Съвременните научни тенденции са голямо и широко начинание, в което хиляди лаборатории по света изучават собствена високоспециализирана област от много по-голямо цяло. Това е логична пресечна точка на научното наследство и векове на технологичен напредък, за да се подобри разбирането на света около нас.
Трябва да се обърне специално внимание на все по-специфични дисциплини, от невронните изчисления на ретината до физиката на космическата плазма. Какви научни области съществуват и кои са най-подходящите?
Биомедицинско инженерство и биофизика
Може да изглежда странно, но някои проблеми в медицината могат да бъдат решени само с помощта на технологиите. Биомедицинското инженерство е нововъзникваща дисциплина, обхващаща различни области като протеиново инженерство, измервателни системи и оптично изобразяване с висока разделителна способност на атоми и цели организми. Това желание заинтеграция на физическото знание с науките за живота - напредък в човешкото здраве.
Текущи области на изследване
Включва области на изследване като:
- Биофотоника - разработване на методи за визуализация на клетки и тъкани с флуоресценция. Оптичните методи се използват за изследване на биологични молекули.
- Сърдечно-съдова образна диагностика - разработване на методи за откриване и количествено определяне на сърдечно-съдови заболявания.
- Сложни биологични системи - разработване на нови инструменти и математически модели за разбиране на сложни биологични системи.
- Макромолекулен монтаж. Изучаването на макромолекулите, включително сглобяването на многокомпонентни комплекси и молекулярни машини.
- Имунохимична диагностика - създаване на нови технологии за идентифициране на заболявания, като "лабораторни изследвания".
- Неинвазивно оптично изображение - Разработване на диагностични методи в реално време за оценка и наблюдение на тъкани и органи.
Последните постижения включват разработването на няколко инструмента за оптични изображения с висока разделителна способност, предназначени да изследват микроскопичните и макроскопичните светове на клетките и организмите.
Клетъчна биология
Друга важна и постоянно развиваща се научна област е клетъчната биология. Всички живи същества са изградени от структурни и функционални единици. По този начин клетъчнаДефицитът играе критична роля при много заболявания, от рак, причинен от анормален клетъчен растеж до невродегенеративни разстройства, които са резултат от смъртта на нервната тъкан. Има шест ключови области, обхващащи множество биологични системи:
- Апоптоза. Във всеки здрав организъм клетките умират чрез внимателно регулиран процес на програмирана клетъчна смърт, известен като апоптоза. Той е общ за много биологични системи, които са фундаментални за невронауката, имунологията, стареенето и развитието и патологии като рак, автоимунни и дегенеративни заболявания.
- Клетъчният цикъл - Функциониращите мини структури продължават да растат и да се разделят по внимателно контролиран начин през целия ни живот. Молекулните и клетъчните събития, които регулират този цикъл, са от решаващо значение за много заболявания, при които нормалната регулация на растежа е нарушена.
- Гликобиология. Гликаните са биологично важен клас въглехидрати. Гликан-свързващите протеини (лектини) се свързват със специфични структурни гликани и играят критична роля в клетъчното разпознаване, подвижността и връщането към специфични тъкани, сигнализиране, диференциация, клетъчна адхезия, микробна патогенеза и имунологично разпознаване.
- Митохондрии. Известни като градивните елементи на "електрическата къща", митохондриите осигуряват енергийните клетки, които трябва да използват, за да оцелеят, като избягват болести от диабет до болест на Паркинсон.
- Мобилност - Микроскопична нервна клетка, която произхожда от мозъка и разширява процесите си до основата на гръбначния мозък, трябва да премества молекули на огромни разстояния в сравнение с нейния размер. Учените използват различни методи и подходи, за да проучат как клетките и техните вътрешни молекули и органели се движат.
- Транспортиране на протеини. Протеините се произвеждат в ядрото и след това те трябва да бъдат правилно настанени, за да изпълняват своите клетъчни роли. По този начин протеиновият транспорт е централен за всички клетъчни системи и неговата дисфункция е свързана със заболявания, вариращи от кистозна фиброза до болестта на Алцхаймер.
Клетъчната основа на живота
Клетъчната основа на живота може да изглежда очевидна в съвременната епоха на биологията, но до разработването на първите микроскопи в началото на деветнадесети век това може да бъде само въпрос на спекулации. Размерът на типичната човешка клетка е около пет пъти по-малък от всичко, което можем да видим с просто око. Следователно напредъкът в нашето разбиране за вътрешната работа на структурните единици, включително клетъчната патофизиология, върви ръка за ръка с напредъка в технологиите в тази научна област, достъпни за изобразяването и изучаването им.
Биология на хромозомите
С настоящото вълнение около областта на геномиката е лесно да се забрави, че гените са просто кратки участъци от ДНК и част от много по-големи структури, наречени хромозоми. Последните са съставени от сложни хроматинови нишки от ДНК, увити около протеини, наречени хистони, исега е известно, че играят еднакво важна роля при определянето на това как организмите се развиват, функционират и остават здрави.
Епигенетиката, буквално "над генетиката", е науката, която изучава промените в околната среда в генома извън тези, които могат да възникнат на нивото на нашата ДНК. Тези флуктуации в генната активност включват модификации на заобикалящите ги елементи, като хистонови протеини, или модификации на транскрипционните елементи, които контролират генната експресия. За разлика от промените в ДНК, епигенетичните флуктуации обикновено са специфични за поколението.
С други думи, епигенетичните промени обикновено не се предават от родител на дете. Тази сравнително нова линия на изследвания промени разбирането ни както за нормалното развитие, така и за болестта и сега оказва влияние върху напредъка на следващото поколение лечения. Проучват се различни области, включително:
- Затлъстяване. Отдавна се подозира, че епигенетичните промени в нашия геном играят роля в сложни човешки заболявания като отлагане на мазнини. Нова научна насока изследва как факторите на околната среда могат да повлияят на развитието на болестта.
- Клинични изпитвания и разработка на лекарства. Ролята на епигенетичните терапии за рак при различни тумори се проучва с надеждата, че те могат да се насочат и „препрограмират“анормални клетки, вместо да убиват както раковите, така и нормалните градивни елементи, както при стандартната химиотерапия.
- Здравеопазване. Диетата и излагането на химикали на всички етапи на развитие могат да причинят епигенетични промени, които могат да включат или изключат определени гени. Учените изследват как тези елементи влияят негативно на общото население.
- Наука за поведението. Епигенетичните промени са свързани с много заболявания, включително пристрастяване към наркотици и алкохол. Разбирането как факторите на околната среда променят генома може да хвърли светлина върху нови пътища за лечение на психологически разстройства.
Квантова биология
Физиците знаят за подобни квантови ефекти от повече от сто години, когато частиците се противопоставят на сетивата ни, изчезват от едно място и се появяват отново на друго или се намират на две места едновременно. Но тези ефекти не се приписват на тайни лабораторни експерименти. Тъй като учените все повече подозират, че квантовата механика може да се прилага и за биологични процеси.
Може би най-добрият пример е фотосинтезата, чудесно ефективна система, при която растенията (и някои бактерии) изграждат молекулите, от които се нуждаят, използвайки енергия от слънчевата светлина. Оказва се, че този процес всъщност може да разчита на феномена „суперпозиция“, при който малки пакети енергия изследват всички възможни пътища и след това се спират на най-ефективния. Възможно е също навигацията по птиците, мутациите на ДНК (чрез квантово тунелиране) и дори нашето обоняние да разчитат на квантови ефекти.
Въпреки че това е силно спекулативна и противоречива област, тези, коитоПрактиците чакат деня, когато информацията, получена от изследванията, може да доведе до нови лекарства и биомиметични системи (биометрията е друга нововъзникваща област на науката, където биологичните системи и структури се използват за създаване на нови материали и машини).
Социални и поведенчески науки
Отвъд молекулярното и клетъчното ниво, разбирането как поведенческите и социалните фактори влияят на болестите и здравето е жизненоважно за разбирането, лечението и предотвратяването на болести. Изследванията в такива науки са обширна многостранна област, обхващаща широк спектър от дисциплини и подходи.
Концепцията за програма за вътрешнопрофесионален анализ обединява биомедицинските, поведенческите и социалните науки, за да работят заедно за решаване на сложни и неотложни здравни проблеми. Фокусът е върху развитието на научни области, които изследват поведенчески процеси, биопсихологични и приложни области чрез следните методи:
- Изследване на влиянието на болестта или физическото състояние върху поведението и социалното функциониране.
- Идентифициране и разбиране на поведенческите фактори, свързани с началото и хода на заболяването.
- Проучване на резултатите от лечението.
- Изследвания за насърчаване на здравето и превенция на заболявания.
- Анализ на институционалните и организационни въздействия върху здравето.
Екзометеорология
Екзометеоролозите харесватекзо-океанографи и екзогеолози се интересуват от изучаване на естествените процеси, които се случват на планети, различни от Земята. Сега, когато астрономите могат да разгледат по-отблизо вътрешната работа на близките обекти, те са все по-способни да проследяват атмосферните и метеорологичните модели. Юпитер и Сатурн, с техните невероятно големи потенциални системи, са основни кандидати за изследване.
Например, прашни бури редовно се случват на Марс. В това научно-техническо направление екзометеоролозите изучават дори планети извън нашата Слънчева система. И интересно е, че в крайна сметка те могат да открият признаци на извънземен живот на екзопланета чрез откриване на органични сигнатури в атмосферата или повишени нива на въглероден диоксид – възможни признаци на цивилизация на индустриалната епоха.
Нутригеномика
Нутригеномиката, известна още като хранителна геномика, е приоритетна област на науката. Това е изследване на сложното взаимодействие между храната и реакцията на ДНК. Наистина храната има дълбок ефект върху човешкото здраве – и започва буквално на молекулярно ниво. Учените, работещи в тази област, се стремят да разберат ролята на генетичните вариации, хранителния отговор и начините, по които хранителните вещества влияят на нашите структури.
Нутригеномиката работи и в двете посоки - нашите гени влияят на нашите хранителни предпочитания и обратно. Основната цел на тази област на научна дейност е създаването на персонализирано хранене - сравнение на каквотова, което ядем, с нашите собствени уникални генетични конституции.
Когнитивна икономика
Икономиката обикновено не е свързана с дълбоки познания, но това може да се промени, тъй като областта се интегрира с традиционните изследователски дисциплини. Да не се бърка с поведенческата икономика (изучаването на нашия начин да правим нещата - това, което правим - в контекста на вземане на икономически решения), когнитивната икономика е за това как мислим. Лий Колдуел, който води блогове за района, го дефинира по следния начин:
"Когнитивната икономика (или финансите) … разглежда какво всъщност се случва в ума на човек, когато направи този избор. Каква е вътрешната структура на вземането на решения, как информацията влиза в съзнанието и как се обработва, и след това, в крайна сметка, как всички тези процеси се изразяват в нашето поведение?"
По друг начин, когнитивната икономика е физика, чиято поведенческа икономика е инженерство. За тази цел учените, работещи в тази област, започват своя анализ на по-ниско ниво и формират основните микромодели на човешкото вземане на решения, за да разработят модел на широкомащабно икономическо поведение. За да им помогнат да направят това, когнитивните икономисти разглеждат свързаните области на дисциплината и изчислителната икономика, както и основните направления на научните и технологични изследвания в областта на рационалността и теорията на решенията.
