ¿Por qué fueron tan decisivamente desplazadas por la biota cámbrica?
• Explosión cámbrica . ¿Cuál es la causa de la aparente y rápida diversificación de la vida animal multicelular alrededor del comienzo del Cámbrico , que dio lugar al surgimiento de casi todos los filos animales modernos ?
• El abominable misterio de Darwin sobre la botánica y las plantas . ¿Cuál es la historia evolutiva exacta de las flores y cuál es la causa de la aparición aparentemente repentina de flores casi modernas en el registro fósil?
• Forma adulta de Facetotecta . Nunca se ha visto la forma adulta de este animal en el agua y sigue siendo un misterio cómo se transforma.
• Origen de las serpientes . ¿Las serpientes evolucionaron a partir de lagartos excavadores o de lagartos acuáticos? Hay evidencias para ambas hipótesis.
• Origen de las tortugas . ¿Las tortugas evolucionaron a partir de anápsidos o diápsidos ? Hay evidencias para ambas hipótesis.
• Paleodictyon : ¿Cuál es el origen de este fósil trazador y sus contrapartes modernas? A pesar de las muchas teorías propuestas, no se ha encontrado evidencia que confirme ninguna de ellas.
• Biota Francevilliana : ¿Fueron organismos multicelulares tempranos?
• Tierra Bola de Nieve : ¿cuál fue el efecto de las glaciaciones criogénicas en el origen y la evolución de los primeros animales?
• Eocyathispongia : ¿es una esponja primitiva ? ¿Tenía coanocitos ?
• Vernanimalcula guizhouena : ¿es este organismo fósil un bilateral temprano ?
• Tullimonstrum : se desconoce la posición taxonómica de este organismo fósil.
• Forma adulta de Planctosphaera pelagica , un hemicordado conocido, a fecha de 2023, únicamente por sus larvas tornarias . Debido a las diferencias entre las larvas de los gusanos bellota y las de Planctosphaera pelagica , a veces se le asigna a Planctosphaera su propia clase .
• Xenacoelomorpha : ¿son deuteróstomos , que forman un clado Xenambulacraria junto con equinodermos y hemicordados , o más bien bilaterales primitivos y un grupo hermano de Nephrozoa ?
• Jennaria pulchra : se desconoce la posición taxonómica de este animal y se necesita más investigación para establecerla. ^[34]
• Sistema nervioso de los lobatocerebridos. ¿Por qué estos anélidos simples, no segmentados , que se alimentan de forma no selectiva y carecen de órganos sensoriales , tienen un cerebro relativamente complejo ? ^[35]
• Diurodrilus : ¿es un anélido inusual? ^{[36] [37]} ¿Cuáles son los orígenes de las similitudes morfológicas entre Diurodrilus y el micrognatozoo Limnognathia maerski ? ^[38]
• Posición taxonómica de los pentastómidos . ¿Son un grupo hermano de Argulidae o un linaje antiguo de Panarthropoda ?
• Posición taxonómica de Tricholepidion gertschi : ¿es un miembro del orden Zygentoma (peces plateados) o un linaje antiguo e independiente de insectos ?

Etología

Los problemas no resueltos relacionados con el comportamiento de los animales incluyen:

• Regreso a casa . Aún no se ha encontrado una explicación satisfactoria de los mecanismos neurobiológicos que permiten el retorno a casa en los animales.
• Bandadas (comportamiento) . No se entiende del todo cómo las bandadas de pájaros y murciélagos coordinan sus movimientos con tanta rapidez. Tampoco se entiende el propósito de las grandes bandadas como las de los estorninos, que parecen atraer a los depredadores en lugar de protegerlos. ^[39]
• Migración de las mariposas . ¿Cómo logran los descendientes de la mariposa monarca en todo Canadá y Estados Unidos, después de migrar durante varias generaciones, regresar a unos pocos lugares relativamente pequeños para pasar el invierno?
• Ballena azul . No hay muchos datos sobre la sexualidad de la ballena azul. ^[40]
• Insectos que producen agallas . Al menos siete grupos de insectos, en seis órdenes, han desarrollado independientemente el hábito de producir agallas. Se han propuesto varias hipótesis de adaptación, pero se desconoce en gran medida por qué evolucionó este hábito y cómo los insectos que producen agallas inducen la formación de agallas en las plantas; se han analizado desencadenantes químicos, mecánicos y virales.

Órganos y biomoléculas no humanos

Los problemas no resueltos relacionados con la estructura y función de órganos, procesos y biomoléculas no humanos incluyen:

• Korarchaeota (arqueas). Los procesos metabólicos de este filo de arqueas no están claros hasta el momento.
• Cuerpo de glucógeno . No se conoce la función de esta estructura en la médula espinal de las aves.
• Problema de la cabeza de los artrópodos . Disputa zoológica de larga data sobre la composición segmentaria de las cabezas de los diversos grupos de artrópodos y cómo se relacionan evolutivamente entre sí.
• Ovarios de los tiburones peregrinos . En las hembras de tiburones peregrinos, parece que solo funciona el ovario derecho. Se desconoce el motivo. ^[41]
• Huevos de aves de colores brillantes. Se desconoce qué proceso evolutivo llevó a las aves a tener huevos de colores brillantes dada la mayor visibilidad para los depredadores. ^[42]
• Osteodermos/escudos de los estegosaurios . Existe un debate de larga data sobre si la función principal de los osteodermos/escudos de los estegosaurios es la protección contra los depredadores, la exhibición sexual, el reconocimiento de especies, la termorregulación u otras funciones.
• Función de los vanadocitos , un tipo de células sanguíneas que se encuentran en algunos tunicados . Las vacuolas de los vanadocitos se caracterizan por sus altos niveles de vanadio metálico y su bajo pH .
• Metabolismo en Henneguya zschokkei , una especie de mixozoo . Se descubrió que esta especie de cnidario carece de mitocondrias y, por lo tanto, es incapaz de realizar respiración aeróbica .
• Mitocondrias en loricíferos que viven en condiciones anóxicas . Se desconoce si los miembros del filo Loricifera adaptados a la vida en condiciones anóxicas en la cuenca de L'Atalante , como Spinoloricus cinziae , tienen mitocondrias .

Vida artificial

Los problemas no resueltos en la vida artificial incluyen: ^{[43] [44]}

• ¿Cómo surge la vida de lo no vivo ?
• ¿Cuáles son los potenciales y límites de los sistemas vivos?
• ¿Cómo se relaciona la vida con la mente, las máquinas y la cultura?

Véase también

• Problemas sin resolver en la medicina
• Lista de problemas no resueltos en neurociencia
• Materia oscura biológica

Referencias

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