Šiuolaikinės mokslo tendencijos yra didelis ir platus siekis, kurio metu tūkstančiai laboratorijų visame pasaulyje tiria savo labai specializuotą sritį iš daug didesnės visumos. Tai logiška mokslo paveldo ir šimtmečių technologijų pažangos sankirta, padedanti geriau suprasti mus supantį pasaulį.
Ypatingas dėmesys turi būti skiriamas vis labiau specifinėms disciplinoms – nuo tinklainės nervinio skaičiavimo iki kosminės plazmos fizikos. Kokios mokslo sritys egzistuoja ir kurios yra aktualiausios?
Biomedicinos inžinerija ir biofizika
Gal ir atrodo keista, bet kai kurias medicinos problemas galima išspręsti tik pasitelkus technologijas. Biomedicinos inžinerija yra besiformuojanti disciplina, apimanti tokias įvairias sritis kaip b altymų inžinerija, matavimo sistemos ir didelės raiškos optinis atomų ir ištisų organizmų vaizdavimas. Šis norasfizinių žinių integravimas su gyvybės mokslais – pažanga žmogaus sveikatos srityje.
Dabartinės tyrimų sritys
Apima tokias tyrimų sritis kaip:
- Biofotonika – ląstelių ir audinių vizualizavimo fluorescencija metodų kūrimas. Biologinėms molekulėms tirti naudojami optiniai metodai.
- Širdies ir kraujagyslių sistemos vaizdavimas – širdies ir kraujagyslių ligų aptikimo ir kiekybinio įvertinimo metodų kūrimas.
- Sudėtingos biologinės sistemos – naujų įrankių ir matematinių modelių kūrimas sudėtingoms biologinėms sistemoms suprasti.
- Makromolekulinis mazgas. Makromolekulių tyrimas, įskaitant daugiakomponentinių kompleksų ir molekulinių mašinų surinkimą.
- Imunocheminė diagnostika – naujų ligų identifikavimo technologijų, tokių kaip „laboratoriniai tyrimai“kūrimas.
- Neinvazinis optinis vaizdavimas – Realaus laiko diagnostikos metodų, skirtų audiniams ir organams įvertinti ir stebėti, kūrimas.
Pastarieji pasiekimai apima kelių didelės raiškos optinio vaizdo gavimo įrankių, skirtų mikroskopiniam ir makroskopiniam ląstelių ir organizmų pasauliams tyrinėti, sukūrimą.
Ląstelių biologija
Kita svarbi ir nuolat besivystanti mokslo sritis yra ląstelių biologija. Visos gyvos būtybės sudarytos iš struktūrinių ir funkcinių vienetų. Taigi, ląsteliųTrūkumas vaidina lemiamą vaidmenį sergant daugeliu ligų – nuo vėžio, kurį sukelia nenormalus ląstelių augimas, iki neurodegeneracinių sutrikimų, atsirandančių dėl nervinio audinio žūties. Yra šešios pagrindinės sritys, apimančios kelias biologines sistemas:
- Apoptozė. Kiekviename sveikame organizme ląstelės miršta per kruopščiai reguliuojamą užprogramuotą ląstelių mirties procesą, žinomą kaip apoptozė. Tai būdinga daugeliui biologinių sistemų, kurios yra labai svarbios neuromokslams, imunologijai, senėjimui ir vystymuisi bei patologijoms, tokioms kaip vėžys, autoimuninės ir degeneracinės ligos.
- Ląstelių ciklas – veikiančios mini struktūros toliau auga ir dalijasi kruopščiai kontroliuojamu būdu per visą mūsų gyvenimą. Molekuliniai ir ląsteliniai įvykiai, reguliuojantys šį ciklą, yra labai svarbūs daugeliui ligų, kurių metu sutrinka normalus augimo reguliavimas.
- Glikobiologija. Glikanai yra biologiškai svarbi angliavandenių klasė. Glikaną surišantys b altymai (lektinai) jungiasi prie specifinių struktūrinių glikanų ir atlieka svarbų vaidmenį ląstelių atpažinimo, judrumo ir grįžimo į specifinius audinius, signalizacijos, diferenciacijos, ląstelių adhezijos, mikrobų patogenezės ir imunologinio atpažinimo srityse.
- Mitochondrijos. Mitochondrijos, žinomos kaip „elektros namų“blokai, suteikia energijos ląstelėms, kurias turi naudoti, kad išgyventų, išvengiant ligų nuo diabeto iki Parkinsono ligos.
- Mobilumas – mikroskopinė nervinė ląstelė, kilusi iš smegenų ir pratęsianti savo procesus iki nugaros smegenų pagrindo, turi perkelti molekules dideliais atstumais, palyginti su savo dydžiu. Mokslininkai naudoja įvairius metodus ir metodus, kad ištirtų, kaip juda ląstelės ir jų vidinės molekulės bei organelės.
- B altymų transportavimas. B altymai gaminami branduolyje, o tada jie turi būti tinkamai laikomi, kad galėtų atlikti savo ląstelių vaidmenį. Taigi b altymų pernešimas yra pagrindinis visų ląstelių sistemų elementas, o jo disfunkcija yra susijusi su įvairiomis ligomis nuo cistinės fibrozės iki Alzheimerio ligos.
Ląstelinis gyvenimo pagrindas
Šiuolaikiniame biologijos amžiuje ląstelinis gyvybės pagrindas gali atrodyti akivaizdus, tačiau iki pirmųjų mikroskopų sukūrimo XIX amžiaus pradžioje tai galėjo būti tik spėlionių reikalas. Įprastos žmogaus ląstelės dydis yra maždaug penkis kartus mažesnis už viską, ką matome plika akimi. Todėl mūsų supratimo apie struktūrinių vienetų vidinį veikimą, įskaitant ląstelių patofiziologiją, pažanga eina koja kojon su šios mokslo srities technologijų pažanga, prieinama joms vaizduoti ir tirti.
Chromosomų biologija
Esant dabartiniam jauduliui genomikos srityje, nesunku pamiršti, kad genai yra tik trumpos DNR atkarpos ir daug didesnių struktūrų, vadinamų chromosomomis, dalis. Pastaruosius sudaro chromatinui sudėtingos DNR grandinės, apvyniotos aplink b altymus, vadinamus histonais, irDabar žinoma, kad jie atlieka vienodai svarbų vaidmenį nustatant, kaip organizmai vystosi, funkcionuoja ir išliks sveiki.
Epigenetika, pažodžiui „aukščiau nei genetika“, yra mokslas, tiriantis aplinkos pokyčius genome ne tik tuos, kurie gali įvykti mūsų DNR lygiu. Šie genų aktyvumo svyravimai apima juos supančių elementų, tokių kaip histono b altymai, modifikacijas arba transkripcijos elementų, kurie kontroliuoja genų ekspresiją, modifikacijas. Skirtingai nuo DNR pokyčių, epigenetiniai svyravimai dažniausiai yra specifiniai kartai.
Kitaip tariant, epigenetiniai pokyčiai paprastai nėra perduodami iš tėvų vaikui. Ši palyginti nauja tyrimų kryptis pakeitė mūsų supratimą apie normalų vystymąsi ir ligas, o dabar daro įtaką naujos kartos gydymo pažangai. Tiriamos įvairios sritys, įskaitant:
- Nutukimas. Jau seniai įtariama, kad epigenetiniai mūsų genomo pokyčiai turi įtakos sudėtingoms žmonių ligoms, tokioms kaip riebalų nusėdimas. Nauja mokslo kryptis tiria, kaip aplinkos veiksniai gali turėti įtakos ligos vystymuisi.
- Klinikiniai tyrimai ir vaistų kūrimas. Tiriamas epigenetinio vėžio gydymo vaidmuo gydant įvairius navikus, tikintis, kad jie gali nukreipti ir „perprogramuoti“nenormalias ląsteles, o ne sunaikinti vėžines ir normalias statybines medžiagas, kaip taikant standartinę chemoterapiją.
- Sveikatos priežiūra. Dieta ir cheminių medžiagų poveikis visuose vystymosi etapuose gali sukelti epigenetinius pokyčius, kurie gali įjungti arba išjungti tam tikrus genus. Mokslininkai tiria, kaip šie elementai neigiamai veikia plačiąją populiaciją.
- Elgesio mokslas. Epigenetiniai pokyčiai yra susiję su daugeliu ligų, įskaitant priklausomybę nuo narkotikų ir alkoholio. Supratimas, kaip aplinkos veiksniai keičia genomą, galėtų atskleisti naujus psichologinių sutrikimų gydymo būdus.
Kvantinė biologija
Fizikai apie tokius kvantinius efektus žinojo daugiau nei šimtą metų, kai dalelės nepaiso mūsų pojūčių, išnyksta iš vienos vietos ir vėl atsiranda kitoje arba būna dviejose vietose vienu metu. Tačiau šis poveikis nėra priskiriamas slaptiems laboratoriniams eksperimentams. Kadangi mokslininkai vis labiau įtaria, kad kvantinė mechanika gali būti taikoma ir biologiniams procesams.
Galbūt geriausias pavyzdys yra fotosintezė – nuostabiai efektyvi sistema, kurioje augalai (ir kai kurios bakterijos) sukuria jiems reikalingas molekules, naudodamiesi saulės spindulių energija. Pasirodo, šis procesas iš tikrųjų gali priklausyti nuo „superpozicijos“reiškinio, kai maži energijos paketai ištiria visus įmanomus kelius, o paskui apsisprendžia ties efektyviausiu. Taip pat gali būti, kad paukščių navigacija, DNR mutacijos (naudojant kvantinį tunelį) ir net mūsų uoslė priklauso nuo kvantinių efektų.
Nors tai labai spekuliatyvi ir prieštaringa sritis, tie, kuriepraktikai laukia dienos, kai tyrimų metu gauta informacija gali padėti sukurti naujus vaistus ir biomimetines sistemas (biometrija yra dar viena nauja mokslo sritis, kurioje biologinės sistemos ir struktūros naudojamos kuriant naujas medžiagas ir mašinas).
Socialiniai ir elgesio mokslai
Be molekulinio ir ląstelių lygmens, norint suprasti, gydyti ir užkirsti kelią ligoms, labai svarbu suprasti, kaip elgesio ir socialiniai veiksniai daro įtaką ligoms ir sveikatai. Tokių mokslų tyrimai yra didelė, daugialypė sritis, apimanti daugybę disciplinų ir požiūrių.
Profesinės analizės programos koncepcija sujungia biomedicinos, elgsenos ir socialinius mokslus, kad bendradarbiautų sprendžiant sudėtingas ir neatidėliotinas sveikatos problemas. Pagrindinis dėmesys skiriamas mokslo sričių plėtrai, kurios tyrinėja elgesio procesus, biopsichologines ir taikomąsias sritis šiais metodais:
- Ligos ar fizinės būklės įtakos elgesiui ir socialiniam funkcionavimui tyrimai.
- Elgesio veiksnių, susijusių su ligos pradžia ir eiga, nustatymas ir supratimas.
- Gydymo rezultatų tyrimas.
- Sveikatos stiprinimo ir ligų prevencijos tyrimai.
- Institucinio ir organizacinio poveikio sveikatai analizė.
Egzometeorologija
Egzometeorologams patinkaegzookeanografai ir egzogeologai domisi natūralių procesų, vykstančių kitose planetose, nei Žemė, studijomis. Dabar, kai astronomai gali atidžiau pažvelgti į netoliese esančių objektų vidinį veikimą, jie vis labiau gali sekti atmosferos ir oro modelius. Jupiteris ir Saturnas su savo neįtikėtinai didelėmis potencialo sistemomis yra pagrindiniai kandidatai studijoms.
Pavyzdžiui, Marse reguliariai kyla dulkių audros. Šia moksline ir technine kryptimi egzometeorologai tiria net planetas už mūsų Saulės sistemos ribų. Įdomu tai, kad jie ilgainiui gali aptikti nežemiškos gyvybės ženklų egzoplanetoje, atmosferoje aptikę organinius požymius arba padidėjusį anglies dioksido kiekį – galimus pramoninio amžiaus civilizacijos požymius.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, dar žinoma kaip maisto genomika, yra prioritetinė mokslo sritis. Tai sudėtingos maisto ir DNR atsako sąveikos tyrimas. Iš tiesų, maistas daro didžiulį poveikį žmonių sveikatai – ir jis prasideda tiesiogine prasme molekuliniame lygmenyje. Šioje srityje dirbantys mokslininkai stengiasi suprasti genetinės variacijos, mitybos atsako vaidmenį ir būdus, kuriais maistinės medžiagos veikia mūsų struktūras.
Nutrigenomika veikia abiem kryptimis – mūsų genai daro įtaką mūsų mitybos poreikiams ir atvirkščiai. Pagrindinis šios mokslinės veiklos srities tikslas yra individualizuotos mitybos kūrimas – palyginimas su kuoką valgome, turėdami savo unikalią genetinę konstituciją.
Kognityvinė ekonomika
Ekonomika paprastai nėra susijusi su giliomis žiniomis, tačiau tai gali pasikeisti, kai sritis integruojasi su tradicinėmis mokslinių tyrimų disciplinomis. Kognityvinė ekonomika yra apie tai, kaip mes galvojame, nepainioti su elgsenos ekonomika (mūsų veiklos būdo – tai, ką darome – tyrimas ekonominių sprendimų priėmimo kontekste). Lee Caldwellas, rašantis tinklaraščius apie vietovę, ją apibūdina taip:
"Kognityvinė ekonomika (arba finansai)… žiūri į tai, kas iš tikrųjų vyksta žmogaus galvoje, kai jis pasirenka tokį pasirinkimą. Kokia yra vidinė sprendimų priėmimo struktūra, kaip informacija patenka į sąmonę ir kaip ji apdorojama, ir tada, galiausiai, kaip visi šie procesai išreiškiami mūsų elgesyje?"
Kitu būdu kognityvinė ekonomika yra fizika, kurios elgsenos ekonomika yra inžinerija. Šiuo tikslu šioje srityje dirbantys mokslininkai analizę pradeda žemesniu lygiu ir formuoja pagrindinius žmogaus sprendimų priėmimo mikromodelius, kad sukurtų plataus masto ekonominio elgesio modelį. Kad padėtų jiems tai padaryti, pažinimo ekonomistai žvelgia į susijusias disciplinos ir skaičiavimo ekonomikos sritis, taip pat į pagrindines mokslinių ir technologinių tyrimų kryptis racionalumo ir sprendimų teorijos srityje.
