奇闻异事 · 2022年1月19日 0

人类历史上至今未解15个奥秘问题

1.皮肤细胞如何成为神经细胞?

人类历史上至今未解15个奥秘问题

上世纪中期,生物学家将青蛙的体细胞核放入青蛙的去核卵细胞中,产生克隆蝌蚪。近年来,对人类胚胎干细胞的研究正在如火如荼地进行——将人体细胞核放入卵细胞中。科学家们期待着制造各种人体细胞,如神经细胞、成骨细胞、心肌细胞等。尽管科学家们取得了一些成功,但他们仍然对这种体细胞核移植技术的成功知之甚少。事实上,去核卵细胞在这个过程中起着至关重要的作用——但具体的机制是什么?

一个体细胞是如何成为整株植物的?

人类历史上至今未解15个奥秘问题

从某种意义上说,植物似乎比动物更灵活。植物的体细胞可以重新成为植物胚胎细胞,而不需要繁琐的体细胞核移植技术。科学家们很早就开始利用植物的性质。在实验室里,一小块植物组织可以培育出可以用于森林的幼苗。但为什么植物细胞如此灵活呢?科学家们发现了一些线索,比如植物生长素在这个过程中的作用。

什么决定了物种的多样性?

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这是一颗充满生命的行星,但并不是每个角落的生命都同样繁荣。一些地区居住的物种数量超过了其他地区。热带物种的多样性高于寒带。为什么会这样?仅仅因为热带比寒带更热?科学家们认为,生物和环境之间的相互作用对多样性起着关键作用。当然,还有其他改变多样性的力量,比如捕食和捕食之间的关系。然而,科学家们面临的第一个问题是如何获取关于全球物种多样性的基本数据——那里有多少种生物。

4.生命是如何起源的?

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科学家们在34亿年前发现了微生物化石,并在更古老的岩石上找到了生物光合作用的痕迹。那么,蛋白质和DNA生命的两个支柱——哪一个首先出现在地球上呢?还是一起出现?科学家们认为,RNA比前两个更早出现。另一个问题是,生命起源于什么样的环境?假设生命起源于海底的热水。今天,科学家们探索了从简单的有机物到自我复制的有机物的发展过程,另一方面,研究彗星和火星也将给这个问题带来重要的启示。

如何进化合作行为?

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你很容易在社会动物身上看到利他主义。例如,蜜蜂将食物信息传递给其他蜜蜂。人类和其他灵长类动物社会也充满了合作行为。进化论的创始人达尔文对合作现象提出了一些解释,如亲属之间的相互帮助,这实际上促进了整个家庭繁殖的可能性。现在,科学家们正在寻找合作行为的遗传基础。游戏理论——一种关于竞争、合作和游戏规则的数学理论,也可以帮助科学家理解合作行为是如何运作的。达尔文观察到了合作现象并解释说,今天的科学家们希望深入解释,并回答它是如何产生的。

如何从大量的生物数据中获得全景?

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生活是如此复杂,以至于几乎每个生物学家都只能在一个非常小的领域进行探索。尽管每个领域都有大量的描述性数据。但科学家们可以从这些大量的数据中得到一个整体概念,比如生物学是如何工作的?系统生物学是一门正在形成的学科,为回答这些问题提供了一些希望。它试图将生物学的各个分支联系起来,并使用数学、工程和计算机科学的方法来使生物学更加定量。然而,没有人知道这些方法是否最终能让科学家理解生物操作的整体图景。

为什么人类基因这么少?

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2003年,当人类基因组计划即将完成时,生物学家惊讶地发现,人类的基因数量比原来估计的要少。是的,只有大约25000人,最初认为应该有10000人。相比之下,一种非常简单的生物线虫也有2000个基因。拟南芥植物的基因数量略高于人类,水稻的基因数量是人类的两倍。科学家们认为,基因组的操作应该比以前更灵活和复杂,他们正在探索这些分子机制,使用更少的基因,做更多的事情。

8.遗传差异在多大程度上与个人健康有关?

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很久以前,科学家们发现有些人对某些药物的反应与其他病人不同。例如,某种麻醉剂使用肌肉松弛剂会导致特定的人无法呼吸。最后,科学家们发现,这种现象的原因是他们有特定的基因。这也带来了一个问题:研究不同人之间的遗传差异是否能促进医学发展,并提出更先进的治疗方法,即根据个人DNA进行量身定制药物?科学家们已经识别出一些与药物相互作用的基因。但要真正实现量身定制药物,恐怕还早。

9.人类的寿命能延长多少?

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虽然百岁老人仍然很少见,但人类的平均寿命(尤其是在发达国家)在过去的几十年里一直在延长。但这种趋势能持续多久呢?科学家发现,一些方法,包括限制热量摄入,可以显著延长它们的寿命。但这些方法能否成功地应用于人类,以及它们能延长多少寿命呢?一些科学家认为,人类至少活到100岁是很常见的。然而,即便如此,长寿也会带来其他麻烦,比如社会保险。

什么遗传差异使我们成为独特的人类?

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随着基因测序技术的进步,越来越多的物种的基因组进入了科学家的数据库,包括我们自己和几个灵长类亲戚,比如黑猩猩。我们很容易区分人和黑猩猩,但在分子水平上,这并不那么容易区分。我们和黑猩猩的DNA差异约为1.2%。这是一个很小的数字,但从绝对数量来看,这种差异意味着3000多万个碱基对之间的差异。这3000多万个差异中有什么让我们在与黑猩分离后如此独特?科学家们正在寻找让我们与其他灵长类物种不同的遗传差异,当然,文化、语言和技术等超越基因的因素。

11.记忆是如何获取的?

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毫无疑问,美好的记忆、悲伤的记忆、解方程技巧和英语单词的记忆都储存在我们的大脑中。但它们在哪里呢?

20世纪50年代,科学家们发现,大脑中的海马区在信息存储过程中起着至关重要的作用——如果海马区被切除,以前的记忆就会一起消失。但是海马区的神经细胞是如何固定信息的呢?科学家们发现,一些分子参与了记忆的形成。此外,神经细胞突触的形成也与记忆有关。然而,科学家们对记忆的操作机制了解不够——这对理解我们自己非常重要。

我们能选择性地关闭一些免疫反应吗?

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如今,器官移植已经成为一种不那么罕见的手术,但医生和患者仍然面临个大问题仍然存在:免疫排斥反应。患者的免疫系统可能会攻击移植器官作为非我族,使手术失败。为了防止这种情况,医生应该仔细选择供体器官,而一些患者需要终身服用免疫抑制药物——这显然不是一个好主意。科学家们已经找到了几种可能的方法来使免疫系统正常工作,而不排除移植器官,但实现临床应用需要很长时间。

13.什么时候可以代替便宜的石油?

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没有人否认石油最终会用光。此外,石油产量可能很快就会开始下降。即使不考虑这些因素,全球变暖的风险也促使人类尽快找到能源——太阳能来取代石油?风能?核能?每一个似乎都很有潜力,但它们还不成熟。

14.有效的艾滋病疫苗吗?

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仅美国国家卫生院每年就投资5亿元美元用于艾滋病疫苗的研发。但到目前为止,还没有一种疫苗是实用的。怀疑者认为艾滋病疫苗永远不会成功,因为人类免疫缺陷病毒(艾滋病毒)正在发生变化。支持者认为,疫苗可以对猿类免疫缺陷病毒产生影响,因此艾滋病毒疫苗也可能成功。

马尔萨斯还错吗?

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1798年,马尔萨斯发表了他著名的《人口原则》一书。他提出,人口增长总是跟不上食品供应的增长(如原文所示),只有灾难才能阻止增长。200年后,地球总人口增长到60亿(是马尔萨斯时代的6倍),但马尔萨斯预测的重大灾难没有发生。科学技术在很大程度上阻止了这场灾难。但人类仍然面临着如何确保未来不会发生重大灾难的问题。

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