100多年來二十個無法回答的科學疑問

8、傳統計算的極限是什麼？　　有些事看上去很基本但是處理起來很龐雜，例如一個推銷員要走遍相互連接的多個城市，那麼怎樣走才能實現總路程近來？城市數目的添加會讓最強悍的電子計算機也感到畏懼。上個世紀40年代，資訊理論之父香農提出了信息(以比特形式存在)儲存和傳遞所遵循的物理次序。任何傳統的計算機都不能超越這個次序。那麼，在工程上，結尾咱們能造出多麼強悍的計算機？不過，非傳統的計算機可能並不受到這些限定，例如近年來興起的量子計算機。　　9、意識的生物學基礎是什麼？　　17世紀的法國哲學家有一句名言：「我思故我在」。可以看出，意識在很長時間裡都是哲學探討的話題。當代科學認為，意識是從大腦中數以億計的神經元的協作中湧現出來的。但是這仍然太籠統了，詳細來說，神經元是怎麼產生意識的？近年來，科學家已經找到了一些可以對這個最主觀和最私人的事物實行客觀研究的要領和工具，並且藉助大腦損傷的病人，科學家得以一窺意識的奧秘。除了要弄清意識的詳細運作形式，科學家還想知曉一個更深層次疑問的答案：它為什麼存在，它是怎麼起源的？　　10、什麼控制著器官再生？　　有一些生物擁有非凡的修正本領：被切斷的蚯蚓可以重新長出一半身體，而蠑螈可以重建受損的四肢……相比而言，人類的再生本領似乎就差了一點。沒有人可以重新長出手指，骨頭的運用也是從一而終。稍可令人安慰的是肝臟。被部分切除的肝臟可以還原到原來的狀態。科學家發覺，那些可以讓器官再生的動物，在必要的時候重新啟動了胚胎髮育時期的遺傳程序，從而長出了新的器官。那麼人類能不能可以使用類似的手法，在人工控制下自我更換零部件呢？　　11、一個皮膚細胞怎麼能變成神經細胞？　　在上個世紀中期，生物學家把青蛙的體細胞核放入青蛙的去核卵細胞里，結果製造出了克隆蝌蚪。近來幾年，關於人類胚胎幹細胞的研究正在熱火朝天地實行 ——把人的體細胞核放入卵細胞中，科學家期待著製造出各種各樣的人類體細胞，例如神經細胞、成骨細胞、心肌細胞等等。儘管科學家已經取得了一些成功，他們仍然對於這種體細胞核移植技能能夠成功的原由知之甚少。的確，去核的卵細胞在這個流程中扮演著至關首要的角色 ——可是詳細機制是什麼？　　12、一個體細胞是怎麼變成整株植物的？　　在某種意義上，植物似乎比動物有更大的靈活性。植物的體細胞不須要繁瑣的體細胞核移植技能，就能重新變成植物胚胎細胞。科學家很早就已經開始使用植物的這種性質。用一小塊植物組織，在實驗室里就能培養出可以供一片森林運用的幼苗。但是為什麼植物細胞有這樣的靈活性？科學家已經發覺了一些線索，例如植物的生長素在這個流程中起到的作用　　13、生命是怎麼以及在哪裡起源的？　　科學家已經發覺了34億年前的微生物的化石，在更古老的岩石上也可以找到生物光合作用的痕迹。那麼蛋白質和DNA——生命的兩大支柱——哪一個先出現在地球上？或者一起出現？科學家認為，更可能的情況是，RNA比前兩者更早出現。另一個疑問是，生命在什麼樣的環境下起源？一種假說認為，生命最早起源於海底的熱水中。如今，科學家一方面在實驗室里探尋從基本有機物到可以自我複製的有機物的成長流程，另一方面，研究彗星和火星，也將為這個疑問帶來首要 的啟示。

14、什麼決定了物種多樣性？　　這是一個充滿生命的行星，但是並非每一個角落的生命都同樣繁榮。一些地區居住的物種的數目超過其他地區。熱帶比寒帶擁有更高的物種多樣性。為什麼會出現這種情況？僅僅是因為熱帶比寒帶更熱？科學家認為，生物和環境之間的相互作用對多樣性起著重要的作用。當然，還有其他一些改動多樣性的力量，例如捕食和被捕食的聯繫。但是，科學家最先面對的疑問是怎麼獲取關於全球物種多樣性的基礎數據——到底有多少種生物在那兒。　　15、合作的行為怎麼進化？　　你很簡單在社會性動物身上看到利他的行為。例如蜜蜂把食物的信息傳遞給其他蜜蜂。人類和其他靈長類動物社會也充滿了合作的行為。進化論的創立者達爾文對合作現象提出過一些解釋，例如親屬之間的相互幫助，實際上會促進整個家族繁殖的可能性。如今，科學家正在尋找合作行為的遺傳基礎。而博弈論——一種關於競爭、合作和遊戲準則的數學理論，也可以夠幫助科學家理會合作行為怎麼運作。達爾文觀察到了合作的現象並做出明白釋，今天的科學家期盼能夠讓這個解釋更加深入，並且期盼能夠回答它是怎麼產生的。　　16、怎麼從大量的生物學數據中得到全景？　　生命是如此的龐雜，以至於幾乎每一位生物學家都只好在一個很小的領域實行探索。儘管在每一個領域都產生了大量的描述性的數據。但是科學家能夠從這些海量的數據中得出一個整體的觀點，例如生物是怎麼運作的？系統生物學這門正在形成的學科為回答這些疑問提供了一些期盼。它試圖把生物學的各個分支聯繫起來，使用數學、工程和計算機科學的要領讓生物學更加量化。不過，現在還沒有人知曉這些要領能不能能夠結尾讓科學家理會生物運作的整體圖景。　　17、為什麼人類的基因這麼少？　　2003年，當人類基因組計劃接近完成的時候，生物學家在歡呼這一成就的同時，驚奇地發覺人類的基因數目比原先估計的少，是的，人只有大約2.5萬個，而原來認為應該有10萬個。相比之下，一種特別基本的生物——線蟲也有2萬個基因。擬南芥植物的基因數目比人類稍多，而水稻的基因數目則是人類的一倍。科學家認為，基因組運作的形式應該比以前認為的更加靈活和龐雜，他們正在探尋這些少用基因多辦事的分子機制。　　18、遺傳差別和個體健康在多大程度上是有關聯的？　　很早以前科學家就發覺有些人對於某些藥物的反應和其他病人不一樣。例如，某種麻醉用肌肉鬆弛劑會導致特定的人不能呼吸，結尾，科學家發覺這種現象的原由在於他們擁有特定的基因。這也就帶來了一個疑問：研究不一樣的人之間的遺傳差別能不能可以促進醫學成長出更高級的治療手段，也就是說，根據私人的DNA實行 「量體裁葯」？科學家已經辨認出了一批與藥物相互作用的基因。但是要真實實現「量體裁葯」，恐怕還為時尚早。　　19、人類壽命可以延長多少？　　儘管百歲老人仍然少見，人類的平均壽命（尤其是在發達國家）在過去的幾十年中一直在延長。但是這種趨勢能保持多久？科學家通過對實驗動物的研究，發覺包含限定熱量攝入在內的一些要領可以顯著地延長它們的壽命。但是這些要領能不能可以成功地使用到人類的身上，以及能延長多少壽命呢？一些科學家認為，至少人類活到100歲可以成為家常便飯。不過，即使是這樣，長壽也會帶來其他的麻煩，比如社會保險。 20、什麼遺傳差別導致咱們成為獨特的人類？　　隨著基因測序技能的改良，越來越多物種的基因組全序列進入了科學家的資料庫中，包含咱們自身和數種靈長類親戚，比如黑猩猩。咱們很簡單分辨出人和黑猩猩，然而在分子水平上，這種分辨卻不那麼簡單。咱們和黑猩猩的DNA差別大約是1.2％。這是一個很小的數字，但是從絕對數目上來看(本文來自通吃島股票論壇)，這種差別意味著3千多萬個鹼基對的不一樣。到底是這3千多萬個差別中的哪些，讓咱們在與黑猩猩「分家」之後，變得如此獨特？科學家正在尋找那些讓咱們有別於其他靈長類物種的遺傳差別，當然，還有文化、語言和技能等等超越基因的因素。