Magyar Tudomány, 2005/9 1166. o.

Kitekintés

125 megválaszolatlan kérdés a jubiláló Science hasábjain

125 éves a Science. A jubileumot szokatlan módon köszöntötték: összeállították azoknak a kemény kérdéseknek a listáját, amelyekre nem, vagy nem kielégítően tudunk ma válaszolni. Eredetileg huszonöt kérdésre akarták korlátozni a listát, de ezt hamar föladták, és a jubileumhoz illően 125 kérdést fogalmaztak meg. Előrejelzésre, jóslásra nem vállalkoztak, nem próbálták meg csokorba szedni a válaszlehetőségeket. A 125-ből kiemeltek huszonöt problémát, azokat, amelyek alapvető, átfogó, más tudományágakra is kihatással levő kérdéseket vetettek fel. Ezekről miniesszéket közöltek, a kérdések és az írások sorrendje önkényes. A további száz kérdést már nagyjából tudományágak szerint rendezték. Az olvasókat felhívták, hogy a Science weboldalán (http://www. sciencemag.org/sciext/eletters/125th) szóljanak hozzá a kérdéscsomaghoz, mutassanak rá a lista hiányosságaira.

Miből áll a világegyetem? - szól az első kérdés. Az anyag csak kb. 30 %-át teszi ki, a többi a titokzatos antigravitációs erő, a sötét energia. A sötét energia mibenléte ma a fizika legsötétebb területe. Nem könnyebb a következő kérdése sem: mi a tudat biológiai alapja? Elmélet több is van, de kevés a megbízható adat. Miért van kevés génjük az embereknek? Az emberi genom feltérképezése után kiderült, hogy az emberi génállomány és más emlősök génállománya sokkal rugalmasabb és bonyolultabb, mint korábban vélték. Milyen mértékben kapcsolódik az egyes ember egészsége a genetikai változatossághoz? Az Alzheimer-kórtól a mellrákig sok betegség kialakulásának kockázatát vezették vissza génekre, remények szerint megvalósulhat a személyre szabott gyógyítás. A felelős DNS megtalálása - ha a DNS valóban felelős -, és ennek a tudásnak diagnosztikai géntesztekbe konvertálása hatalmas kihívás.

Egyesíthetők-e a fizika törvényei? Nem született még meg az elektrogyenge, az erős és a gravitációs kölcsönhatás leírása egyetlen elmélet keretében. Vannak kezdeti eredmények, a szuperhúr-elmélet tűnik a legígéretesebbnek. Hogyan lehet az emberi életet meghosszabbítani? A szakemberek egyik csoportja szerint a száz-száztíz évet meghaladó élettartam általánossá tehető, mások kétségbe vonják a lehetőséget. Mi kontrollálja a szervek regenerációját? A szervek, szövetek újjáépítése az antibiotikumok 20. századi alkalmazásának megfelelője lesz a 21. században. Még hátravan annak megértése, milyen jelek szabályozzák a regenerációt. Hogyan lehet egy bőrsejtből idegsejt? Évtizedekre szóló feladat annak felderítése, hogy a 25 ezer gén hogyan dolgozik együtt a szövetek létrehozásán, a gének közülük melyek felelősek a sejtek fejlődéséért. Hogyan lesz egyetlen szomatikus sejtből teljes növény? Egyes növények képesek erre, de a folyamatot kevéssé értjük.

Hogyan működik a Föld belseje? Negyven éve gyűlnek a szeizmikus adatok, de a viták nem csitulnak. Egyedül vagyunk a Világegyetemben? Nem valószínű. Az a nagy kérdés, mikor leszünk képesek műszaki megoldást találni idegen intelligenciák felderítésére. Ha szerencsénk van, akkor ez már a következő huszonöt évben megtörténhet. Hol és mikor kezdődött a földi élet? Ötven éve keresik a választ, ígéretes kutatási programok zajlanak. Közülük a Mars-kutatás a legizgalmasabb.

Mi határozza meg a fajok diverzitását? Ha erre választ találunk, akkor megérthetjük a korábbi kihalási hullámok természetét, és stratégiát dolgozhatunk ki a kihalás csillapítására. Milyen genetikai változásoknak köszönhetjük egyedülálló ember voltunkat? Az emberi genom ismert, rövidesen a főemlősök genomját is feltárják. Az összehasonlításból kiderülhet, milyen genetikai változások választanak el minket legközelebbi rokonainktól. Hogyan tároljuk és hogyan idézzük fel az emlékeket? Állatkísérleteknek és az emberi agyról készített képeknek köszönhetően feltártak különböző memóriatípusokat és a hozzájuk kapcsolódó agyterületeket, de továbbra is nagyok az ismerethiányok. Hogyan alakult ki a kooperatív viselkedés? Evolúciós játékelméleti modellekkel számszerűsítik az együttműködést, megjósolják, milyen viselkedés várható különböző körülmények között. A modellek még nem tökéletesek, a játékelmélet fejlődésétől várható, hogy világosabb képet kapunk a bonyolult társadalmakat kormányzó szabályokról. Hogyan alakul ki az összkép a biológiai adatok halmazából? Senki sem tudja, hogy az intenzív interdiszciplináris kutatások és a növekvő számítógépi teljesítmény révén képesek lesznek-e a kutatók átfogó, rendszerezett képet alkotni az élet működéséről.

Meddig juthatunk el a kémiai önszerveződésben? Egyelőre mérsékelten bonyolult rendszerek önszerveződéssel való létrehozásának megtervezésére képesek a vegyészek. A bonyolultság iránti igény nő, például a számítógépes áramkörök miniatürizálása, a nanotechnológia elterjedése következtében. Vannak-e elvi korlátai annak, hogy algoritmusokkal megoldható egy probléma? Matematikusok megmutatták, ha sikerülne gyors algoritmusokkal megoldani a legnehezebb számítási problémák valamelyikét, akkor az összes hasonlót megoldhatnánk. Nem biztos, hogy létezik ilyen gyors algoritmus. Úgy vélik, hogy nincs, de ennek a bizonyítása a matematika egyik legnagyobb megválaszolatlan kérdése.

Ki lehet-e szelektíven kapcsolni az immunválaszokat? Régóta, eddig kevés sikerrel keresik annak a megoldását, hogy az immunrendszer teljes letompítása nélkül is viselje el a szervezet az átültetett szervet. A kvantum-határozatlanság és non-lokalitás mögött mélyebb elvek húzódnak meg? A kvantumelmélet egyenletei elképzelhetetlen viselkedésmódokat engednek meg a parányi objektumoknak. Reménykednek, hogy egyszer túl lehet jutni ezen a kényelmetlenségen, amelyet Einstein így fogalmazott meg: "Nem hiszem, hogy Isten kockával játszana". Lehet-e hatékony HIV-vakcinát létrehozni? Már ismert, hogyan rombolja az immunrendszert a HIV, de nem tudjuk, milyen immunválaszokkal védhető ki a fertőzés. Az AIDS-vakcina-kutatók megalapozottan bizakodóak. Milyen forró lesz az üvegház-világ? Bolygónk hőmérséklete a következő évtizedekben és évszázadokban azon múlik, hogyan reagál a klíma az általunk a légkörbe engedett üvegházhatású gázokra. Az előrejelzések egyre szűkebb sávot jelölnek ki. Mi helyettesítheti az olcsó olajat és mikor? Az alternatív források megtalálásának esélye azon múlik, mennyire tekintjük fontosnak az energetikai kutatás-fejlesztést. A tudományos eredmények mellé globális politikai konszenzusra is szükség lesz.

Továbbra sem lesz igaza Robert Malthusnak? Sürgető kérdés: vajon a jelenlegi életszínvonal fenntartható-e a szükséget szenvedők helyzetének javításával együtt? Hogyan élhet az emberiség fenntartható módon a biodiverzitás megőrzésével együtt?

Az első huszonöt kérdés után a további százat már kommentár nélkül soroljuk tízesével új bekezdésekbe. Egyes kérdésekre hamar, másokra csak a következő században születik majd válasz.

A mienk az egyetlen Világegyetem? Mi hajtotta a kozmikus inflációt? Mikor, hogyan formálódtak az első csillagok és galaxisok? Honnan jönnek az ultranagy energiájú kozmikus sugarak? Miből nyernek energiát a kvazárok? Milyen a fekete lyukak természete? Miért van több anyag, mint antianyag? Bomlik a proton? Milyen a gravitáció természete? Miért más az idő, mint a többi dimenzió?

Vannak az anyagnak a kvarkoknál kisebb összetevői? A neutrínók önmaguk antirészecskéi? Leírható egységes elmélettel valamennyi korrelált elektron-rendszer? Mekkora az elérhető legnagyobb lézerteljesítmény? Lehet tökéletes optikai lencsét készíteni látható fényre? Lehet-e szobahőmérsékleten működő mágneses félvezetőket készíteni? Miért, hogyan állnak párba az elektronok a magas hőmérsékletű szupravezetőkben? Megteremthető a turbulens áramlások dinamikájának és a szemcsés anyagok mozgásának általános elmélete? Vannak-e stabil, nagy rendszámú elemek? Lehetséges-e szuperfolyékonyság folyadékban, ha igen, hogyan?

Milyen a víz szerkezete? Milyen az üveges állapotok természete? Vannak-e a kémiai szintézisnek, nagy molekulák létrehozásának határai? Hol a fényelemek hatásfokának a maximuma? A fúzió mindig csak a jövő ígérete marad? Mi működteti a Nap mágneses ciklusát? Hogyan formálódnak a bolygók? Mi okozza a jégkorszakokat? Miért fordul meg a Föld mágneses tere? Vannak a földrengéseknek előrejelzésre használható előjelei?

Van vagy volt másutt is élet a Naprendszerben? Honnan ered a homokiralitás a természetben? Meg tudjuk jósolni hogyan változtatnak alakot a fehérjék? Hányféle fehérje van az emberben? Hogyan találják meg a fehérjék partnerüket? Hányféle sejthalál létezik? Mitől zajlik simán a sejten belüli forgalom? Mi teszi képessé a sejtszervecskéket, hogy a DNS-től függetlenül másolják magukat? Milyen szerepet játszanak az RNS különböző formái? Milyen szerepet játszanak a telomérek és a centromérek?

Miért nagyon nagyok egyes genomok, mások miért nem? Mit csinál a sok "szemét" a genomunkban? Mennyire csökkentik új technológiák a szekvenálás költségeit? Honnan tudják szervek és egész szervezetek, hogy mikor hagyják abba a növekedést? Hogyan örökölhetőek a nem mutációs genomváltozások? Mi határozza meg az aszimmetriát az embrióban? Hogyan fejlődnek, hogyan alakulnak ki a végtagok, uszonyok, arcok? Mi indítja el a pubertást? Az őssejtek állnak minden rák mögött? Fogékony a rák az immunszabályozásra? A daganatokat inkább lehet kordában tartani, mint gyógyítani? A gyulladásnak minden krónikus betegségben fontos szerepe van? Hogyan működnek a prionbetegségek? Mennyire függnek a gerincesek a fertőzés elleni küzdelemben a velükszületett immunrendszertől? Az immunológiai memóriához antigéneknek való krónikus kitettség szükséges? Miért nem löki ki a terhes nő szervezete magzatát? Mi szinkronizálja egy szervezet 24 órás periodikusságát? Hogyan tájékozódnak a vándorló madarak, lepkék, bálnák? Miért alszunk? Miért álmodunk?

Miért vannak kritikus időszakok a nyelvtanulásban? Befolyásolják a feromonok az ember viselkedését? Hogyan hatnak az általános érzéstelenítők? Mi okozza a skizofréniát? Mi okozza az autizmust? Milyen mértékben tudjuk késleltetni az Alzheimer-kórt? Mi a szenvedélyek biológiai alapja? Az erkölcsiség be van építve az agyunkba? Hol vannak a gépek tanulásának határai? A személyiség milyen mértékben meghatározott genetikailag?

Mik a szexuális orientáció biológiai gyökerei? Lesz-e valaha olyan életfa, amelyben egyetértenek a rendszerezők? Hány faj él a Földön? Mi egy faj? Miért olyan gyakori a géncsere, miért olyan mobilak a gének? Ki volt az emberiség közös őse, LUCA? Hogyan alakultak ki a virágok? Hogyan csinálnak sejtfalat a növények? Mi szabályozza egy növény növekedését? Miért nem áll ellen minden növény minden betegségnek?

Miért különbözik a növények stressztűrő képessége? Mi okozta a tömeges kihalásokat? Meg tudjuk akadályozni a kihalást? Miért voltak olyan nagyok egyes dinoszauruszok? Hogyan fognak a globális felmelegedésre reagálni az ökoszisztémák? Hányféle ember élt a közelmúltban, milyen rokonságban álltak egymással? Fokozatosan vagy ugrásszerűen alakult ki a modern emberi viselkedés? Mik az emberi kultúra gyökerei? Mik a nyelvek és a zene evolúciós gyökerei? Milyen emberi rasszok vannak, hogyan alakultak ki?

Miért fejlődnek egyes országok, mások miért stagnálnak? Milyen hatással van a nagy költségvetési deficit egy ország kamatlábaira és gazdasági növekedési ütemére? A szub-szaharai Afrikában miért nőtt a szegénység, miért csökkent a várható élettartam? Szoros a kapcsolat a politikai és a gazdasági szabadság között? (Majd Kínában kiderül.)

A matematikáról nem fogalmaztak meg kérdéseket a Science munkatársai, hanem átvették a Clay Intézet ún. millenniumi kérdéseit. Ezek megfogalmazása a többi kérdésnél kevésbé közérthető. Létezik egyszerű teszt annak az eldöntésére, hogy egy elliptikus görbének véges számú gyöke van? Leírható egy Hodge-kör algebrai körök összegeként? Kiderül majd, hogy milyen körülmények között alkalmazhatók a Navier-Stokes-egyenletek? A Poincaré-teszt a négydimenziós térben is karakterizálja a gömböket? A Riemann-féle zéta-függvény matematikailag érdekes gyökeinek mindegyike a+bi formájú? Szilárd matematikai alapokon nyugszik a részecskefizika Standard Modellje?

Kennedy, Donald - Norman, Colin: 125 Questions: What Don't We Know? Science. 1 July 2005, 309, 5731, 75-102, http://www.sciencemag.org/sciext/125th/

J. L.