Kaasaegsed teaduslikud suundumused on suur ja laiaulatuslik ettevõtmine, mille käigus tuhanded laborid üle maailma uurivad oma kõrgelt spetsialiseerunud valdkonda palju suuremast tervikust. See on teadusliku pärandi ja sajanditepikkuste tehnoloogiliste edusammude loogiline ristumiskoht meid ümbritseva maailma mõistmiseks.
Erilist tähelepanu tuleb pöörata järjest spetsiifilisematele teadusharudele, alates võrkkesta neuraalsest andmetöötlusest kuni kosmoseplasma füüsikani. Millised teadusvaldkonnad on olemas ja millised on kõige asjakohasemad?
Biomeditsiinitehnika ja biofüüsika
See võib tunduda kummaline, kuid mõningaid probleeme meditsiinis saab lahendada vaid tehnoloogia abil. Biomeditsiinitehnika on arenev distsipliin, mis hõlmab nii erinevaid valdkondi nagu valgutehnoloogia, mõõtmissüsteemid ning aatomite ja tervete organismide kõrge eraldusvõimega optiline pildistamine. See soovfüüsiliste teadmiste integreerimine bioteadustega – progress inimeste tervises.
Praegused uurimisvaldkonnad
Hõlmab selliseid uurimisvaldkondi nagu:
- Biofotoonika – meetodite väljatöötamine rakkude ja kudede visualiseerimiseks fluorestsentsiga. Bioloogiliste molekulide uurimiseks kasutatakse optilisi meetodeid.
- Südame-veresoonkonna kuvamine – meetodite väljatöötamine südame-veresoonkonna haiguste tuvastamiseks ja kvantifitseerimiseks.
- Keerulised bioloogilised süsteemid – uute tööriistade ja matemaatiliste mudelite väljatöötamine keerukate bioloogiliste süsteemide mõistmiseks.
- Makromolekulaarne koost. Makromolekulide uurimine, sealhulgas mitmekomponentsete komplekside ja molekulaarmasinate kokkupanek.
- Immunokeemiline diagnostika – uute tehnoloogiate loomine haiguste tuvastamiseks, näiteks "laboriuuringud".
- Mitteinvasiivne optiline pildistamine – kudede ja elundite hindamiseks ja jälgimiseks reaalajas diagnostikameetodite väljatöötamine.
Viimaste edusammude hulka kuulub mitmete kõrge eraldusvõimega optiliste kujutiste tööriistade väljatöötamine, mis on loodud rakkude ja organismide mikroskoopilise ja makroskoopilise maailma uurimiseks.
Rakubioloogia
Teine oluline ja pidev alt arenev teadusvaldkond on rakubioloogia. Kõik elusolendid koosnevad struktuuri- ja funktsionaalsetest üksustest. Seega rakulinePuudus mängib kriitilist rolli paljudes haigustes, alates ebanormaalsest rakkude kasvust põhjustatud vähist kuni närvikoe surmast tulenevate neurodegeneratiivsete häireteni. Seal on kuus võtmevaldkonda, mis hõlmavad mitut bioloogilist süsteemi:
- Apoptoos. Igas terves organismis surevad rakud läbi hoolik alt reguleeritud programmeeritud rakusurma protsessi, mida nimetatakse apoptoosiks. See on omane paljudele bioloogilistele süsteemidele, mis on neuroteaduse, immunoloogia, vananemise ja arengu ning selliste patoloogiate jaoks nagu vähk, autoimmuunsed ja degeneratiivsed haigused põhilised.
- Rakutsükkel – toimivad ministruktuurid kasvavad ja jagunevad hoolik alt kontrollitud viisil kogu meie elu jooksul. Seda tsüklit reguleerivad molekulaarsed ja rakulised sündmused on kriitilise tähtsusega paljude haiguste puhul, mille puhul normaalne kasvuregulatsioon on häiritud.
- Glükobioloogia. Glükaanid on bioloogiliselt oluline süsivesikute klass. Glükaani siduvad valgud (lektiinid) seonduvad spetsiifiliste struktuursete glükaanidega ja mängivad olulist rolli rakkude äratundmises, liikuvuses ja spetsiifilistesse kudedesse naasmises, signaalimises, diferentseerumises, rakkude adhesioonis, mikroobide patogeneesis ja immunoloogilises äratundmises.
- Mitokondrid. Mitokondrid, mida tuntakse "jõujaama" ehitusplokkidena, pakuvad energiarakke, mida peavad ellujäämiseks kasutama, vältides haigusi alates diabeedist kuni Parkinsoni tõveni.
- Mobility – mikroskoopiline närvirakk, mis pärineb ajust ja ulatub oma protsessid seljaaju põhjani, peab liikuma molekule oma suurusega võrreldes suurte vahemaade taha. Teadlased kasutavad erinevaid meetodeid ja lähenemisviise, et uurida, kuidas rakud ja nende sisemolekulid ja organellid liiguvad.
- Valkude transport. Valgud toodetakse tuumas ja seejärel peavad need olema korralikult paigutatud, et täita oma rakulisi rolle. Seega on valkude transport kõigis rakusüsteemides kesksel kohal ja selle talitlushäireid seostatakse haigustega alates tsüstilise fibroosist kuni Alzheimeri tõveni.
Elu rakuline alus
Elu rakuline alus võib kaasaegsel bioloogiaajastul tunduda ilmne, kuid kuni esimeste mikroskoopide väljatöötamiseni üheksateistkümnenda sajandi alguses võis see olla vaid oletuse küsimus. Tavalise inimraku suurus on umbes viis korda väiksem kui kõik, mida me palja silmaga näeme. Seetõttu käivad edusammud meie arusaamises struktuuriüksuste, sealhulgas raku patofüsioloogiast, käsikäes selle teadusvaldkonna tehnoloogiate arenguga, mis on saadaval nende pildistamiseks ja uurimiseks.
Kromosoomide bioloogia
Praeguse genoomika valdkonna põnevuse juures on lihtne unustada, et geenid on vaid lühikesed DNA lõigud ja osa palju suurematest struktuuridest, mida nimetatakse kromosoomideks. Viimased koosnevad kromatiiniga keerulistest DNA ahelatest, mis on mähitud ümber valkude, mida nimetatakse histoonideks, jaPraegu on teada, et neil on sama oluline roll organismide arengu, toimimise ja tervena püsimise määramisel.
Epigeneetika, sõna otseses mõttes "geneetikast kõrgemal", on teadus, mis uurib keskkonnamuutusi genoomis peale nende, mis võivad toimuda meie DNA tasemel. Need geeniaktiivsuse kõikumised hõlmavad neid ümbritsevate elementide, näiteks histooni valkude modifikatsioone või geeniekspressiooni kontrollivate transkriptsioonielementide modifikatsioone. Erinev alt DNA muutustest on epigeneetilised kõikumised tavaliselt põlvkonnaspetsiifilised.
Teisisõnu, epigeneetilisi muutusi tavaliselt vanem alt lapsele edasi ei anta. See suhteliselt uus uurimissuund on muutnud meie arusaama nii normaalsest arengust kui ka haigustest ning mõjutab nüüd järgmise põlvkonna ravimeetodite edenemist. Uuritakse mitmesuguseid valdkondi, sealhulgas:
- Rasvumine. Meie genoomi epigeneetilisi muutusi on pikka aega kahtlustatud, et nad mängivad rolli keerulistes inimeste haigustes, nagu rasvade ladestumine. Uus teadussuund uurib, kuidas keskkonnategurid võivad haiguse arengut mõjutada.
- Kliinilised uuringud ja ravimite väljatöötamine. Uuritakse epigeneetiliste vähiteraapiate rolli mitmesuguste kasvajate puhul, lootuses, et need võivad sihtida ja "ümber programmeerida" ebanormaalseid rakke, mitte tappa nii vähkkasvajaid kui ka normaalseid ehitusplokke, nagu tavalises keemiaravis.
- Tervishoid. Dieet ja kokkupuude kemikaalidega kõigil arenguetappidel võivad põhjustada epigeneetilisi muutusi, mis võivad teatud geenid sisse või välja lülitada. Teadlased uurivad, kuidas need elemendid üldist elanikkonda negatiivselt mõjutavad.
- Käitumisteadus. Epigeneetilisi muutusi seostatakse paljude haigustega, sealhulgas narko- ja alkoholisõltuvusega. Arusaamine, kuidas keskkonnategurid genoomi muudavad, võib tuua valgust uutele võimalustele psühholoogiliste häirete ravis.
Kvantbioloogia
Füüsikud on sellistest kvantefektidest teadnud rohkem kui sada aastat, mil osakesed trotsivad meie meeli, kaovad ühest kohast ja ilmuvad uuesti teise või viibivad kahes kohas korraga. Kuid need mõjud ei ole tingitud salajasetest laborikatsetest. Kuna teadlased kahtlustavad üha enam, et kvantmehaanika võib kehtida ka bioloogiliste protsesside puhul.
Võib-olla parim näide on fotosüntees, imeliselt tõhus süsteem, kus taimed (ja mõned bakterid) loovad päikesevalguse energia abil vajalikke molekule. Selgub, et see protsess võib tegelikult tugineda "superpositsiooni" nähtusele, kus väikesed energiapaketid uurivad kõiki võimalikke teid ja asuvad seejärel kõige tõhusamal. Samuti on võimalik, et lindude navigeerimine, DNA mutatsioonid (kvanttunneli abil) ja isegi meie haistmismeel sõltuvad kvantefektidest.
Kuigi see on väga spekulatiivne ja vastuoluline valdkond, on need, kespraktikud ootavad päeva, mil teadusuuringutest saadud teave võib viia uute ravimite ja biomimeetiliste süsteemide loomiseni (biomeetria on teine arenev teadusvaldkond, kus bioloogilisi süsteeme ja struktuure kasutatakse uute materjalide ja masinate loomiseks).
Sotsiaal- ja käitumisteadused
Lisaks molekulaarsele ja rakulisele tasemele on haiguste mõistmiseks, ravimiseks ja ennetamiseks eluliselt oluline mõista, kuidas käitumuslikud ja sotsiaalsed tegurid mõjutavad haigusi ja tervist. Selliste teaduste uurimine on suur ja mitmetahuline valdkond, mis hõlmab paljusid teadusharusid ja lähenemisviise.
Professionaalse analüüsi programmi kontseptsioon ühendab biomeditsiini-, käitumis- ja sotsia alteadused, et teha koostööd keeruliste ja kiireloomuliste terviseprobleemide lahendamisel. Keskendutakse selliste teadusvaldkondade arendamisele, mis uurivad käitumisprotsesse, biopsühholoogilisi ja rakendusvaldkondi järgmiste meetodite abil:
- Uuringud haiguse või füüsilise seisundi mõju kohta käitumisele ja sotsiaalsele toimimisele.
- Haiguse alguse ja kuluga seotud käitumuslike tegurite tuvastamine ja mõistmine.
- Ravitulemuste uuring.
- Tervise edendamise ja haiguste ennetamise uuringud.
- Tervise institutsionaalse ja organisatsioonilise mõju analüüs.
Eksometeoroloogia
Eksometeoroloogidele meeldibEksookeanograafid ja eksogeoloogid on huvitatud muudel planeetidel peale Maa toimuvate looduslike protsesside uurimisest. Nüüd, kui astronoomid saavad lähedalasuvate objektide sisemist tööd lähem alt uurida, suudavad nad üha enam jälgida atmosfääri- ja ilmamustreid. Jupiter ja Saturn oma uskumatult suure potentsiaaliga süsteemidega on peamised kandidaadid uurimiseks.
Näiteks Marsil esineb regulaarselt tolmutorme. Selles teaduslikus ja tehnilises suunas uurivad eksometeoroloogid isegi planeete väljaspool meie päikesesüsteemi. Ja huvitaval kombel võivad nad lõpuks leida märke maavälisest elust eksoplaneedil, tuvastades atmosfääris orgaanilisi tunnuseid või kõrgenenud süsinikdioksiidi taset – võimalikud märgid tööstusajastu tsivilisatsioonist.
Nutrigenoomika
Nutrigenoomika, tuntud ka kui toidugenoomika, on prioriteetne teadusvaldkond. See on uuring toidu ja DNA vastuse keerulisest koosmõjust. Tõepoolest, toidul on inimeste tervisele sügav mõju – ja see algab sõna otseses mõttes molekulaarselt tasandilt. Selles valdkonnas töötavad teadlased püüavad mõista geneetilise variatsiooni rolli, toitumisreaktsiooni ja viise, kuidas toitained mõjutavad meie struktuure.
Nutrigenoomika toimib mõlemal viisil – meie geenid mõjutavad meie toitumiseelistusi ja vastupidi. Selle teadustegevuse valdkonna põhieesmärk on isikupärastatud toitumise loomine – mille võrdleminemida me sööme, oma ainulaadse geneetilise konstitutsiooniga.
Kognitiivmajandus
Majandusteadus ei seisne tavaliselt sügavates teadmistes, kuid see võib muutuda, kui valdkond integreerub traditsiooniliste teadusdistsipliinidega. Mitte segi ajada käitumusliku ökonoomikaga (meie asjade ajamise – mida me teeme – uurimine majandusotsuste tegemise kontekstis), on kognitiivne ökonoomika meie mõtlemise kohta. Lee Caldwell, kes peab selle piirkonna kohta ajaveebi, määratleb selle järgmiselt:
"Kognitiivne ökonoomika (või rahandus) … vaatleb, mis tegelikult inimese meeles toimub selle valiku tegemisel. Milline on otsuste tegemise sisemine struktuur, kuidas teave teadvusesse jõuab ja kuidas seda töödeldakse, ja siis, kuidas kõik need protsessid meie käitumises väljenduvad?"
Teises mõttes on kognitiivne ökonoomika füüsika, mille käitumisökonoomika on inseneriteadus. Sel eesmärgil alustavad selles valdkonnas töötavad teadlased oma analüüsi madalamal tasemel ja kujundavad inimeste otsuste tegemise aluseks olevad mikromustrid, et töötada välja laiaulatusliku majanduskäitumise mudel. Et aidata neil seda teha, vaatlevad kognitiivökonomistid distsipliini ja arvutusökonoomika seotud valdkondi, samuti ratsionaalsuse ja otsustusteooria teaduslike ja tehnoloogiliste uuringute põhisuundi.
