თანამედროვე სამეცნიერო ტენდენციები არის დიდი და ფართო წამოწყება, რომლის დროსაც ათასობით ლაბორატორია მთელ მსოფლიოში სწავლობს საკუთარ მაღალ სპეციალიზებულ სფეროს ბევრად უფრო ფართო მთლიანობიდან. ეს არის მეცნიერული მემკვიდრეობისა და მრავალსაუკუნოვანი ტექნოლოგიური მიღწევების ლოგიკური კვეთა ჩვენს ირგვლივ სამყაროს გაგების გასაუმჯობესებლად.
განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს სულ უფრო სპეციფიკურ დისციპლინებს, ბადურის ნერვული გამოთვლებიდან დაწყებული კოსმოსური პლაზმის ფიზიკით დამთავრებული. რა სამეცნიერო სფეროები არსებობს და რომელია ყველაზე აქტუალური?
ბიოსამედიცინო ინჟინერია და ბიოფიზიკა
შეიძლება უცნაურად მოგეჩვენოთ, მაგრამ მედიცინაში ზოგიერთი პრობლემის გადაჭრა მხოლოდ ტექნოლოგიების დახმარებითაა შესაძლებელი. ბიოსამედიცინო ინჟინერია არის განვითარებადი დისციპლინა, რომელიც მოიცავს ისეთივე მრავალფეროვან სფეროებს, როგორიცაა ცილის ინჟინერია, საზომი სისტემები და ატომებისა და მთლიანი ორგანიზმების მაღალი გარჩევადობის ოპტიკური გამოსახულება. ეს სურვილიფიზიკური ცოდნის ინტეგრაცია სიცოცხლის მეცნიერებებთან - პროგრესი ადამიანის ჯანმრთელობაში.
მიმდინარე კვლევის სფეროები
მოიცავს კვლევის სფეროებს, როგორიცაა:
- ბიოფოტონიკა - ფლუორესცენციით უჯრედებისა და ქსოვილების ვიზუალიზაციის მეთოდების შემუშავება. ბიოლოგიური მოლეკულების შესასწავლად გამოიყენება ოპტიკური მეთოდები.
- გულ-სისხლძარღვთა ვიზუალიზაცია - გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების გამოვლენისა და რაოდენობრივი განსაზღვრის მეთოდების შემუშავება.
- კომპლექსური ბიოლოგიური სისტემები - ახალი ხელსაწყოების და მათემატიკური მოდელების შემუშავება რთული ბიოლოგიური სისტემების გასაგებად.
- მაკრომოლეკულური შეკრება. მაკრომოლეკულების შესწავლა, მათ შორის მრავალკომპონენტიანი კომპლექსებისა და მოლეკულური მანქანების შეკრება.
- იმუნოქიმიური დიაგნოსტიკა - ახალი ტექნოლოგიების შექმნა დაავადებების იდენტიფიკაციისთვის, როგორიცაა "ლაბორატორიული კვლევები".
- არაინვაზიური ოპტიკური გამოსახულება - რეალურ დროში დიაგნოსტიკური მეთოდების შემუშავება ქსოვილებისა და ორგანოების შეფასებისა და მონიტორინგისთვის.
უახლესი მიღწევები მოიცავს რამდენიმე მაღალი გარჩევადობის ოპტიკური გამოსახულების ხელსაწყოს შემუშავებას, რომელიც შექმნილია უჯრედებისა და ორგანიზმების მიკროსკოპული და მაკროსკოპული სამყაროს შესასწავლად.
უჯრედული ბიოლოგია
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი და მუდმივად განვითარებადი სამეცნიერო სფეროა უჯრედული ბიოლოგია. ყველა ცოცხალი არსება შედგება სტრუქტურული და ფუნქციური ერთეულებისგან. ამრიგად, ფიჭურიდეფიციტი გადამწყვეტ როლს ასრულებს ბევრ დაავადებაში, უჯრედების არანორმალური ზრდის შედეგად გამოწვეული კიბოდან დაწყებული, ნერვული ქსოვილის სიკვდილის შედეგად გამოწვეული ნეიროდეგენერაციული დარღვევებით. არსებობს ექვსი ძირითადი სფერო, რომელიც მოიცავს მრავალ ბიოლოგიურ სისტემას:
- აპოპტოზი. ყველა ჯანმრთელ ორგანიზმში უჯრედები იღუპებიან დაპროგრამებული უჯრედების სიკვდილის საგულდაგულოდ რეგულირებული პროცესით, რომელიც ცნობილია როგორც აპოპტოზი. ის საერთოა მრავალი ბიოლოგიური სისტემისთვის, რომლებიც ფუნდამენტურია ნეირომეცნიერებისთვის, იმუნოლოგიისთვის, დაბერების და განვითარებისთვის და ისეთი პათოლოგიებისთვის, როგორიცაა კიბო, აუტოიმუნური და დეგენერაციული დაავადებები.
- უჯრედული ციკლი - ფუნქციონირებადი მინი სტრუქტურები აგრძელებენ ზრდას და იყოფა საგულდაგულოდ კონტროლირებადი წესით მთელი ჩვენი ცხოვრების განმავლობაში. მოლეკულური და ფიჭური მოვლენები, რომლებიც არეგულირებენ ამ ციკლს, კრიტიკულია მრავალი დაავადებისთვის, რომლებშიც ნორმალური ზრდის რეგულაცია ირღვევა.
- გლიკობიოლოგია. გლიკანები ნახშირწყლების ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი კლასია. გლიკანის დამაკავშირებელი პროტეინები (ლექტინები) უკავშირდებიან სპეციფიკურ სტრუქტურულ გლიკანებს და ასრულებენ გადამწყვეტ როლს უჯრედების ამოცნობაში, მოძრაობასა და სპეციფიკურ ქსოვილებში დაბრუნებაში, სიგნალიზაციაში, დიფერენციაციაში, უჯრედების ადჰეზიაში, მიკრობული პათოგენეზში და იმუნოლოგიურ ამოცნობაში.
- მიტოქონდრია. ცნობილია როგორც "ენერგეტიკული სახლის" სამშენებლო ბლოკები, მიტოქონდრია უზრუნველყოფს ენერგეტიკულ უჯრედებს, რომლებიც უნდა გამოიყენონ გადარჩენისთვის, თავიდან აიცილონ დაავადება დიაბეტიდან პარკინსონამდე.
- მობილურობა - მიკროსკოპული ნერვული უჯრედი, რომელიც წარმოიქმნება ტვინიდან და ავრცელებს თავის პროცესებს ზურგის ტვინის ფუძემდე, უნდა გადაადგილდეს მოლეკულები მის ზომასთან შედარებით დიდ მანძილზე. მეცნიერები იყენებენ მრავალფეროვან მეთოდებსა და მიდგომებს, რათა შეისწავლონ, თუ როგორ მოძრაობენ უჯრედები და მათი შიდა მოლეკულები და ორგანელები.
- ცილების ტრანსპორტირება. ცილები წარმოიქმნება ბირთვში და შემდეგ ისინი სათანადოდ უნდა იყოს განთავსებული, რათა შეასრულონ თავიანთი უჯრედული როლები. ამრიგად, ცილის ტრანსპორტირება ცენტრალურია ყველა ფიჭური სისტემისთვის და მისი დისფუნქცია ასოცირდება დაავადებებთან, დაწყებული კისტოზური ფიბროზიდან ალცჰეიმერის დაავადებამდე.
სიცოცხლის ფიჭური საფუძველი
სიცოცხლის ფიჭური საფუძველი შეიძლება აშკარად ჩანდეს ბიოლოგიის თანამედროვე ეპოქაში, მაგრამ XIX საუკუნის დასაწყისში პირველი მიკროსკოპების განვითარებამდე ეს მხოლოდ ვარაუდის საგანი იქნებოდა. ტიპიური ადამიანის უჯრედის ზომა დაახლოებით ხუთჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ყველაფერი, რასაც შეუიარაღებელი თვალით ვხედავთ. მაშასადამე, პროგრესი სტრუქტურული ერთეულების შინაგანი ფუნქციონირების, მათ შორის უჯრედული პათოფიზიოლოგიის გაგებაში, მიდის ამ სამეცნიერო სფეროს ტექნოლოგიების მიღწევებთან, რომლებიც ხელმისაწვდომია გამოსახულების და შესასწავლად.
ქრომოსომების ბიოლოგია
გენომიკის სფეროს გარშემო არსებული მღელვარებით, ადვილია დავივიწყოთ, რომ გენები არის დნმ-ის მხოლოდ მოკლე მონაკვეთები და ბევრად უფრო დიდი სტრუქტურების ნაწილი, რომელსაც ქრომოსომა ეწოდება. ეს უკანასკნელი შედგება ქრომატინის რთული დნმ-ის ძაფებისგან, რომლებიც გახვეულია ცილებზე, რომლებსაც ჰისტონები ჰქვია დაახლა ცნობილია, რომ თანაბრად მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ორგანიზმების განვითარების, ფუნქციონირებისა და ჯანმრთელობის შენარჩუნებაში.
ეპიგენეტიკა, სიტყვასიტყვით "გენეტიკას მაღლა", არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს გენომში გარემო ცვლილებებს იმის მიღმა, რაც შეიძლება მოხდეს ჩვენი დნმ-ის დონეზე. გენის აქტივობის ეს რყევები მოიცავს მათ გარშემო მყოფი ელემენტების მოდიფიკაციას, როგორიცაა ჰისტონის ცილები, ან ტრანსკრიპციული ელემენტების მოდიფიკაციას, რომლებიც აკონტროლებენ გენის ექსპრესიას. დნმ-ის ცვლილებებისგან განსხვავებით, ეპიგენეტიკური რყევები, როგორც წესი, სპეციფიკურია თაობაზე.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეპიგენეტიკური ცვლილებები ჩვეულებრივ არ გადადის მშობლიდან შვილზე. კვლევის ამ შედარებით ახალმა ხაზმა შეცვალა ჩვენი გაგება როგორც ნორმალური განვითარების, ისე დაავადების შესახებ და ახლა გავლენას ახდენს შემდეგი თაობის მკურნალობის პროგრესზე. შესწავლილია სხვადასხვა სფერო, მათ შორის:
- სიმსუქნე. ჩვენს გენომში ეპიგენეტიკური ცვლილებები დიდი ხანია ეჭვმიტანილი იყო ადამიანის რთულ დაავადებებში, როგორიცაა ცხიმის დეპონირება. ახალი სამეცნიერო მიმართულება იკვლევს, თუ როგორ შეიძლება გავლენა იქონიოს გარემო ფაქტორებმა დაავადების განვითარებაზე.
- კლინიკური კვლევები და წამლების განვითარება. კიბოს ეპიგენეტიკური თერაპიის როლი სხვადასხვა სიმსივნეებში შესწავლილია, იმ იმედით, რომ მათ შეუძლიათ დამიზნება და „რეპროგრამირება“პათოლოგიური უჯრედების ნაცვლად, როგორც სიმსივნური, ისე ნორმალური სამშენებლო ბლოკების მოკვლა, როგორც სტანდარტულ ქიმიოთერაპიაში.
- ჯანმრთელობა. დიეტა და ქიმიკატების ზემოქმედება განვითარების ყველა ეტაპზე შეიძლება გამოიწვიოს ეპიგენეტიკური ცვლილებები, რამაც შეიძლება გარკვეული გენების ჩართვა ან გამორთვა. მეცნიერები იკვლევენ, თუ როგორ უარყოფითად მოქმედებს ეს ელემენტები პოპულაციაზე.
- ქცევის მეცნიერება. ეპიგენეტიკური ცვლილებები დაკავშირებულია მრავალ დაავადებასთან, მათ შორის ნარკომანიასთან და ალკოჰოლთან დამოკიდებულებასთან. იმის გაგებამ, თუ როგორ ცვლის გარემო ფაქტორები გენომს, შეიძლება ნათელი მოჰფინოს ფსიქოლოგიური აშლილობების მკურნალობის ახალ გზებს.
კვანტური ბიოლოგია
ფიზიკოსებმა ას წელზე მეტია იცოდნენ ასეთი კვანტური ეფექტების შესახებ, როდესაც ნაწილაკები ეწინააღმდეგებიან ჩვენს გრძნობებს, ქრებიან ერთი ადგილიდან და ხელახლა ჩნდებიან მეორეში, ან იმყოფებიან ორ ადგილას ერთდროულად. მაგრამ ეს ეფექტები არ მიეკუთვნება ფარულ ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებს. როგორც მეცნიერები სულ უფრო ხშირად ეჭვობენ, რომ კვანტური მექანიკა შესაძლოა ბიოლოგიურ პროცესებზეც იყოს გამოყენებული.
ალბათ საუკეთესო მაგალითია ფოტოსინთეზი, საოცრად ეფექტური სისტემა, სადაც მცენარეები (და ზოგიერთი ბაქტერია) აშენებენ მათთვის საჭირო მოლეკულებს მზის სინათლის ენერგიის გამოყენებით. გამოდის, რომ ეს პროცესი შესაძლოა რეალურად ეყრდნობოდეს „სუპერპოზიციის“ფენომენს, სადაც ენერგიის მცირე პაკეტები იკვლევენ ყველა შესაძლო გზას და შემდეგ დგანან ყველაზე ეფექტურზე. ასევე შესაძლებელია, რომ ფრინველის ნავიგაცია, დნმ-ის მუტაციები (კვანტური გვირაბების მეშვეობით) და ჩვენი ყნოსვაც კი ეყრდნობა კვანტურ ეფექტებს.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს არის უაღრესად სპეკულაციური და საკამათო სფერო, ისინი, ვინცპრაქტიკოსები ელიან იმ დღეს, როდესაც კვლევის შედეგად მიღებულმა ინფორმაციამ შეიძლება გამოიწვიოს ახალი წამლები და ბიომიმეტური სისტემები (ბიომეტრია მეცნიერების კიდევ ერთი განვითარებადი სფეროა, სადაც ბიოლოგიური სისტემები და სტრუქტურები გამოიყენება ახალი მასალებისა და მანქანების შესაქმნელად).
სოციალური და ქცევითი მეცნიერებები
მოლეკულური და უჯრედული დონის მიღმა, იმის გაგება, თუ როგორ მოქმედებს ქცევითი და სოციალური ფაქტორები დაავადებასა და ჯანმრთელობაზე, სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია დაავადების გაგებისთვის, მკურნალობისა და პრევენციისთვის. ასეთ მეცნიერებებში კვლევა არის დიდი მრავალმხრივი სფერო, რომელიც მოიცავს დისციპლინებისა და მიდგომების ფართო სპექტრს.
ინტრაპროფესიული ანალიზის პროგრამის კონცეფცია აერთიანებს ბიოსამედიცინო, ქცევითი და სოციალური მეცნიერებების ერთობლივ მუშაობას ჯანმრთელობის რთული და გადაუდებელი პრობლემების გადასაჭრელად. ყურადღება გამახვილებულია მეცნიერული სფეროების განვითარებაზე, რომლებიც იკვლევენ ქცევის პროცესებს, ბიოფსიქოლოგიურ და გამოყენებითი სფეროებს შემდეგი მეთოდებით:
- კვლევა დაავადების ან ფიზიკური მდგომარეობის გავლენის შესახებ ქცევასა და სოციალურ ფუნქციონირებაზე.
- დაავადების დაწყებასთან და მიმდინარეობასთან დაკავშირებული ქცევითი ფაქტორების იდენტიფიცირება და გაგება.
- მკურნალობის შედეგების შესწავლა.
- ჯანმრთელობის ხელშეწყობისა და დაავადების პრევენციის კვლევა.
- ჯანმრთელობაზე ინსტიტუციური და ორგანიზაციული ზემოქმედების ანალიზი.
ეგზომეტეოროლოგია
ეგზომეტეოროლოგებს მოსწონთეგზოოკეანოგრაფები და ეგზოგეოლოგები დაინტერესებულნი არიან იმ ბუნებრივი პროცესების შესწავლით, რომლებიც ხდება დედამიწის გარდა სხვა პლანეტებზე. ახლა, როდესაც ასტრონომებს შეუძლიათ უფრო ახლოს დააკვირდნენ ახლომდებარე ობიექტების შიდა ფუნქციონირებას, მათ სულ უფრო მეტად შეუძლიათ თვალყური ადევნონ ატმოსფერულ და ამინდის ნიმუშებს. იუპიტერი და სატურნი, თავიანთი წარმოუდგენლად დიდი პოტენციური სისტემებით, შესწავლის მთავარი კანდიდატები არიან.
მაგალითად, მტვრის ქარიშხალი რეგულარულად ხდება მარსზე. ამ სამეცნიერო და ტექნიკური მიმართულებით ეგზომეტეოროლოგები სწავლობენ ჩვენი მზის სისტემის გარეთ არსებულ პლანეტებსაც კი. და, საინტერესოა, რომ მათ შესაძლოა საბოლოოდ აღმოაჩინონ არამიწიერი სიცოცხლის ნიშნები ეგზოპლანეტაზე ატმოსფეროში ორგანული ნიშნების ან ნახშირორჟანგის მაღალი დონის გამოვლენით - ინდუსტრიული ხანის ცივილიზაციის შესაძლო ნიშნები.
ნუტრიგენომიკა
ნუტრიგენომიკა, ასევე ცნობილი როგორც საკვების გენომიკა, მეცნიერების პრიორიტეტული სფეროა. ეს არის საკვებისა და დნმ პასუხის კომპლექსური ურთიერთქმედების შესწავლა. მართლაც, საკვებს აქვს ღრმა გავლენა ადამიანის ჯანმრთელობაზე - და ის იწყება ფაქტიურად მოლეკულურ დონეზე. ამ სფეროში მომუშავე მეცნიერები ცდილობენ გააცნობიერონ გენეტიკური ცვალებადობის როლი, დიეტური რეაქცია და თუ როგორ მოქმედებს საკვები ნივთიერებები ჩვენს სტრუქტურებზე.
ნუტრიგენომიკა მუშაობს ორივე გზით - ჩვენი გენები გავლენას ახდენს ჩვენს დიეტურ პრეფერენციებზე და პირიქით. სამეცნიერო საქმიანობის ამ სფეროს მთავარი მიზანია პერსონალიზებული კვების შექმნა - რისი შედარებარას ვჭამთ, ჩვენი უნიკალური გენეტიკური კონსტიტუციით.
შემეცნებითი ეკონომიკა
ეკონომიკა ჩვეულებრივ არ ეხება ღრმა ცოდნას, მაგრამ ეს შეიძლება შეიცვალოს, რადგან ეს სფერო ინტეგრირდება ტრადიციულ კვლევით დისციპლინებთან. არ უნდა აგვერიოს ბიჰევიორისტულ ეკონომიკაში (ჩვენი საქმის კეთების გზების შესწავლა - რას ვაკეთებთ - ეკონომიკური გადაწყვეტილების მიღების კონტექსტში), კოგნიტური ეკონომიკა არის იმაზე, თუ როგორ ვფიქრობთ. ლი კალდველი, რომელიც ბლოგს წერს ამ ტერიტორიის შესახებ, მას შემდეგნაირად განმარტავს:
"კოგნიტური ეკონომიკა (ან ფინანსები) … უყურებს რა ხდება რეალურად ადამიანის გონებაში, როდესაც ისინი აკეთებენ ამ არჩევანს. როგორია გადაწყვეტილების მიღების შიდა სტრუქტურა, როგორ შედის ინფორმაცია ცნობიერებაში და როგორ მუშავდება და შემდეგ, საბოლოო ჯამში, როგორ არის გამოხატული ყველა ეს პროცესი ჩვენს ქცევაში?"
სხვაგვარად, კოგნიტური ეკონომიკა არის ფიზიკა, რომლის ქცევითი ეკონომიკა არის ინჟინერია. ამ მიზნით, ამ სფეროში მომუშავე მეცნიერები იწყებენ ანალიზს უფრო დაბალ დონეზე და ქმნიან ადამიანის გადაწყვეტილების მიღების ძირითად მიკროსქემებს, რათა შეიმუშაონ ფართომასშტაბიანი ეკონომიკური ქცევის მოდელი. ამაში მათ დასახმარებლად კოგნიტური ეკონომისტები უყურებენ დისციპლინის და გამოთვლითი ეკონომიკის დაკავშირებულ სფეროებს, ასევე რაციონალურობისა და გადაწყვეტილების თეორიის სამეცნიერო და ტექნოლოგიური კვლევის ძირითად ხაზებს.
