الاتجاهات العلمية الحديثة هي مسعى كبير وواسع ، حيث تدرس الآلاف من المختبرات حول العالم مجالها المتخصص للغاية من مجموعة أكبر بكثير. إنه تقاطع منطقي بين التراث العلمي وقرون من التقدم التكنولوجي لتعزيز فهم العالم من حولنا.
يجب إيلاء اهتمام خاص للتخصصات المحددة بشكل متزايد ، من الحوسبة العصبية الشبكية إلى فيزياء بلازما الفضاء. ما هي المجالات العلمية الموجودة وما هي الأكثر صلة؟
الهندسة الطبية الحيوية والفيزياء الحيوية
قد يبدو غريباً ، لكن بعض المشاكل في الطب لا يمكن حلها إلا بمساعدة التكنولوجيا. الهندسة الطبية الحيوية هي تخصص ناشئ يمتد إلى مجالات متنوعة مثل هندسة البروتين وأنظمة القياس والتصوير البصري عالي الدقة للذرات والكائنات الحية. هذه الرغبةتكامل المعرفة الجسدية مع علوم الحياة - التقدم في صحة الانسان
مجالات البحث الحالية
يشمل مجالات البحث مثل:
- Biophotonics - تطوير طرق لتصور الخلايا والأنسجة مع التألق. تستخدم الطرق البصرية لدراسة الجزيئات البيولوجية.
- تصوير القلب والأوعية الدموية - تطوير طرق للكشف عن أمراض القلب والأوعية الدموية وقياسها.
- أنظمة بيولوجية معقدة - تطوير أدوات ونماذج رياضية جديدة لفهم الأنظمة البيولوجية المعقدة.
- التجميع الجزيئي. دراسة الجزيئات الكبيرة ، بما في ذلك تجميع المجمعات متعددة المكونات والآلات الجزيئية.
- التشخيص الكيميائي المناعي - ابتكار تقنيات جديدة لتحديد الأمراض ، مثل "الدراسات المعملية".
- التصوير البصري غير الجراحي - تطوير طرق التشخيص في الوقت الحقيقي لتقييم ومراقبة الأنسجة والأعضاء.
تشمل التطورات الحديثة تطوير العديد من أدوات التصوير البصري عالية الدقة المصممة لاستكشاف العوالم المجهرية والماكروسكوبية للخلايا والكائنات الحية.
بيولوجيا الخلية
مجال علمي آخر مهم ومتطور باستمرار هو بيولوجيا الخلية. جميع الكائنات الحية مصنوعة من وحدات هيكلية ووظيفية. وهكذا ، الخلويةيلعب النقص دورًا مهمًا في العديد من الأمراض ، من السرطان الناتج عن نمو الخلايا غير الطبيعي إلى الاضطرابات التنكسية العصبية التي تنتج عن موت الأنسجة العصبية. هناك ستة مجالات رئيسية تغطي أنظمة بيولوجية متعددة:
- موت الخلايا المبرمج. في كل كائن حي سليم ، تموت الخلايا من خلال عملية منظمة بعناية لموت الخلية المبرمج المعروفة باسم موت الخلايا المبرمج. إنه شائع في العديد من الأنظمة البيولوجية الأساسية لعلم الأعصاب والمناعة والشيخوخة والتطور وأمراض مثل السرطان وأمراض المناعة الذاتية والأمراض التنكسية.
- The Cell Cycle - تستمر الهياكل الصغيرة العاملة في النمو والانقسام بطريقة يتم التحكم فيها بعناية طوال حياتنا. تعتبر الأحداث الجزيئية والخلوية التي تنظم هذه الدورة حاسمة للعديد من الأمراض التي يتعطل فيها تنظيم النمو الطبيعي.
- علم الأحياء السكرية. الجليكان فئة مهمة من الناحية البيولوجية من الكربوهيدرات. ترتبط بروتينات (اللقاحات) المرتبطة بالجليكان بجليكانات هيكلية محددة وتلعب دورًا مهمًا في التعرف على الخلايا وحركتها والعودة إلى أنسجة معينة ، والإشارات ، والتمايز ، والتصاق الخلية ، والتسبب الميكروبي ، والتعرف المناعي.
- ميتوكوندريا. تُعرف الميتوكوندريا ، المعروفة باسم اللبنات الأساسية لـ "power house" ، بأنها توفر خلايا الطاقة التي يجب أن تستخدمها للبقاء على قيد الحياة ، وتجنب الأمراض من مرض السكري إلى مرض باركنسون.
- التنقل - يجب على الخلية العصبية المجهرية التي تنشأ في الدماغ وتمتد عملياتها إلى قاعدة الحبل الشوكي أن تحرك الجزيئات لمسافات شاسعة مقارنة بحجمها. يستخدم العلماء مجموعة متنوعة من الأساليب والنهج لدراسة كيفية تحرك الخلايا وجزيئاتها الداخلية وعضياتها.
- نقل البروتينات. تصنع البروتينات في النواة ومن ثم يجب وضعها بشكل صحيح من أجل أداء دورها الخلوي. وبالتالي ، يعتبر نقل البروتين أمرًا مركزيًا لجميع الأنظمة الخلوية ، ويرتبط خللها الوظيفي بأمراض تتراوح من التليف الكيسي إلى مرض الزهايمر.
أساس الحياة الخلوي
قد يبدو الأساس الخلوي للحياة واضحًا في العصر الحديث لعلم الأحياء ، ولكن حتى ظهور المجاهر الأولى في أوائل القرن التاسع عشر ، كان هذا مجرد مسألة تكهنات. حجم الخلية البشرية النموذجية هو حوالي خمس مرات أصغر من أي شيء يمكننا رؤيته بالعين المجردة. لذلك ، فإن التقدم في فهمنا للأعمال الداخلية للوحدات الهيكلية ، بما في ذلك الفيزيولوجيا المرضية الخلوية ، يسير جنبًا إلى جنب مع التقدم في تقنيات هذا المجال العلمي ، والمتاحة لتصويرها ودراستها.
بيولوجيا الكروموسومات
مع الإثارة الحالية حول مجال علم الجينوم ، من السهل أن ننسى أن الجينات هي مجرد امتدادات قصيرة من الحمض النووي وجزء من هياكل أكبر بكثير تسمى الكروموسومات. يتكون الأخير من خيوط معقدة من الكروماتين من الحمض النووي ملفوفة حول بروتينات تسمى الهستونات ، ومن المعروف الآن أنها تلعب دورًا مهمًا بنفس القدر في تحديد كيفية تطور الكائنات الحية وعملها والحفاظ على صحتها.
علم التخلق ، حرفيا "فوق علم الوراثة" ، هو العلم الذي يدرس التغيرات البيئية في الجينوم بما يتجاوز تلك التي يمكن أن تحدث على مستوى الحمض النووي لدينا. تتضمن هذه التقلبات في نشاط الجينات تعديلات على العناصر المحيطة بها ، مثل بروتينات هيستون ، أو تعديلات على عناصر النسخ التي تتحكم في التعبير الجيني. على عكس تغيرات الحمض النووي ، فإن التقلبات اللاجينية عادة ما تكون خاصة بالجيل.
بمعنى آخر ، لا تنتقل التغيرات اللاجينية عادةً من الأب إلى الطفل. لقد غيّر هذا الخط البحثي الجديد نسبيًا فهمنا لكل من التطور الطبيعي والمرض ، وهو يؤثر الآن على تقدم الجيل التالي من العلاجات. يتم دراسة مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك:
- السمنة. منذ فترة طويلة يشتبه في أن التغيرات اللاجينية في الجينوم تلعب دورًا في الأمراض البشرية المعقدة مثل ترسب الدهون. هناك اتجاه علمي جديد يبحث في كيفية تأثير العوامل البيئية على تطور المرض.
- التجارب السريرية وتطوير الأدوية. يجري استكشاف دور علاجات السرطان اللاجينية في مختلف الأورام ، على أمل أن تتمكن من استهداف الخلايا غير الطبيعية و "إعادة برمجتها" بدلاً من قتل اللبنات الأساسية السرطانية والطبيعية كما هو الحال في العلاج الكيميائي القياسي.
- رعاية صحية. يمكن أن يتسبب النظام الغذائي والتعرض للمواد الكيميائية في جميع مراحل التطور في حدوث تغييرات جينية يمكن أن تؤدي إلى تشغيل جينات معينة أو إيقاف تشغيلها. يبحث العلماء في كيفية تأثير هذه العناصر سلبًا على عامة السكان.
- علم السلوك. ترتبط التغيرات اللاجينية بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك إدمان المخدرات والكحول. إن فهم كيف تغير العوامل البيئية الجينوم يمكن أن يلقي الضوء على سبل جديدة لعلاج الاضطرابات النفسية.
بيولوجيا الكم
عرف الفيزيائيون عن مثل هذه التأثيرات الكمية لأكثر من مائة عام ، عندما تتحدى الجسيمات حواسنا ، وتختفي من مكان وتعاود الظهور في مكان آخر ، أو تتواجد في مكانين في نفس الوقت. لكن هذه التأثيرات لا تُعزى إلى التجارب المعملية السرية. نظرًا لأن العلماء يشكون بشكل متزايد في أن ميكانيكا الكم قد تنطبق أيضًا على العمليات البيولوجية.
ربما يكون أفضل مثال على ذلك هو التمثيل الضوئي ، وهو نظام فعال رائع حيث تبني النباتات (وبعض البكتيريا) الجزيئات التي تحتاجها باستخدام الطاقة من ضوء الشمس. اتضح أن هذه العملية قد تعتمد فعليًا على ظاهرة "التراكب" ، حيث تستكشف حزم صغيرة من الطاقة جميع المسارات الممكنة ثم تستقر على أكثرها كفاءة. من الممكن أيضًا أن تعتمد الملاحة في الطيور ، وطفرات الحمض النووي (عبر النفق الكمومي) ، وحتى حاسة الشم لدينا على التأثيرات الكمية.
على الرغم من أن هذا مجال تخميني للغاية ومثير للجدل ، فإن أولئك الذينينتظر الممارسون اليوم الذي يمكن أن تؤدي فيه المعلومات المكتسبة من البحث إلى عقاقير وأنظمة محاكاة حيوية جديدة (تعد القياسات الحيوية مجالًا علميًا ناشئًا آخر حيث تُستخدم الأنظمة والهياكل البيولوجية لإنشاء مواد وآلات جديدة).
العلوم الاجتماعية والسلوكية
ما وراء المستوى الجزيئي والخلوي ، فإن فهم كيفية تأثير العوامل السلوكية والاجتماعية على المرض والصحة أمر حيوي لفهم الأمراض وعلاجها والوقاية منها. البحث في مثل هذه العلوم هو مجال كبير متعدد الأوجه ، ويغطي مجموعة واسعة من التخصصات والأساليب.
يجمع مفهوم برنامج التحليل الداخلي بين العلوم الطبية الحيوية والسلوكية والاجتماعية للعمل معًا لحل المشكلات الصحية المعقدة والعاجلة. ينصب التركيز على تطوير المجالات العلمية التي تستكشف العمليات السلوكية والمجالات النفسية والتطبيقية من خلال الطرق التالية:
- بحث حول تأثير المرض أو الحالة الجسدية على السلوك والأداء الاجتماعي.
- تحديد وفهم العوامل السلوكية المرتبطة ببدء وسير المرض.
- دراسة نتائج العلاج
- تعزيز الصحة وبحوث الوقاية من الأمراض.
- تحليل التأثيرات المؤسسية والتنظيمية على الصحة.
الأرصاد الجوية
مثل الأرصاد الجويةيهتم علماء المحيطات وعلماء الجيولوجيا الخارجية بدراسة العمليات الطبيعية التي تحدث على كواكب أخرى غير الأرض. الآن بعد أن تمكن علماء الفلك من إلقاء نظرة فاحصة على الأعمال الداخلية للأجسام القريبة ، أصبحوا قادرين بشكل متزايد على تتبع أنماط الغلاف الجوي والطقس. كوكب المشتري وزحل ، مع أنظمتهما المحتملة الكبيرة بشكل لا يصدق ، مرشحان رئيسيان للدراسة.
على سبيل المثال ، تحدث العواصف الترابية بانتظام على سطح المريخ. في هذا الاتجاه العلمي والتقني ، يدرس علماء الأرصاد الخارجية حتى الكواكب خارج نظامنا الشمسي. ومن المثير للاهتمام ، أنهم قد يجدون في النهاية علامات على وجود حياة خارج كوكب الأرض على كوكب خارج المجموعة الشمسية من خلال اكتشاف الإشارات العضوية في الغلاف الجوي أو المستويات المرتفعة من ثاني أكسيد الكربون - وهي علامات محتملة لحضارة العصر الصناعي.
علم المورثات الغذائية
علم المورثات الغذائية ، المعروف أيضًا باسم علم جينوم الطعام ، هو مجال ذو أولوية في العلوم. هذه دراسة للتفاعل المعقد بين الغذاء واستجابة الحمض النووي. في الواقع ، للطعام تأثير عميق على صحة الإنسان - ويبدأ حرفياً على المستوى الجزيئي. يسعى العلماء العاملون في هذا المجال جاهدين لفهم دور الاختلاف الجيني والاستجابة الغذائية والطرق التي تؤثر بها العناصر الغذائية على هياكلنا.
يعمل علم المورثات الغذائية في كلا الاتجاهين - تؤثر جيناتنا على تفضيلاتنا الغذائية والعكس صحيح. الهدف الرئيسي من هذا المجال من النشاط العلمي هو إنشاء التغذية الشخصية - مقارنة بين ماما نأكله ، بتكويناتنا الجينية الفريدة.
الاقتصاد المعرفي
لا يتعلق الاقتصاد عادة بالمعرفة العميقة ، ولكن هذا قد يتغير مع تكامل المجال مع تخصصات البحث التقليدية. لا ينبغي الخلط بين علم الاقتصاد السلوكي (دراسة طريقتنا في فعل الأشياء - ما نفعله - في سياق صنع القرار الاقتصادي) ، فإن الاقتصاد المعرفي يدور حول طريقة تفكيرنا. يعرف لي كالدويل ، الذي يكتب عن المنطقة ، الأمر على النحو التالي:
"الاقتصاد المعرفي (أو التمويل) … ينظر إلى ما يدور بالفعل في ذهن الشخص عندما يتخذ هذا الاختيار. ما هو الهيكل الداخلي لصنع القرار ، وكيف تدخل المعلومات إلى الوعي وكيف تتم معالجتها ، ثم ، في النهاية ، كيف يتم التعبير عن كل هذه العمليات في سلوكنا؟"
بطريقة أخرى ، الاقتصاد المعرفي هو الفيزياء التي يعتبر اقتصادياتها السلوكية هندسة. تحقيقا لهذه الغاية ، يبدأ العلماء العاملون في هذا المجال تحليلهم على مستوى أدنى ويشكلون الأنماط الدقيقة الأساسية لعملية صنع القرار البشري لتطوير نموذج للسلوك الاقتصادي على نطاق واسع. لمساعدتهم على القيام بذلك ، يبحث الاقتصاديون المعرفيون في المجالات ذات الصلة بالاقتصاد الحسابي والانضباط ، فضلاً عن الخطوط الرئيسية للبحث العلمي والتكنولوجي في العقلانية ونظرية القرار.
