Aliran saintifik moden ialah usaha yang besar dan luas, di mana beribu-ribu makmal di seluruh dunia sedang mengkaji bidang mereka sendiri yang sangat khusus daripada keseluruhan yang lebih besar. Ia adalah persimpangan logik warisan saintifik dan kemajuan teknologi berabad-abad untuk memajukan pemahaman tentang dunia di sekeliling kita.
Perhatian khusus mesti diberikan kepada disiplin yang semakin khusus, daripada pengkomputeran saraf retina kepada fizik plasma angkasa. Apakah bidang saintifik yang wujud dan yang manakah paling relevan?
Kejuruteraan Bioperubatan dan Biofizik
Ia mungkin kelihatan pelik, tetapi beberapa masalah dalam perubatan hanya boleh diselesaikan dengan bantuan teknologi. Kejuruteraan bioperubatan ialah disiplin baru yang merangkumi bidang yang pelbagai seperti kejuruteraan protein, sistem pengukuran, dan pengimejan optik resolusi tinggi bagi atom dan keseluruhan organisma. Keinginan ini untukintegrasi pengetahuan fizikal dengan sains hayat - kemajuan dalam kesihatan manusia.
Bidang penyelidikan semasa
Termasuk bidang penyelidikan seperti:
- Biophotonics - pembangunan kaedah untuk visualisasi sel dan tisu dengan pendarfluor. Kaedah optik digunakan untuk mengkaji molekul biologi.
- Pengimejan kardiovaskular - membangunkan kaedah untuk mengesan dan mengukur penyakit kardiovaskular.
- Sistem biologi kompleks - pembangunan alat baharu dan model matematik untuk memahami sistem biologi kompleks.
- Pemasangan makromolekul. Kajian makromolekul, termasuk pemasangan kompleks berbilang komponen dan mesin molekul.
- Diagnostik imunokimia - penciptaan teknologi baharu untuk mengenal pasti penyakit, seperti "kajian makmal".
- Pengimejan Optik Bukan Invasif - Pembangunan kaedah diagnostik masa nyata untuk menilai dan memantau tisu dan organ.
Kemajuan terkini termasuk pembangunan beberapa alat pengimejan optik resolusi tinggi yang direka untuk meneroka dunia mikroskopik dan makroskopik sel dan organisma.
Biologi Sel
Satu lagi bidang saintifik yang penting dan sentiasa berkembang ialah biologi sel. Semua makhluk hidup dibuat daripada unit struktur dan berfungsi. Oleh itu, selularKekurangan memainkan peranan penting dalam banyak penyakit, daripada kanser yang disebabkan oleh pertumbuhan sel yang tidak normal kepada gangguan neurodegeneratif yang berpunca daripada kematian tisu saraf. Terdapat enam bidang utama yang merangkumi pelbagai sistem biologi:
- Apoptosis. Dalam setiap organisma yang sihat, sel mati melalui proses kematian sel terprogram yang dikawal dengan teliti yang dikenali sebagai apoptosis. Ia adalah perkara biasa kepada banyak sistem biologi yang asas kepada neurosains, imunologi, penuaan dan perkembangan serta patologi seperti kanser, penyakit autoimun dan degeneratif.
- Kitaran Sel - Struktur mini yang berfungsi terus berkembang dan membahagi dengan cara yang dikawal dengan teliti sepanjang hayat kita. Peristiwa molekul dan selular yang mengawal kitaran ini adalah kritikal kepada banyak penyakit di mana peraturan pertumbuhan normal terganggu.
- Glikobiologi. Glycans ialah kelas karbohidrat yang penting secara biologi. Protein pengikat glikan (lektin) mengikat kepada glikan struktur tertentu dan memainkan peranan penting dalam pengecaman sel, motilitas dan kembali ke tisu tertentu, isyarat, pembezaan, lekatan sel, patogenesis mikrob dan pengecaman imunologi.
- Mitokondria. Dikenali sebagai blok binaan "rumah kuasa", mitokondria menyediakan tenaga yang mesti digunakan oleh sel untuk terus hidup, mengelakkan penyakit daripada diabetes hingga Parkinson.
- Mobility - Sel saraf mikroskopik yang berasal dari otak dan memanjangkan prosesnya ke pangkal saraf tunjang mesti menggerakkan molekul pada jarak yang jauh berbanding saiznya. Para saintis menggunakan pelbagai kaedah dan pendekatan untuk mengkaji cara sel dan molekul dalaman serta organelnya bergerak.
- Pengangkutan protein. Protein dibuat dalam nukleus dan kemudian ia mesti ditempatkan dengan betul untuk memenuhi peranan selular mereka. Oleh itu, pengangkutan protein adalah pusat kepada semua sistem selular, dan disfungsinya dikaitkan dengan penyakit daripada cystic fibrosis hingga penyakit Alzheimer.
Asas selular kehidupan
Asas selular kehidupan mungkin kelihatan jelas pada zaman biologi moden, tetapi sehingga perkembangan mikroskop pertama pada awal abad kesembilan belas, ini hanya boleh menjadi masalah spekulasi. Saiz sel manusia biasa adalah kira-kira lima kali lebih kecil daripada apa-apa yang boleh kita lihat dengan mata kasar. Oleh itu, kemajuan dalam pemahaman kita tentang kerja dalaman unit struktur, termasuk patofisiologi selular, berjalan seiring dengan kemajuan dalam teknologi bidang saintifik ini, tersedia untuk pengimejan dan mengkajinya.
Biologi kromosom
Dengan keseronokan semasa di sekitar bidang genomik, mudah dilupakan bahawa gen hanyalah bentangan pendek DNA dan sebahagian daripada struktur yang lebih besar dipanggil kromosom. Yang terakhir ini terdiri daripada untaian DNA rumit kromatin yang dililit di sekeliling protein yang dipanggil histon, dankini diketahui memainkan peranan yang sama penting dalam menentukan cara organisma berkembang, berfungsi dan kekal sihat.
Epigenetik, secara harfiah "di atas genetik," ialah sains yang mengkaji perubahan persekitaran dalam genom melebihi yang boleh berlaku pada tahap DNA kita. Turun naik dalam aktiviti gen ini termasuk pengubahsuaian kepada unsur yang mengelilinginya, seperti protein histon, atau pengubahsuaian kepada unsur transkrip yang mengawal ekspresi gen. Tidak seperti perubahan DNA, turun naik epigenetik biasanya khusus penjanaan.
Dengan kata lain, perubahan epigenetik biasanya tidak diwarisi daripada ibu bapa kepada anak. Barisan penyelidikan yang agak baharu ini telah mengubah pemahaman kita tentang perkembangan normal dan penyakit, dan kini mempengaruhi kemajuan rawatan generasi akan datang. Pelbagai bidang sedang dikaji, termasuk:
- Obesiti. Perubahan epigenetik dalam genom kita telah lama disyaki memainkan peranan dalam penyakit manusia yang kompleks seperti pemendapan lemak. Arah saintifik baharu sedang menyiasat bagaimana faktor persekitaran boleh mempengaruhi perkembangan penyakit.
- Ujian klinikal dan pembangunan ubat. Peranan terapi kanser epigenetik dalam pelbagai tumor sedang diterokai, dengan harapan ia boleh menyasarkan dan "memprogram semula" sel abnormal daripada membunuh kedua-dua blok binaan kanser dan normal seperti dalam kemoterapi standard.
- Penjagaan kesihatan. Diet dan pendedahan kepada bahan kimia pada semua peringkat pembangunan boleh menyebabkan perubahan epigenetik yang boleh menghidupkan atau mematikan gen tertentu. Para saintis sedang menyiasat bagaimana unsur-unsur ini memberi kesan negatif kepada populasi umum.
- Sains tingkah laku. Perubahan epigenetik dikaitkan dengan banyak penyakit, termasuk ketagihan dadah dan alkohol. Memahami cara faktor persekitaran mengubah genom boleh memberi penerangan tentang cara baharu untuk merawat gangguan psikologi.
Biologi Kuantum
Ahli fizik telah mengetahui tentang kesan kuantum sedemikian selama lebih daripada seratus tahun, apabila zarah menentang deria kita, hilang dari satu tempat dan muncul semula di tempat lain, atau berada di dua tempat pada masa yang sama. Tetapi kesan ini tidak dikaitkan dengan eksperimen makmal rahsia. Memandangkan para saintis semakin mengesyaki bahawa mekanik kuantum juga boleh digunakan untuk proses biologi.
Mungkin contoh terbaik ialah fotosintesis, sistem yang sangat berkesan di mana tumbuhan (dan sesetengah bakteria) membina molekul yang mereka perlukan menggunakan tenaga daripada cahaya matahari. Ternyata proses ini sebenarnya boleh bergantung pada fenomena "superposisi", di mana paket kecil tenaga meneroka semua laluan yang mungkin dan kemudian menyelesaikan pada yang paling cekap. Ada kemungkinan juga navigasi burung, mutasi DNA (melalui terowong kuantum), dan juga deria bau kita bergantung pada kesan kuantum.
Walaupun ini adalah bidang yang sangat spekulatif dan kontroversi, mereka yangpengamal sedang menunggu hari apabila maklumat yang diperoleh daripada penyelidikan boleh membawa kepada ubat dan sistem biomimetik baharu (biometrik ialah satu lagi bidang sains yang sedang berkembang di mana sistem dan struktur biologi digunakan untuk mencipta bahan dan mesin baharu).
Sains Sosial dan Tingkah Laku
Di luar tahap molekul dan selular, memahami bagaimana faktor tingkah laku dan sosial mempengaruhi penyakit dan kesihatan adalah penting untuk memahami, merawat dan mencegah penyakit. Penyelidikan dalam sains sebegini ialah bidang yang pelbagai rupa, merangkumi pelbagai disiplin dan pendekatan.
Konsep program analisis intraprofesional menghimpunkan sains bioperubatan, tingkah laku dan sosial untuk bekerjasama menyelesaikan masalah kesihatan yang kompleks dan mendesak. Tumpuan adalah pada pembangunan bidang saintifik yang meneroka proses tingkah laku, biopsikologi dan bidang gunaan melalui kaedah berikut:
- Penyelidikan tentang kesan penyakit atau keadaan fizikal terhadap tingkah laku dan fungsi sosial.
- Pengenalpastian dan pemahaman faktor tingkah laku yang berkaitan dengan permulaan dan perjalanan penyakit.
- Kajian hasil rawatan.
- Promosi kesihatan dan penyelidikan pencegahan penyakit.
- Analisis kesan institusi dan organisasi terhadap kesihatan.
Ekometeorologi
Ahli eksometeorologi sukapakar ekso-oseanograf dan pakar eksogeologi berminat untuk mengkaji proses semula jadi yang berlaku di planet selain Bumi. Kini setelah ahli astronomi dapat melihat dengan lebih dekat kerja dalaman objek berdekatan, mereka semakin dapat menjejaki corak atmosfera dan cuaca. Musytari dan Zuhal, dengan potensi sistemnya yang sangat besar, adalah calon utama untuk kajian.
Sebagai contoh, ribut debu kerap berlaku di Marikh. Dalam arah saintifik dan teknikal ini, pakar eksometeorologi mengkaji walaupun planet di luar sistem suria kita. Dan, menariknya, mereka mungkin akhirnya menemui tanda-tanda kehidupan luar angkasa pada eksoplanet dengan mengesan tandatangan organik di atmosfera atau paras karbon dioksida yang tinggi - tanda-tanda yang mungkin berlaku bagi tamadun zaman perindustrian.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, juga dikenali sebagai genomik makanan, ialah bidang sains keutamaan. Ini adalah kajian tentang interaksi kompleks antara makanan dan tindak balas DNA. Sesungguhnya, makanan mempunyai kesan yang mendalam terhadap kesihatan manusia - dan ia bermula secara literal pada peringkat molekul. Para saintis yang bekerja dalam bidang ini sedang berusaha untuk memahami peranan variasi genetik, tindak balas pemakanan dan cara nutrien mempengaruhi struktur kita.
Nutrigenomics berfungsi kedua-dua cara - gen kita mempengaruhi pilihan pemakanan kita dan sebaliknya. Matlamat utama bidang aktiviti saintifik ini ialah penciptaan pemakanan peribadi - perbandingan apaapa yang kita makan, dengan perlembagaan genetik kita yang unik.
Ekonomi Kognitif
Ekonomi biasanya bukan mengenai pengetahuan yang mendalam, tetapi ini mungkin berubah apabila bidang tersebut disepadukan dengan disiplin penyelidikan tradisional. Tidak boleh dikelirukan dengan ekonomi tingkah laku (kajian cara kita melakukan sesuatu - apa yang kita lakukan - dalam konteks membuat keputusan ekonomi), ekonomi kognitif adalah tentang cara kita berfikir. Lee Caldwell, yang menulis blog tentang kawasan itu, mentakrifkannya seperti berikut:
"Ekonomi kognitif (atau kewangan) … melihat apa yang sebenarnya berlaku dalam fikiran seseorang apabila mereka membuat pilihan itu. Apakah struktur dalaman membuat keputusan, bagaimana maklumat memasuki kesedaran dan bagaimana ia diproses, dan kemudian, akhirnya, bagaimanakah semua proses ini dinyatakan dalam tingkah laku kita?"
Dalam cara lain, ekonomi kognitif ialah fizik yang ekonomi tingkah lakunya adalah kejuruteraan. Untuk tujuan ini, saintis yang bekerja dalam bidang ini memulakan analisis mereka pada tahap yang lebih rendah dan membentuk corak mikro yang mendasari pembuatan keputusan manusia untuk membangunkan model tingkah laku ekonomi berskala besar. Untuk membantu mereka melakukan ini, ahli ekonomi kognitif melihat bidang berkaitan disiplin dan ekonomi pengiraan, serta barisan utama penyelidikan saintifik dan teknologi dalam rasionaliti dan teori keputusan.
