Tendencat moderne shkencore janë një përpjekje e madhe dhe e gjerë, në të cilën mijëra laboratorë në mbarë botën po studiojnë fushën e tyre shumë të specializuar nga një tërësi shumë më e madhe. Është një kryqëzim logjik i trashëgimisë shkencore dhe shekujve të përparimeve teknologjike për të avancuar të kuptuarit e botës përreth nesh.
Vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet disiplinave gjithnjë e më specifike, nga llogaritja nervore e retinës deri te fizika e plazmës hapësinore. Cilat fusha shkencore ekzistojnë dhe cilat janë më të rëndësishmet?
Inxhinieri Biomjekësore dhe Biofizikë
Mund të duket e çuditshme, por disa probleme në mjekësi mund të zgjidhen vetëm me ndihmën e teknologjisë. Inxhinieria biomjekësore është një disiplinë në zhvillim që përfshin fusha të ndryshme si inxhinieria e proteinave, sistemet e matjes dhe imazhet optike me rezolucion të lartë të atomeve dhe organizmave të tërë. Kjo dëshirë përintegrimi i njohurive fizike me shkencat e jetës - përparim në shëndetin e njeriut.
Fushat aktuale të kërkimit
Përfshin fusha të kërkimit si:
- Biofotonika - zhvillimi i metodave për vizualizimin e qelizave dhe indeve me fluoreshencë. Metodat optike përdoren për të studiuar molekulat biologjike.
- Imazhe kardiovaskulare - zhvillimi i metodave për zbulimin dhe përcaktimin sasior të sëmundjeve kardiovaskulare.
- Sisteme komplekse biologjike - zhvillimi i mjeteve të reja dhe modeleve matematikore për të kuptuar sistemet komplekse biologjike.
- Mbledhja makromolekulare. Studimi i makromolekulave, duke përfshirë montimin e komplekseve shumëkomponente dhe makinave molekulare.
- Diagnostika imunokimike - krijimi i teknologjive të reja për identifikimin e sëmundjeve, si "studimet laboratorike".
- Imazhe optike jo-invazive - Zhvillimi i metodave diagnostikuese në kohë reale për vlerësimin dhe monitorimin e indeve dhe organeve.
Përparimet e fundit përfshijnë zhvillimin e disa mjeteve të imazhit optik me rezolucion të lartë të krijuar për të eksploruar botën mikroskopike dhe makroskopike të qelizave dhe organizmave.
Biologjia qelizore
Një fushë tjetër shkencore e rëndësishme dhe vazhdimisht në zhvillim është biologjia qelizore. Të gjitha qeniet e gjalla përbëhen nga njësi strukturore dhe funksionale. Kështu, qelizoreMungesa luan një rol kritik në shumë sëmundje, nga kanceri i shkaktuar nga rritja jonormale e qelizave deri te çrregullimet neurodegjenerative që vijnë nga vdekja e indeve nervore. Ekzistojnë gjashtë fusha kyçe që përfshijnë sisteme të shumta biologjike:
- Apoptozë. Në çdo organizëm të shëndetshëm, qelizat vdesin përmes një procesi të rregulluar me kujdes të vdekjes së programuar të qelizave të njohur si apoptozë. Është e zakonshme për shumë sisteme biologjike që janë thelbësore për neuroshkencën, imunologjinë, plakjen dhe zhvillimin, dhe patologjitë si kanceri, sëmundjet autoimune dhe degjenerative.
- Cikli i qelizave - Mini strukturat funksionale vazhdojnë të rriten dhe ndahen në një mënyrë të kontrolluar me kujdes gjatë gjithë jetës sonë. Ngjarjet molekulare dhe qelizore që rregullojnë këtë cikël janë kritike për shumë sëmundje në të cilat rregullimi normal i rritjes prishet.
- Glikobiologji. Glikanët janë një klasë e rëndësishme biologjikisht e karbohidrateve. Proteinat që lidhen me glikanin (lektinat) lidhen me glikanet strukturore specifike dhe luajnë një rol kritik në njohjen e qelizave, lëvizshmërinë dhe kthimin në inde specifike, sinjalizimin, diferencimin, ngjitjen e qelizave, patogjenezën mikrobike dhe njohjen imunologjike.
- Mitokondri. Të njohura si blloqet e ndërtimit të "shtëpisë së energjisë", mitokondritë sigurojnë energjinë që duhet të përdorin qelizat për të mbijetuar, duke shmangur sëmundjet nga diabeti deri te Parkinson.
- Lëvizshmëria - Një qelizë nervore mikroskopike që ka origjinën në tru dhe i shtrin proceset e saj në bazën e palcës kurrizore duhet të lëvizë molekulat në distanca të mëdha në krahasim me madhësinë e saj. Shkencëtarët përdorin një sërë metodash dhe qasjesh për të studiuar se si lëvizin qelizat dhe molekulat e tyre të brendshme dhe organelet.
- Transporti i proteinave. Proteinat prodhohen në bërthamë dhe më pas ato duhet të vendosen siç duhet në mënyrë që të përmbushin rolet e tyre qelizore. Kështu, transporti i proteinave është qendror për të gjitha sistemet qelizore dhe mosfunksionimi i tij shoqërohet me sëmundje që variojnë nga fibroza cistike deri te sëmundja e Alzheimerit.
Baza qelizore e jetës
Baza qelizore e jetës mund të duket e qartë në epokën moderne të biologjisë, por deri në zhvillimin e mikroskopëve të parë në fillim të shekullit të nëntëmbëdhjetë, kjo mund të ishte vetëm një çështje spekulimi. Madhësia e një qelize tipike njerëzore është rreth pesë herë më e vogël se çdo gjë që mund të shohim me sy të lirë. Prandaj, përparimi në të kuptuarit tonë të funksioneve të brendshme të njësive strukturore, duke përfshirë patofiziologjinë qelizore, shkon paralelisht me përparimet në teknologjitë e kësaj fushe shkencore, të disponueshme për imazhe dhe studimin e tyre.
Biologjia e kromozomeve
Me eksitimin aktual rreth fushës së gjenomikës, është e lehtë të harrohet se gjenet janë vetëm shtrirje të shkurtra të ADN-së dhe pjesë e strukturave shumë më të mëdha të quajtura kromozome. Këto të fundit përbëhen nga fije ADN-je të ndërlikuara me kromatinë të mbështjellë rreth proteinave të quajtura histone, dhetani dihet se luajnë një rol po aq të rëndësishëm në përcaktimin sesi organizmat zhvillohen, funksionojnë dhe qëndrojnë të shëndetshëm.
Epigjenetika, fjalë për fjalë "mbi gjenetikën", është shkenca që studion ndryshimet mjedisore në gjenom përtej atyre që mund të ndodhin në nivelin e ADN-së sonë. Këto luhatje në aktivitetin e gjeneve përfshijnë modifikime të elementeve që i rrethojnë, të tilla si proteinat e histonit, ose modifikime të elementeve transkriptuese që kontrollojnë shprehjen e gjeneve. Ndryshe nga ndryshimet e ADN-së, luhatjet epigjenetike zakonisht janë specifike të gjeneratës.
Me fjalë të tjera, ndryshimet epigjenetike zakonisht nuk kalohen nga prindi tek fëmija. Kjo linjë relativisht e re e kërkimit ka ndryshuar të kuptuarit tonë si për zhvillimin normal ashtu edhe për sëmundjen, dhe tani po ndikon në përparimin e gjeneratës së ardhshme të trajtimeve. Një sërë fushash janë duke u studiuar, duke përfshirë:
- Obeziteti. Ndryshimet epigjenetike në gjenomin tonë dyshohet prej kohësh se luajnë një rol në sëmundjet komplekse njerëzore, siç është depozitimi i yndyrës. Një drejtim i ri shkencor po heton sesi faktorët mjedisorë mund të ndikojnë në zhvillimin e sëmundjes.
- Sprovat klinike dhe zhvillimi i barnave. Roli i terapive epigjenetike të kancerit në tumore të ndryshme është duke u hulumtuar, me shpresën se ato mund të synojnë dhe "riprogramojnë" qelizat anormale në vend që të vrasin blloqet ndërtuese kanceroze dhe ato normale si në kimioterapinë standarde.
- Kujdes shëndetësor. Dieta dhe ekspozimi ndaj kimikateve në të gjitha fazat e zhvillimit mund të shkaktojnë ndryshime epigjenetike që mund të aktivizojnë ose çaktivizojnë gjene të caktuara. Shkencëtarët po hetojnë se si këta elementë ndikojnë negativisht në popullatën e përgjithshme.
- Shkenca e sjelljes. Ndryshimet epigjenetike shoqërohen me shumë sëmundje, duke përfshirë varësinë ndaj drogës dhe alkoolit. Të kuptuarit se si faktorët mjedisorë ndryshojnë gjenomën mund të hedhë dritë mbi rrugë të reja për trajtimin e çrregullimeve psikologjike.
Biologji Kuantike
Fizikanët kanë ditur për efekte të tilla kuantike për më shumë se njëqind vjet, kur grimcat sfidojnë shqisat tona, duke u zhdukur nga një vend dhe duke u rishfaqur në një tjetër, ose duke qenë në dy vende në të njëjtën kohë. Por këto efekte nuk i atribuohen eksperimenteve klandestine laboratorike. Ndërsa shkencëtarët dyshojnë gjithnjë e më shumë se mekanika kuantike mund të zbatohet edhe për proceset biologjike.
Ndoshta shembulli më i mirë është fotosinteza, një sistem jashtëzakonisht efikas ku bimët (dhe disa baktere) ndërtojnë molekulat që u nevojiten duke përdorur energjinë nga rrezet e diellit. Rezulton se ky proces mund të mbështetet në të vërtetë në fenomenin e "superpozicionit", ku pako të vogla energjie eksplorojnë të gjitha shtigjet e mundshme dhe më pas vendosen në atë më efikase. Është gjithashtu e mundur që lundrimi i shpendëve, mutacionet e ADN-së (nëpërmjet tunelit kuantik) dhe madje edhe ndjenja jonë e nuhatjes të mbështeten në efektet kuantike.
Megjithëse kjo është një fushë shumë spekulative dhe e diskutueshme, ata qëpraktikuesit janë duke pritur për ditën kur informacioni i marrë nga kërkimi mund të çojë në ilaçe të reja dhe sisteme biomimetike (biometria është një fushë tjetër e shkencës në zhvillim ku sistemet dhe strukturat biologjike përdoren për të krijuar materiale dhe makina të reja).
Shkenca Sociale dhe Sjellje
Përtej nivelit molekular dhe qelizor, të kuptuarit se si faktorët e sjelljes dhe sociale ndikojnë në sëmundjen dhe shëndetin është jetik për të kuptuar, trajtuar dhe parandaluar sëmundjet. Kërkimi në shkenca të tilla është një fushë e madhe e shumëanshme, që mbulon një gamë të gjerë disiplinash dhe qasjesh.
Koncepti i një programi analize ndërprofesionale bashkon shkencat biomjekësore, të sjelljes dhe sociale për të punuar së bashku për të zgjidhur problemet komplekse dhe urgjente shëndetësore. Fokusi është në zhvillimin e fushave shkencore që eksplorojnë proceset e sjelljes, fushat biopsikologjike dhe të aplikuara përmes metodave të mëposhtme:
- Kërkim mbi ndikimin e sëmundjes ose gjendjes fizike në sjelljen dhe funksionimin social.
- Identifikimi dhe kuptimi i faktorëve të sjelljes që lidhen me fillimin dhe rrjedhën e sëmundjes.
- Studimi i rezultateve të trajtimit.
- Kërkim për promovimin e shëndetit dhe parandalimin e sëmundjeve.
- Analizë e ndikimeve institucionale dhe organizative në shëndet.
Eksometeorologji
Eksometeorologët pëlqejnëEkzo-okeanografët dhe ekzogjeologët janë të interesuar të studiojnë proceset natyrore që ndodhin në planetë të ndryshëm nga Toka. Tani që astronomët mund të hedhin një vështrim më të afërt në funksionimin e brendshëm të objekteve aty pranë, ata janë gjithnjë e më në gjendje të gjurmojnë modelet atmosferike dhe të motit. Jupiteri dhe Saturni, me sistemet e tyre potenciale tepër të mëdha, janë kandidatët kryesorë për studim.
Për shembull, stuhitë e pluhurit ndodhin rregullisht në Mars. Në këtë drejtim shkencor dhe teknik, ekzometeorologët studiojnë edhe planetë jashtë sistemit tonë diellor. Dhe, interesant, ata mund të gjejnë përfundimisht shenja të jetës jashtëtokësore në një ekzoplanet duke zbuluar nënshkrime organike në atmosferë ose nivele të larta të dioksidit të karbonit - shenja të mundshme të një qytetërimi të epokës industriale.
Nutrigjenomika
Nutrigjenomika, e njohur gjithashtu si gjenomika e ushqimit, është një fushë prioritare e shkencës. Ky është një studim i ndërveprimit kompleks midis ushqimit dhe përgjigjes së ADN-së. Në të vërtetë, ushqimi ka një efekt të thellë në shëndetin e njeriut - dhe fillon fjalë për fjalë në nivelin molekular. Shkencëtarët që punojnë në këtë fushë po përpiqen të kuptojnë rolin e variacionit gjenetik, reagimin dietik dhe mënyrat në të cilat lëndët ushqyese ndikojnë në strukturat tona.
Nutrigjenomika funksionon në të dyja mënyrat - gjenet tona ndikojnë në preferencat tona dietike dhe anasjelltas. Qëllimi kryesor i kësaj fushe të veprimtarisë shkencore është krijimi i ushqimit të personalizuar - një krahasim i asajçfarë hamë, me kushtet tona unike gjenetike.
Ekonomikognitive
Ekonomia zakonisht nuk ka të bëjë me njohuri të thella, por kjo mund të ndryshojë pasi fusha integrohet me disiplinat tradicionale të kërkimit. Për të mos u ngatërruar me ekonominë e sjelljes (studimi i mënyrës sonë të të bërit të gjërave - çfarë bëjmë - në kontekstin e vendimmarrjes ekonomike), ekonomia kognitive ka të bëjë me mënyrën se si ne mendojmë. Lee Caldwell, i cili bën blogje për zonën, e përkufizon atë si më poshtë:
"Ekonomia konjitive (ose financa) … shikon se çfarë ndodh në të vërtetë në mendjen e një personi kur ata bëjnë atë zgjedhje. Cila është struktura e brendshme e vendimmarrjes, si informacioni hyn në ndërgjegje dhe si përpunohet, dhe më pas, në fund të fundit, si shprehen të gjitha këto procese në sjelljen tonë?"
Në një mënyrë tjetër, ekonomia konjitive është fizika, ekonomia e sjelljes së së cilës është inxhinieria. Për këtë qëllim, shkencëtarët që punojnë në këtë fushë e fillojnë analizën e tyre në një nivel më të ulët dhe formojnë mikromodelët themelorë të vendimmarrjes njerëzore për të zhvilluar një model të sjelljes ekonomike në shkallë të gjerë. Për t'i ndihmuar ata ta bëjnë këtë, ekonomistët kognitiv shikojnë fushat e ndërlidhura të disiplinës dhe ekonomisë llogaritëse, si dhe linjat kryesore të kërkimit shkencor dhe teknologjik në racionalitetin dhe teorinë e vendimeve.
