Sodobni znanstveni trendi so veliko in široko prizadevanje, v katerem na tisoče laboratorijev po vsem svetu preučuje svoje visoko specializirano področje iz veliko večje celote. Je logično presečišče znanstvene dediščine in stoletij tehnološkega napredka za izboljšanje razumevanja sveta okoli nas.
Posebno pozornost je treba nameniti vse bolj specifičnim disciplinam, od nevronskega računalništva mrežnice do fizike vesoljske plazme. Katera znanstvena področja obstajajo in katera so najbolj pomembna?
Biomedicinski inženiring in biofizika
Morda se zdi čudno, a nekatere težave v medicini je mogoče rešiti le s pomočjo tehnologije. Biomedicinski inženiring je nastajajoča disciplina, ki zajema tako raznolika področja, kot so inženiring beljakovin, merilni sistemi in optično slikanje atomov in celih organizmov visoke ločljivosti. Ta želja popovezovanje fizičnega znanja z znanostjo o življenju - napredek v zdravju ljudi.
Trenutna raziskovalna področja
Vključuje področja raziskav, kot so:
- Biofotonika - razvoj metod za vizualizacijo celic in tkiv s fluorescenco. Za preučevanje bioloških molekul se uporabljajo optične metode.
- Slikovno slikanje srca in ožilja – razvoj metod za odkrivanje in kvantificiranje srčno-žilnih bolezni.
- Zapleteni biološki sistemi - razvoj novih orodij in matematičnih modelov za razumevanje kompleksnih bioloških sistemov.
- Makromolekularna sestava. Študija makromolekul, vključno s sestavljanjem večkomponentnih kompleksov in molekularnih strojev.
- Imunokemijska diagnostika - ustvarjanje novih tehnologij za identifikacijo bolezni, kot so "laboratorijske študije".
- Neinvazivno optično slikanje - razvoj diagnostičnih metod v realnem času za ocenjevanje in spremljanje tkiv in organov.
Nedavni napredek vključuje razvoj več orodij za optično slikanje visoke ločljivosti, zasnovanih za raziskovanje mikroskopskih in makroskopskih svetov celic in organizmov.
celična biologija
Drugo pomembno in nenehno razvijajoče se znanstveno področje je celična biologija. Vsa živa bitja so sestavljena iz strukturnih in funkcionalnih enot. Torej celičnoPomanjkanje ima ključno vlogo pri številnih boleznih, od raka, ki ga povzroča nenormalna rast celic, do nevrodegenerativnih motenj, ki so posledica odmiranja živčnega tkiva. Obstaja šest ključnih področij, ki zajemajo več bioloških sistemov:
- Apoptoza. V vsakem zdravem organizmu celice odmrejo s skrbno urejenim procesom programirane celične smrti, znanim kot apoptoza. Skupno je številnim biološkim sistemom, ki so temeljni za nevroznanost, imunologijo, staranje in razvoj ter patologije, kot so rak, avtoimunske in degenerativne bolezni.
- Celični cikel - Delujoče mini strukture še naprej rastejo in se delijo na skrbno nadzorovan način skozi vse naše življenje. Molekularni in celični dogodki, ki uravnavajo ta cikel, so ključni za številne bolezni, pri katerih je motena normalna regulacija rasti.
- Glikobiologija. Glikani so biološko pomemben razred ogljikovih hidratov. Proteini, ki vežejo glikan (lektini), se vežejo na specifične strukturne glikane in igrajo ključno vlogo pri prepoznavanju celic, gibljivosti in vračanju v specifična tkiva, signalizaciji, diferenciaciji, celični adheziji, mikrobni patogenezi in imunološkem prepoznavanju.
- Mitohondriji. Mitohondriji, znani kot gradniki "električne hiše", zagotavljajo energijo, ki jo celice potrebujejo za preživetje, in preprečujejo bolezni od sladkorne bolezni do Parkinsonove bolezni.
- Mobilnost - mikroskopska živčna celica, ki izvira iz možganov in razširja svoje procese do dna hrbtenjače, mora premikati molekule na velike razdalje v primerjavi s svojo velikostjo. Znanstveniki uporabljajo različne metode in pristope za preučevanje, kako se premikajo celice ter njihove notranje molekule in organele.
- Prevoz beljakovin. Beljakovine nastanejo v jedru, nato pa morajo biti ustrezno nameščene, da lahko izpolnijo svojo celično vlogo. Tako je transport beljakovin osrednjega pomena za vse celične sisteme, njegova disfunkcija pa je povezana z boleznimi, ki segajo od cistične fibroze do Alzheimerjeve bolezni.
Celična osnova življenja
Celična osnova življenja se morda zdi očitna v moderni dobi biologije, toda do razvoja prvih mikroskopov v zgodnjem devetnajstem stoletju je bilo to lahko le stvar špekulacij. Velikost tipične človeške celice je približno petkrat manjša od vsega, kar lahko vidimo s prostim očesom. Zato napredek v našem razumevanju notranjega delovanja strukturnih enot, vključno s celično patofiziologijo, gre z roko v roki z napredkom v tehnologijah tega znanstvenega področja, ki so na voljo za njihovo slikanje in preučevanje.
Biologija kromosomov
Ob trenutnem navdušenju nad področjem genomike je enostavno pozabiti, da so geni le kratki deli DNK in del veliko večjih struktur, imenovanih kromosomi. Slednji so sestavljeni iz kromatinsko zapletenih pramenov DNK, ovite okoli proteinov, imenovanih histoni, inzdaj znano, da igrajo enako pomembno vlogo pri določanju, kako se organizmi razvijajo, delujejo in ostanejo zdravi.
Epigenetika, dobesedno "nad genetiko", je znanost, ki preučuje okoljske spremembe v genomu, ki presegajo tiste, ki se lahko pojavijo na ravni naše DNK. Ta nihanja v genski aktivnosti vključujejo spremembe elementov, ki jih obdajajo, kot so histonski proteini, ali spremembe transkripcijskih elementov, ki nadzorujejo izražanje genov. Za razliko od sprememb DNK so epigenetska nihanja običajno specifična za generacijo.
Z drugimi besedami, epigenetske spremembe se običajno ne prenašajo s starša na otroka. Ta relativno nova linija raziskav je spremenila naše razumevanje tako normalnega razvoja kot bolezni in zdaj vpliva na napredek naslednje generacije zdravljenja. Preučujejo se različna področja, vključno z:
- Debelost. Že dolgo se domneva, da imajo epigenetske spremembe v našem genomu vlogo pri kompleksnih človeških boleznih, kot je odlaganje maščob. Nova znanstvena smer raziskuje, kako lahko okoljski dejavniki vplivajo na razvoj bolezni.
- Klinična preskušanja in razvoj zdravil. Vloga epigenetskih terapij raka pri različnih tumorjih se raziskuje v upanju, da lahko ciljajo in "reprogramirajo" nenormalne celice, namesto da ubijejo tako rakave kot normalne gradnike kot pri standardni kemoterapiji.
- Zdravstvena nega. Prehrana in izpostavljenost kemikalijam na vseh stopnjah razvoja lahko povzročita epigenetske spremembe, ki lahko vklopijo ali izklopijo določene gene. Znanstveniki raziskujejo, kako ti elementi negativno vplivajo na splošno populacijo.
- Vedenjska znanost. Epigenetske spremembe so povezane s številnimi boleznimi, vključno z odvisnostjo od drog in alkohola. Razumevanje, kako okoljski dejavniki spreminjajo genom, bi lahko osvetlilo nove poti za zdravljenje psiholoških motenj.
Kvantna biologija
Fiziki vedo za takšne kvantne učinke že več kot sto let, ko delci kljubujejo našim čutilom, izginejo z enega mesta in se znova pojavijo na drugem ali so na dveh mestih hkrati. Toda ti učinki niso pripisani tajnim laboratorijskim poskusom. Ker znanstveniki vse bolj sumijo, da se kvantna mehanika lahko uporablja tudi za biološke procese.
Morda je najboljši primer fotosinteza, čudovito učinkovit sistem, kjer rastline (in nekatere bakterije) gradijo molekule, ki jih potrebujejo, z energijo iz sončne svetlobe. Izkazalo se je, da se ta proces dejansko lahko zanaša na fenomen "superpozicije", kjer majhni paketi energije raziskujejo vse možne poti in se nato ustalijo na najučinkovitejši. Možno je tudi, da se ptičja navigacija, mutacije DNK (prek kvantnega tuneliranja) in celo naš vonj zanašajo na kvantne učinke.
Čeprav je to zelo špekulativno in kontroverzno področje, tisti, kipraktiki čakajo na dan, ko lahko informacije, pridobljene z raziskavami, vodijo do novih zdravil in biomimetičnih sistemov (biometrija je še eno nastajajoče področje znanosti, kjer se biološki sistemi in strukture uporabljajo za ustvarjanje novih materialov in strojev).
Družbene in vedenjske vede
Poleg molekularne in celične ravni je razumevanje, kako vedenjski in družbeni dejavniki vplivajo na bolezen in zdravje, ključnega pomena za razumevanje, zdravljenje in preprečevanje bolezni. Raziskave v takšnih znanostih so veliko večplastno področje, ki zajema širok spekter disciplin in pristopov.
Koncept programa intraprofesionalne analize združuje biomedicinske, vedenjske in družbene vede, da bi skupaj reševali kompleksne in nujne zdravstvene težave. Poudarek je na razvoju znanstvenih področij, ki raziskujejo vedenjske procese, biopsihološka in uporabna področja z naslednjimi metodami:
- Raziskave o vplivu bolezni ali fizičnega stanja na vedenje in družbeno delovanje.
- Prepoznavanje in razumevanje vedenjskih dejavnikov, povezanih z začetkom in potekom bolezni.
- Študija izidov zdravljenja.
- Raziskave promocije zdravja in preprečevanja bolezni.
- Analiza institucionalnih in organizacijskih vplivov na zdravje.
Exometeorology
Exometeorologi všečeksooceanografi in eksogeologi se zanimajo za preučevanje naravnih procesov, ki se dogajajo na drugih planetih kot na Zemlji. Zdaj, ko si lahko astronomi podrobneje ogledajo notranje delovanje bližnjih predmetov, lahko vse bolj spremljajo atmosferske in vremenske vzorce. Jupiter in Saturn s svojimi neverjetno velikimi potencialnimi sistemi sta glavna kandidata za študij.
Na primer, prašne nevihte se redno pojavljajo na Marsu. V tej znanstveni in tehnični smeri eksometeorologi preučujejo celo planete zunaj našega sončnega sistema. In zanimivo je, da lahko sčasoma odkrijejo znake nezemeljskega življenja na eksoplanetu z odkrivanjem organskih znakov v atmosferi ali povišanih ravni ogljikovega dioksida – možnih znakov civilizacije industrijske dobe.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, znana tudi kot genomika hrane, je prednostno področje znanosti. To je študija kompleksnega medsebojnega vpliva hrane in odziva DNK. Hrana namreč močno vpliva na zdravje ljudi – in začne se dobesedno na molekularni ravni. Znanstveniki, ki delajo na tem področju, si prizadevajo razumeti vlogo genetskih variacij, prehranskega odziva in načinov, kako hranila vplivajo na naše strukture.
Nutrigenomika deluje v obe smeri – naši geni vplivajo na naše prehranske preference in obratno. Ključni cilj tega področja znanstvene dejavnosti je oblikovanje personalizirane prehrane – primerjava česakar jemo, z lastno edinstveno genetsko konstitucijo.
kognitivna ekonomija
Ekonomija običajno ne pomeni globokega znanja, vendar se to lahko spremeni, ko se področje integrira s tradicionalnimi raziskovalnimi disciplinami. Ne smemo mešati z vedenjsko ekonomijo (preučevanje našega načina ravnanja – kaj počnemo – v kontekstu sprejemanja ekonomskih odločitev), kognitivna ekonomija govori o tem, kako razmišljamo. Lee Caldwell, ki piše o tem območju, ga definira takole:
"Kognitivna ekonomija (ali finance) … gleda na to, kaj se dejansko dogaja v človekovih mislih, ko se odloči. Kakšna je notranja struktura odločanja, kako informacije vstopajo v zavest in kako se obdelujejo, in nato, na koncu, kako se vsi ti procesi izražajo v našem vedenju?"
Na drug način je kognitivna ekonomija fizika, katere vedenjska ekonomija je inženiring. V ta namen znanstveniki, ki delajo na tem področju, začnejo svojo analizo na nižji ravni in oblikujejo osnovne mikro vzorce človeškega odločanja, da bi razvili model obsežnega ekonomskega vedenja. Da bi jim to pomagali, kognitivni ekonomisti preučujejo sorodna področja discipline in računske ekonomije, pa tudi glavne smeri znanstvenih in tehnoloških raziskav v racionalnosti in teoriji odločanja.
