A modern tudományos irányzatok egy nagy és széles körű törekvés, amelyben világszerte több ezer laboratórium tanulmányozza saját, magasan specializálódott területét egy sokkal nagyobb egészből. Ez a tudományos örökség és a több évszázados technológiai fejlődés logikus metszéspontja, amely elősegíti a minket körülvevő világ megértését.
Különös figyelmet kell fordítani az egyre specifikusabb tudományágakra, a retina neurális számítástechnikától az űrplazmafizikáig. Milyen tudományos területek léteznek, és melyek a legrelevánsabbak?
Orvosbiológiai mérnöki és biofizika
Furcsának tűnhet, de az orvostudomány bizonyos problémáit csak a technológia segítségével lehet megoldani. Az orvosbiológiai tervezés olyan feltörekvő tudományág, amely olyan sokrétű területeket ölel fel, mint a fehérjefejlesztés, a mérési rendszerek, valamint az atomok és egész szervezetek nagy felbontású optikai képalkotása. Ezt a vágyata fizikai ismeretek integrálása az élettudományokkal – haladás az emberi egészségben.
Jelenlegi kutatási területek
Tartalmazza a következő kutatási területeket:
- Biofotonika - módszerek kidolgozása sejtek és szövetek fluoreszcenciával történő megjelenítésére. A biológiai molekulák tanulmányozására optikai módszereket használnak.
- Szív- és érrendszeri képalkotás – módszerek fejlesztése a szív- és érrendszeri betegségek kimutatására és számszerűsítésére.
- Komplex biológiai rendszerek – új eszközök és matematikai modellek fejlesztése az összetett biológiai rendszerek megértéséhez.
- Makromolekuláris összeállítás. A makromolekulák tanulmányozása, beleértve a többkomponensű komplexek és molekuláris gépek összeállítását.
- Immunkémiai diagnosztika – új technológiák létrehozása a betegségek azonosítására, mint például a "laboratóriumi vizsgálatok".
- Non-invazív optikai képalkotás – Valós idejű diagnosztikai módszerek fejlesztése a szövetek és szervek értékelésére és monitorozására.
A közelmúltban elért eredmények közé tartozik számos nagy felbontású optikai képalkotó eszköz kifejlesztése, amelyeket a sejtek és szervezetek mikroszkopikus és makroszkopikus világának felfedezésére terveztek.
Sejtbiológia
Egy másik fontos és folyamatosan fejlődő tudományos terület a sejtbiológia. Minden élőlény szerkezeti és funkcionális egységekből áll. Így sejtesA hiány számos betegségben kritikus szerepet játszik, a kóros sejtnövekedés okozta rákos megbetegedésektől kezdve az idegszövet halálából eredő neurodegeneratív rendellenességekig. Hat kulcsfontosságú terület van, amelyek több biológiai rendszert ölelnek fel:
- Apoptózis. Minden egészséges szervezetben a sejtek elpusztulnak a programozott sejthalál gondosan szabályozott folyamatán keresztül, amelyet apoptózisnak neveznek. Sok olyan biológiai rendszerre jellemző, amelyek alapvető fontosságúak az idegtudomány, az immunológia, az öregedés és a fejlődés, valamint a patológiák, például a rák, az autoimmun és a degeneratív betegségek szempontjából.
- A sejtciklus – A működő mini struktúrák gondosan ellenőrzött módon nőnek és osztódnak életünk során. Az ezt a ciklust szabályozó molekuláris és sejtes események kritikusak számos olyan betegség esetében, amelyekben a normál növekedési szabályozás megzavarodik.
- Glikobiológia. A glükánok a szénhidrátok biológiailag fontos osztálya. A glikánkötő fehérjék (lektinek) specifikus szerkezeti glikánokhoz kötődnek, és kritikus szerepet játszanak a sejtfelismerésben, a mozgékonyságban és a specifikus szövetekbe való visszatérésben, a jelátvitelben, a differenciálódásban, a sejtadhézióban, a mikrobiális patogenezisben és az immunológiai felismerésben.
- Mitokondrium. Az „erőmű” építőköveként ismert mitokondriumok biztosítják azokat az energiasejteket, amelyeket a túléléshez kell használniuk, elkerülve a betegségeket a cukorbetegségtől a Parkinson-kórig.
- Mobilitás – Egy mikroszkopikus méretű idegsejtnek, amely az agyból származik, és folyamatait a gerincvelő tövéig kiterjeszti, méretéhez képest hatalmas távolságokra kell mozgatnia a molekulákat. A tudósok különféle módszereket és megközelítéseket alkalmaznak a sejtek, belső molekuláik és organellumuk mozgásának tanulmányozására.
- Fehérjék szállítása. A fehérjék a sejtmagban keletkeznek, majd megfelelően el kell helyezni őket, hogy betöltsék sejtes szerepüket. Így a fehérjetranszport központi szerepet játszik minden sejtrendszerben, és működési zavara a cisztás fibrózistól az Alzheimer-kórig terjedő betegségekhez kapcsolódik.
Az élet sejtes alapja
Az élet sejtes alapja nyilvánvalónak tűnhet a modern biológia korában, de az első mikroszkópok kifejlesztéséig, a 19. század elején ez csak spekuláció kérdése lehetett. Egy tipikus emberi sejt mérete körülbelül ötször kisebb, mint bármi, amit szabad szemmel láthatunk. Ezért a szerkezeti egységek belső működésének – beleértve a sejtpatofiziológiát – megértésében tett előrelépések együtt járnak e tudományterületen a képalkotáshoz és tanulmányozásukhoz rendelkezésre álló technológiák fejlődésével.
A kromoszómák biológiája
A genomika területén tapasztalható jelenlegi izgalom mellett könnyű elfelejteni, hogy a gének csak rövid DNS-szakaszok és sokkal nagyobb struktúrák, az úgynevezett kromoszómák részei. Ez utóbbiak kromatinnal bonyolult DNS-szálakból állnak, amelyek a hisztonoknak nevezett fehérjék köré tekerednek, ésma már ismert, hogy ugyanolyan fontos szerepet játszanak az organizmusok fejlődésének, működésének és egészségének megőrzésében.
Az epigenetika, szó szerint "a genetika felett" az a tudomány, amely a DNS-ünk szintjén előforduló környezeti változásokon túlmenően vizsgálja a genomban bekövetkező környezeti változásokat. A génaktivitás ezen ingadozásai közé tartozik az őket körülvevő elemek, például a hisztonfehérjék módosítása, vagy a génexpressziót szabályozó transzkripciós elemek módosítása. A DNS-változásokkal ellentétben az epigenetikai fluktuációk általában generációspecifikusak.
Más szóval, az epigenetikai változások általában nem adódnak át szülőről gyermekre. Ez a viszonylag új kutatási irányvonal megváltoztatta a normális fejlődésről és a betegségekről alkotott felfogásunkat, és mára befolyásolja a kezelések következő generációjának előrehaladását. Számos területet tanulmányoznak, többek között:
- Elhízás. A genomunk epigenetikai változásairól régóta feltételezik, hogy szerepet játszanak olyan összetett emberi betegségekben, mint a zsírlerakódás. Új tudományos irányvonal azt vizsgálja, hogy a környezeti tényezők hogyan befolyásolhatják a betegség kialakulását.
- Klinikai vizsgálatok és gyógyszerfejlesztés. Feltárják az epigenetikus rákterápiák szerepét különböző daganatokban, abban a reményben, hogy képesek megcélozni és „újraprogramozni” a kóros sejteket, ahelyett, hogy elpusztítanák a rákos és a normál építőelemeket, mint a szokásos kemoterápia során.
- Egészségügy. Az étrend és a vegyszereknek való kitettség a fejlődés minden szakaszában olyan epigenetikai változásokat idézhet elő, amelyek bizonyos géneket be- vagy kikapcsolhatnak. A tudósok azt vizsgálják, hogy ezek az elemek hogyan hatnak negatívan a lakosságra.
- Magatartástudomány. Az epigenetikai változások számos betegséggel, köztük a kábítószer- és alkoholfüggőséggel járnak. Ha megértjük, hogy a környezeti tényezők hogyan változtatják meg a genomot, az új utakra deríthet fényt a pszichológiai rendellenességek kezelésében.
Kvantumbiológia
A fizikusok több mint száz éve ismerik az ilyen kvantumhatásokat, amikor a részecskék dacolnak az érzékszerveinkkel, egyik helyről eltűnnek, a másikon újra megjelennek, vagy egyszerre két helyen vannak. De ezek a hatások nem a titkos laboratóriumi kísérleteknek tulajdoníthatók. Mivel a tudósok egyre gyakrabban gyanítják, hogy a kvantummechanika biológiai folyamatokra is alkalmazható.
Talán a legjobb példa a fotoszintézis, egy csodálatosan hatékony rendszer, ahol a növények (és egyes baktériumok) a napfényből származó energia felhasználásával felépítik a szükséges molekulákat. Kiderült, hogy ez a folyamat valójában a „szuperpozíció” jelenségére támaszkodhat, ahol kis energiacsomagok minden lehetséges utat felderítenek, majd rátelepednek a leghatékonyabbra. Az is lehetséges, hogy a madárhajózás, a DNS-mutációk (kvantum-alagúttal), és még a szaglásunk is kvantumhatásokra támaszkodik.
Bár ez egy erősen spekulatív és vitatott terület, azok, akika szakemberek azt a napot várják, amikor a kutatásból nyert információk új gyógyszerekhez és biomimetikai rendszerekhez vezethetnek (a biometria egy másik feltörekvő tudományterület, ahol biológiai rendszereket és struktúrákat használnak új anyagok és gépek létrehozására).
Társadalom- és viselkedéstudományok
A molekuláris és sejtszinten túl a betegségek megértéséhez, kezeléséhez és megelőzéséhez elengedhetetlen annak megértése, hogy a viselkedési és társadalmi tényezők hogyan befolyásolják a betegségeket és az egészséget. Az ilyen tudományok kutatása nagy, sokrétű terület, amely tudományágak és megközelítések széles skáláját fedi le.
Az intraprofesszionális elemző program koncepciója egyesíti az orvosbiológiai, viselkedés- és társadalomtudományokat, hogy együtt dolgozzanak összetett és sürgető egészségügyi problémák megoldásán. A fókusz olyan tudományterületek fejlesztésén van, amelyek viselkedési folyamatokat, biopszichológiai és alkalmazott területeket tárnak fel az alábbi módszerekkel:
- A betegség vagy a fizikai állapot viselkedésre és társadalmi működésre gyakorolt hatásának kutatása.
- A betegség kialakulásával és lefolyásával kapcsolatos viselkedési tényezők azonosítása és megértése.
- A kezelési eredmények tanulmányozása.
- Egészségfejlesztési és betegségmegelőzési kutatás.
- Az egészségre gyakorolt intézményi és szervezeti hatások elemzése.
Exometeorológia
Az exometeorológusok szeretikAz exo-oceanográfusok és exogeológusok a Földön kívüli bolygókon zajló természetes folyamatok tanulmányozása iránt érdeklődnek. Most, hogy a csillagászok közelebbről megvizsgálhatják a közeli objektumok belső működését, egyre inkább nyomon tudják követni a légköri és időjárási mintákat. A Jupiter és a Szaturnusz hihetetlenül nagy potenciálrendszereikkel a legfontosabb jelöltek a tanulmányozásra.
Például a Marson rendszeresen előfordulnak porviharok. Ebben a tudományos és műszaki irányban az exometeorológusok még a Naprendszerünkön kívüli bolygókat is tanulmányoznak. És érdekes módon végül a földönkívüli élet jeleire bukkanhatnak egy exobolygón, ha szerves jeleket észlelnek a légkörben vagy megnövekedett szén-dioxid-szintet – ez az ipari kor civilizációjának lehetséges jele.
Nutrigenomika
A nutrigenomika, más néven élelmiszergenomika, a tudomány kiemelt területe. Ez egy tanulmány a táplálék és a DNS válasz közötti összetett kölcsönhatásról. Valójában az élelmiszer mélyreható hatással van az emberi egészségre – és szó szerint molekuláris szinten kezdődik. Az ezen a területen dolgozó tudósok arra törekednek, hogy megértsék a genetikai változatosság, az étrendi válasz szerepét, és azt, hogy a tápanyagok hogyan hatnak szerkezetünkre.
A nutrigenomika mindkét irányban működik – génjeink befolyásolják táplálkozási preferenciáinkat, és fordítva. Ennek a tudományos tevékenységnek a fő célja a személyre szabott táplálkozás megteremtése - annak összehasonlításaamit eszünk, saját egyedi genetikai felépítésünkkel.
Kognitív gazdaságtan
A közgazdaságtan általában nem a mély tudásról szól, de ez megváltozhat, ahogy a terület integrálódik a hagyományos kutatási tudományágakkal. Nem tévesztendő össze a viselkedési közgazdaságtannal (dolgaink cselekvési módjának tanulmányozása - amit csinálunk - a gazdasági döntéshozatal kontextusában), a kognitív közgazdaságtan arról szól, hogyan gondolkodunk. Lee Caldwell, aki blogot ír a területről, a következőképpen határozza meg:
"A kognitív közgazdaságtan (vagy pénzügy)… azt vizsgálja, hogy valójában mi játszódik le az ember fejében, amikor ezt a döntést meghozza. Mi a döntéshozatal belső szerkezete, hogyan jut el az információ a tudatba és hogyan kerül feldolgozásra, majd, végső soron hogyan fejeződnek ki ezek a folyamatok a viselkedésünkben?"
Más módon a kognitív közgazdaságtan fizika, amelynek viselkedési közgazdaságtana mérnöki. Ennek érdekében az ezen a területen dolgozó tudósok alacsonyabb szinten kezdik elemzésüket, és kialakítják az emberi döntéshozatal mögöttes mikromintázatait, hogy kidolgozzák a nagy léptékű gazdasági magatartás modelljét. Ennek elősegítése érdekében a kognitív közgazdászok áttekintik a tudományág és a számítási közgazdaságtan kapcsolódó területeit, valamint a racionalitás- és döntéselmélet tudományos és technológiai kutatásainak főbb irányvonalait.
