Mūsdienu zinātnes tendences ir liels un plašs darbs, kurā tūkstošiem laboratoriju visā pasaulē pēta savu augsti specializēto jomu no daudz lielāka veseluma. Tas ir loģisks zinātniskā mantojuma un gadsimtiem ilgā tehnoloģiskā progresa krustpunkts, lai veicinātu izpratni par apkārtējo pasauli.
Īpaša uzmanība ir jāpievērš arvien specifiskākām disciplīnām, sākot no tīklenes neironu skaitļošanas līdz kosmosa plazmas fizikai. Kādas zinātnes jomas pastāv un kuras ir visatbilstošākās?
Biomedicīnas inženierija un biofizika
Var likties dīvaini, bet dažas problēmas medicīnā var atrisināt tikai ar tehnoloģiju palīdzību. Biomedicīnas inženierija ir jauna disciplīna, kas aptver tik dažādas jomas kā proteīnu inženierija, mērīšanas sistēmas un augstas izšķirtspējas atomu un veselu organismu optiskā attēlveidošana. Šī vēlme pēcfizisko zināšanu integrēšana ar dzīvības zinātnēm - progress cilvēka veselībā.
Pašreizējās pētniecības jomas
Ietver tādas pētniecības jomas kā:
- Biofotonika - metožu izstrāde šūnu un audu vizualizācijai ar fluorescenci. Bioloģisko molekulu pētīšanai izmanto optiskās metodes.
- Sirds un asinsvadu attēlveidošana - metožu izstrāde sirds un asinsvadu slimību noteikšanai un kvantitatīvai noteikšanai.
- Sarežģītas bioloģiskās sistēmas - jaunu rīku un matemātisko modeļu izstrāde sarežģītu bioloģisko sistēmu izpratnei.
- Makromolekulārā montāža. Makromolekulu izpēte, tostarp daudzkomponentu kompleksu un molekulāro mašīnu montāža.
- Imūnķīmiskā diagnostika - jaunu tehnoloģiju radīšana slimību identificēšanai, piemēram, "laboratorijas pētījumi".
- Neinvazīvā optiskā attēlveidošana - reāllaika diagnostikas metožu izstrāde audu un orgānu novērtēšanai un uzraudzībai.
Pēdējie sasniegumi ietver vairāku augstas izšķirtspējas optiskās attēlveidošanas rīku izstrādi, kas paredzēti šūnu un organismu mikroskopiskās un makroskopiskās pasaules izpētei.
Šūnu bioloģija
Vēl viena svarīga un pastāvīgi attīstās zinātnes joma ir šūnu bioloģija. Visas dzīvās būtnes sastāv no strukturālām un funkcionālām vienībām. Tādējādi, šūnuTrūkumam ir izšķiroša nozīme daudzās slimībās, sākot no vēža, ko izraisa patoloģiska šūnu augšana, līdz neirodeģeneratīviem traucējumiem, kas rodas nervu audu nāves dēļ. Ir sešas galvenās jomas, kas aptver vairākas bioloģiskās sistēmas:
- Apoptoze. Katrā veselā organismā šūnas mirst rūpīgi regulētā ieprogrammētās šūnu nāves procesā, kas pazīstams kā apoptoze. Tā ir raksturīga daudzām bioloģiskām sistēmām, kas ir būtiskas neirozinātnei, imunoloģijai, novecošanai un attīstībai, kā arī tādām patoloģijām kā vēzis, autoimūnas un deģeneratīvas slimības.
- Šūnu cikls - funkcionējošas mini struktūras turpina augt un dalīties rūpīgi kontrolētā veidā mūsu dzīves laikā. Molekulārie un šūnu notikumi, kas regulē šo ciklu, ir ļoti svarīgi daudzām slimībām, kurās tiek traucēta normāla augšanas regulēšana.
- Glikobioloģija. Glikāni ir bioloģiski svarīga ogļhidrātu klase. Glikānu saistošie proteīni (lektīni) saistās ar specifiskiem strukturālajiem glikāniem, un tiem ir izšķiroša nozīme šūnu atpazīšanā, kustībā un atgriešanās specifiskos audos, signalizācijā, diferenciācijā, šūnu adhēzijā, mikrobu patoģenēzē un imunoloģiskajā atpazīšanā.
- Mitohondriji. Mitohondriji, kas pazīstami kā "elektrostacijas" bloki, nodrošina enerģijas šūnas, kas jāizmanto, lai izdzīvotu, izvairoties no slimībām, sākot no diabēta līdz Parkinsona slimībai.
- Mobilitāte - mikroskopiskai nervu šūnai, kuras izcelsme ir smadzenēs un kas paplašina savus procesus līdz muguras smadzeņu pamatnei, ir jāpārvieto molekulas lielos attālumos, salīdzinot ar tās izmēru. Zinātnieki izmanto dažādas metodes un pieejas, lai pētītu, kā pārvietojas šūnas un to iekšējās molekulas un organoīdi.
- Olb altumvielu transportēšana. Olb altumvielas tiek ražotas kodolā, un pēc tam tās ir pienācīgi jāuzglabā, lai tās pildītu savu šūnu lomu. Tādējādi proteīnu transports ir galvenais visās šūnu sistēmās, un tā disfunkcija ir saistīta ar slimībām, sākot no cistiskās fibrozes līdz Alcheimera slimībai.
Dzīvības šūnu pamats
Šūnu dzīvības pamats mūsdienu bioloģijas laikmetā var šķist acīmredzams, taču līdz pirmo mikroskopu izstrādei deviņpadsmitā gadsimta sākumā tas varēja būt tikai spekulācijas jautājums. Tipiskas cilvēka šūnas izmērs ir apmēram piecas reizes mazāks par visu, ko mēs varam redzēt ar neapbruņotu aci. Tāpēc progress mūsu izpratnē par struktūrvienību iekšējo darbību, tostarp šūnu patofizioloģiju, iet roku rokā ar šīs zinātnes nozares tehnoloģiju sasniegumiem, kas ir pieejami to attēlveidošanai un izpētei.
Hromosomu bioloģija
Pašreizējā uztraukumā genomikas jomā ir viegli aizmirst, ka gēni ir tikai īsi DNS posmi un daļa no daudz lielākām struktūrām, ko sauc par hromosomām. Pēdējās sastāv no hromatīna sarežģītām DNS virknēm, kas aptītas ap proteīniem, ko sauc par histoniem, unTagad ir zināms, ka tiem ir vienlīdz svarīga loma, nosakot, kā organismi attīstās, funkcionē un paliek veseli.
Epiģenētika, burtiski "virs ģenētikas", ir zinātne, kas pēta vides izmaiņas genomā ārpus tām, kas var notikt mūsu DNS līmenī. Šīs gēnu aktivitātes svārstības ietver to apkārtējo elementu modifikācijas, piemēram, histona proteīnus, vai modifikācijas transkripcijas elementos, kas kontrolē gēnu ekspresiju. Atšķirībā no DNS izmaiņām, epiģenētiskās svārstības parasti ir raksturīgas paaudzei.
Citiem vārdiem sakot, epiģenētiskās izmaiņas parasti netiek nodotas no vecākiem uz bērnu. Šis salīdzinoši jaunais pētījumu virziens ir mainījis mūsu izpratni gan par normālu attīstību, gan par slimībām, un tagad tas ietekmē nākamās paaudzes ārstēšanas progresu. Tiek pētītas dažādas jomas, tostarp:
- Aptaukošanās. Jau sen ir aizdomas, ka epiģenētiskās izmaiņas mūsu genomā var ietekmēt sarežģītās cilvēku slimības, piemēram, tauku nogulsnēšanos. Jauns zinātnes virziens pēta, kā vides faktori var ietekmēt slimības attīstību.
- Klīniskie pētījumi un zāļu izstrāde. Tiek pētīta epiģenētiskās vēža terapijas nozīme dažādu audzēju ārstēšanā, cerot, ka tās var mērķēt un "pārprogrammēt" patoloģiskas šūnas, nevis iznīcināt gan vēža, gan parastos veidojošos blokus, kā tas ir standarta ķīmijterapijā.
- Veselības aprūpe. Diēta un ķīmisko vielu iedarbība visos attīstības posmos var izraisīt epiģenētiskas izmaiņas, kas var ieslēgt vai izslēgt noteiktus gēnus. Zinātnieki pēta, kā šie elementi negatīvi ietekmē iedzīvotājus.
- Uzvedības zinātne. Epiģenētiskās izmaiņas ir saistītas ar daudzām slimībām, tostarp narkotiku un alkohola atkarību. Izpratne par to, kā vides faktori maina genomu, varētu atklāt jaunas iespējas psiholoģisko traucējumu ārstēšanā.
Kvantu bioloģija
Fiziķi jau vairāk nekā simts gadus zina par šādiem kvantu efektiem, kad daļiņas izaicina mūsu sajūtas, pazūdot no vienas vietas un atkal parādās citā vai atrodoties divās vietās vienlaikus. Taču šīs sekas nav attiecināmas uz slepeniem laboratorijas eksperimentiem. Tā kā zinātniekiem arvien vairāk rodas aizdomas, ka kvantu mehānika var attiekties arī uz bioloģiskiem procesiem.
Iespējams, labākais piemērs ir fotosintēze - brīnišķīgi efektīva sistēma, kurā augi (un dažas baktērijas) veido vajadzīgās molekulas, izmantojot saules gaismas enerģiju. Izrādās, ka šis process patiesībā var balstīties uz "superpozīcijas" fenomenu, kur mazas enerģijas paketes izpēta visus iespējamos ceļus un pēc tam nokārtojas uz visefektīvākā. Iespējams arī, ka putnu navigācija, DNS mutācijas (izmantojot kvantu tuneli) un pat mūsu oža ir atkarīga no kvantu efektiem.
Lai gan šī ir ļoti spekulatīva un pretrunīga joma, tie, kaspraktiķi gaida dienu, kad pētniecībā iegūtā informācija var radīt jaunas zāles un biomimētiskās sistēmas (biometrija ir vēl viena jauna zinātnes nozare, kurā bioloģiskās sistēmas un struktūras tiek izmantotas jaunu materiālu un mašīnu radīšanai).
Sociālās un uzvedības zinātnes
Tālāk par molekulāro un šūnu līmeni ir ļoti svarīgi saprast, kā uzvedības un sociālie faktori ietekmē slimības un veselību, lai izprastu, ārstētu un novērstu slimības. Pētījumi šādās zinātnēs ir liela daudzpusīga joma, kas aptver plašu disciplīnu un pieeju klāstu.
Intraprofesionālās analīzes programmas koncepcija apvieno biomedicīnas, uzvedības un sociālās zinātnes, lai strādātu kopā, lai atrisinātu sarežģītas un neatliekamas veselības problēmas. Galvenā uzmanība tiek pievērsta tādu zinātnes jomu attīstībai, kas pēta uzvedības procesus, biopsiholoģiskās un lietišķās jomas, izmantojot šādas metodes:
- Pētījumi par slimības vai fiziskā stāvokļa ietekmi uz uzvedību un sociālo darbību.
- Ar slimības sākšanos un gaitu saistīto uzvedības faktoru identificēšana un izpratne.
- Ārstēšanas rezultātu izpēte.
- Veselības veicināšanas un slimību profilakses pētījumi.
- Institucionālās un organizatoriskās ietekmes uz veselību analīze.
Eksometeoroloģija
Eksometeorologiem patīkeksookeanogrāfi un eksoģeologi ir ieinteresēti pētīt dabiskos procesus, kas notiek uz planētām, kas nav Zeme. Tagad, kad astronomi var tuvāk aplūkot tuvumā esošo objektu iekšējo darbību, viņi arvien vairāk spēj izsekot atmosfēras un laikapstākļiem. Jupiters un Saturns ar savām neticami lielajām potenciālajām sistēmām ir galvenie pētījuma kandidāti.
Piemēram, uz Marsa regulāri notiek putekļu vētras. Šajā zinātniski tehniskajā virzienā eksometeorologi pēta pat planētas ārpus mūsu Saules sistēmas. Un, kas ir interesanti, viņi galu galā var atrast ārpuszemes dzīvības pazīmes uz eksoplanētas, atklājot organiskās pazīmes atmosfērā vai paaugstinātu oglekļa dioksīda līmeni - iespējamās industriālā laikmeta civilizācijas pazīmes.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, kas pazīstama arī kā pārtikas genomika, ir prioritāra zinātnes joma. Šis ir pētījums par pārtikas un DNS reakcijas sarežģīto mijiedarbību. Patiešām, pārtikai ir liela ietekme uz cilvēka veselību – un tas sākas burtiski molekulārā līmenī. Zinātnieki, kas strādā šajā jomā, cenšas izprast ģenētiskās variācijas lomu, uztura reakciju un veidus, kā barības vielas ietekmē mūsu struktūras.
Nutrigenomika darbojas abos virzienos - mūsu gēni ietekmē mūsu uztura izvēli un otrādi. Šīs zinātniskās darbības jomas galvenais mērķis ir personalizēta uztura radīšana - salīdzinājums ar koko mēs ēdam, ar mūsu unikālo ģenētisko uzbūvi.
Kognitīvā ekonomika
Ekonomika parasti nav saistīta ar dziļām zināšanām, taču tas var mainīties, jo joma integrējas ar tradicionālajām pētniecības disciplīnām. Kognitīvā ekonomika ir saistīta ar to, kā mēs domājam, un to nedrīkst sajaukt ar uzvedības ekonomiku (mūsu darbības veidu izpēte - to, ko mēs darām - ekonomisko lēmumu pieņemšanas kontekstā). Lī Koldvels, kurš raksta emuārus par šo apgabalu, to definē šādi:
"Kognitīvā ekonomika (vai finanses) … aplūko, kas patiesībā notiek cilvēka prātā, kad viņš izdara šo izvēli. Kāda ir lēmumu pieņemšanas iekšējā struktūra, kā informācija nonāk apziņā un kā tā tiek apstrādāta, un tad, galu galā, kā visi šie procesi izpaužas mūsu uzvedībā?"
Citā veidā kognitīvā ekonomika ir fizika, kuras uzvedības ekonomika ir inženierija. Šajā nolūkā zinātnieki, kas strādā šajā jomā, sāk savu analīzi zemākā līmenī un veido cilvēka lēmumu pieņemšanas pamatā esošos mikromodeļus, lai izstrādātu liela mēroga ekonomiskās uzvedības modeli. Lai palīdzētu viņiem to izdarīt, kognitīvie ekonomisti aplūko saistītās disciplīnas un skaitļošanas ekonomikas jomas, kā arī galvenos zinātnisko un tehnoloģisko pētījumu virzienus racionalitātes un lēmumu pieņemšanas teorijā.
