мни доклад. Архитектурностроительная бионика
 Скачать 27.23 Kb.
|
|
Биология – это совокупность естественных наук о жизни как особого явления природы. Современная биология – это не конкретная наука, а целая система дисциплин, изучающая объекты живой и неживой природы, их взаимодействие с окружающей средой. Науки, входящие в биологию, изучают все аспекты живых организмов: их классификацию, функционирование, структуру, происхождение, рост, распределение по планете, эволюцию. В последние десятилетия биология переживает период бурного развития, многие мыслители современности даже говорят о вступлении человечества на третий, «биологический» виток развития науки, когда большинство дисциплин будет иметь «биологический окрас». 1.Био́ника — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Бионика черпает вдохновение в мире живой природы — в биологических процессах, физиологии организмов, их поведении. Именно природа подкидывает ученым идеи для новых продуктов. Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике». Впервые термин был использован майором Джеком Стили в 1960 году на конгрессе ВВС США. Сегодня бионика играет важную роль в развитии медицины будущего: ученые сочетают биологические и искусственные материалы, превращая их в полноценные органы. Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Яркий пример шубной архитектурной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта. 2. Биокомпьютинг (или квазибиологическая парадигма) — биологическое направление в искусственном интеллекте, сосредоточенное на разработке и использовании компьютеров, которые функционируют как живые организмы или содержат биологические компоненты, так называемые биокомпьютеры. В отличие от понимания искусственного интеллекта по Джону Маккарти, когда исходят из положения о том, что искусственные системы не обязаны повторять в своей структуре и функционировании структуру и протекающие в ней процессы, присущие биологическим системам, сторонники данного подхода считают, что феномены человеческого поведения, его способность к обучению и адаптации, есть следствие именно биологической структуры и особенностей её функционирования. 3. Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии. Биоинженерия или биомедицинская инженерия — это дисциплина, направленная на углубление знаний в области инженерии, биологии и медицины и укрепление здоровья человечества за счёт междисциплинарных разработок, которые объединяют в себе инженерные подходы с достижениями биомедицинской науки и клинической практики. Биомедицина - раздел медицины, изучающий с теоретических позиций организм человека, его строение и функцию в норме и патологии, патологические состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения. Наномедицина занимается слежением, исправлением, конструированием и контролем над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя наноустройства и наноструктуры. В мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства. Биофармакология - раздел фармакологии, который изучает физиологические эффекты, производимые веществами биологического и биотехнологического происхождения. Фактически, биофармакология — это плод конвергенции двух традиционных наук — биотехнологии, а именно, той её ветви, которую именуют «красной», медицинской биотехнологией, и фармакологии, ранее интересовавшейся лишь низкомолекулярными химическими веществами, в результате взаимного интереса. Биоинформатика - совокупность методов и подходов, включающих в себя: математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика); разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика); исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем. Биоремедиация - комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов — растений, грибов, насекомых, червей и других организмов. Искусственный отбор - Избирательное допущение к размножению животных, растений или других организмов с целью выведения новых сортов и пород. Предшественник и основной метод современной селекции. Результатом искусственного отбора является многообразие сортов растений и пород животных. Клонирование - Появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток — клон. Долли — самка овцы, первое млекопитающее, успешно клонированное из клетки другой взрослой особи. Клонирование человека - прогнозируемая методология, заключающаяся в создании эмбриона и последующем выращивании из эмбриона людей, имеющих генотип того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего. Пока технология клонирования человека не отработана. В настоящее время достоверно не зафиксировано ни одного случая клонирования человека. Однако, уже сегодня есть методы, позволяющие с большой долей уверенности говорить, что в главном вопрос технологии решён. Оранжевая биотехнология или образовательная биотехнология применяется для распространения биотехнологий и подготовки кадров в этой области. Она разрабатывает междисциплинарные материалы и образовательные стратегии, связанные с биотехнологиями доступными для всего общества, в том числе для людей с особыми потребностями, например нарушениями слуха и / или ухудшением зрения. Гибридизация - процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Может осуществляться в пределах одного вида и между разными систематическими группами. Трансгенные растения — это те растения, которым «пересажены» гены других организмов. В качестве трансгенных животных чаще всего используются свиньи. Например, есть свиньи с человеческими генами — их вывели в качестве доноров человеческих органов. Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Клеточная инженерия — это направление в науке и селекционной практике, которое изучает методы гибридизации соматических клеток, принадлежащих разным видам, возможности клонирования тканей или целых организмов из отдельных клеток. Одним из распространенных методов селекции растений является метод гаплоидов — получения полноценных гаплоидных растений из спермиев или яйцеклеток. Получены гибридные клетки, совмещающие свойства лимфоцитов крови и опухолевых, активно размножающихся клеток. Это позволяет быстро и в нужных количествах получать антитела. Нанобиотехнологии — это раздел в нанотехнологиях, посвященный изучению воздействия наночастиц на живые системы, а также разработке способов моделирования и практического применения биологических наноструктур, наноявлений и нанопроцессов в экспериментальной биологии, медицине, экологии, сельском хозяйстве и других отраслях экономики. 4. Генотерапия — совокупность генноинженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Новые подходы к генной терапии соматических клеток можно поделить на две большие категории: генная терапия ex vivo и in vivo. Разрабатываются специфические лекарственные препараты на основе нуклеиновых кислот. Разработка таких мощных инструментов для генной модификации как CRISPR/Cas9 предоставили человечеству возможность в ближайшем будущем с помощью генной модификации успешно устранять причины наследственных заболеваний и повысить устойчивость организма к старческим заболеваниям. 5. Появление такой науки в будущем предрекал А. Л. Чижевский: «… из квантовой физики и квантовой химии должна будет родиться квантовая биофизика и квантовая биохимия, а из них — квантовая физиология, квантовая биология и, наконец, квантовая медицина…» Квантовая биология — направление биологии (официально не рассматриваемое как отдельное академическое направление) ставящее своей целью рассмотрение живых систем с позиции квантовой теории. Применяет термины квантовой механики к описанию таких биологических процессов и динамических молекулярных структур как поглощение электромагнитного излучения определенной частоты (например, фотосинтез и зрение); преобразование химической энергии в движение; магниторецепция у животных и броуновские моторы во многих клеточных процессах. 6. Меме́тика — теория содержания сознания и эволюции культуры, построенная по аналогии с генетикой и биологической теорией эволюции Дарвина и берущая начало из концепции мема, предложенной биологом Ричардом Докинзом в книге «Эгоистичный ген» (1976). Мемы, аналогичные генам в генетике, определяются как единицы культурной информации, заключённые в разуме одного или многих индивидов и способные воспроизводить себя, передаваясь от одного разума к другому посредством имитации, научения и др.. Меметика описывает содержание сознания как совокупность мемов, а эволюцию культуры – как эволюцию мемов и мемокомплексов, происходящую за счёт копирования, мутаций и естественного отбора мемов. 7. Нейропаразитология – раздел паразитологии, изучающий паразитов, изменяющих поведение хозяина-носителя. Если вам известно о токсоплазмах, поражающих в основном представителей семейства кошачьих, но также имеющих способность обитать и в других теплокровных существах (в этом числе люди и крысы), то вы знаете о такой науке, как нейропаразитология. Тот факт, что эти жуткие паразиты имеют свою собственную научную дисциплину, показывает их степень распространения в природе. Очень часто в данном процессе участвует и 3-я сторона. К примеру, Euhaplorchis californiensis подталкивает рыб к выпрыгиванию из воды для того, чтобы у болотных птиц появилась возможность поймать их и съесть. 8. Нейроэкономика (англ. Neuroeconomics) — междисциплинарное направление в науке на пересечении предметов экономической теории, нейробиологии и психологии. Она изучает процесс принятия решений при выборе альтернативных вариантов, распределении риска и вознаграждения. Нейроэкономика использует экономические модели для изучения мозга и достижения нейробиологии для построения экономических моделей. Отправной концепцией нейроэкономики послужила модель принятия простейших перцептивных решений (перевода взгляда обезьяной в сторону доминирующего движения точек на экране монитора), предложенная М. Шадленом и В. Ньюсамом. Результаты нейроэкономических исследований повлияли на возникновение нейромаркетинга — области нейроэкономики, сфокусированной на механизмах принятия решений потребителями и изучении влияния маркетинга 9. Нутригеномика Все больше людей в мире умирает от хронических неинфекционных болезней (диабет, онкологические и сердечно-сосудистые заболевания). Как раз поисками новых способов профилактики болезней и занимается нутриогеномика — наука о влиянии питания человека (или иных живых существ, например, домашних животных) на экспрессию генов. Ожидается, что определение биохимических путей взаимодействия пищи и генов позволит эффективно лечить неинфекционные заболевания (такие как диабет, рак, патологии сердечно-сосудистой системы) и предотвращать их развитие благодаря выявлению ранних маркеров нарушений в метаболизме и составлению индивидуального плана питания. 10. Регенеративная медицина — восстановление пораженной болезнью или повреждённой (травмированной) ткани с помощью активации эндогенных стволовых клеток или с помощью трансплантации клеток (клеточной терапии). Считают, что она способна коренным образом изменить способы улучшения здоровья путём восстановления, поддержания и улучшения функций органов и тканей. В последние годы регенеративная медицина представляет из себя самостоятельную бурно развивающуюся дисциплину. Установлено, что в жировой ткани человека имеются клетки, которые, будучи пересажены в печень, не только там успешно размножаются, но и синтезируют инсулин точно так же, как в нормальном случае это делают соответствующие клетки поджелудочной железы. Имеются опыты успешного применения стволовых клеток из здорового сердца свиньи для лечения повреждений её сердечной мышцы после того, как она испытала сердечный приступ. Инъекции эмбриональных стволовых клеток в спинной мозг мышей и крыс делают то, что до сих было невозможно: парализованные из-за повреждения спинного мозга грызуны вновь обретают подвижность. Трансплантация стволовых клеток с успехом применяется для восстановления зрения у пациентов с врожденными или полученными в результате болезней дефектами роговицы глаза. С 2004 г. в РНИМУ в рамках Российской межотраслевой программы «Клеточные технологии — медицине» изучается возможность использования клеточных культур фибробластов регенерации ран и восстановления кожи. 11. Синтети́ческая биоло́гия — новое научное направление в биологии, занимающееся проектированием и созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями, которые не имеют аналогов в природе. Система иммунитета CRISPR/Cas9, обнаруженная недавно у бактерий, служит им для защиты от вирусов. Генные инженеры приспособили ее для своих целей: они синтезируют молекулу РНК, служащую «репликой» выбранного участка гена, и соединяют ее с белком Cas9, который умеет разрезать ДНК. Поскольку введенная РНК узнаёт лишь свой фрагмент генома, она служит «системой точного наведения», и генетические «ножницы» доставляются в нужное место с ювелирной точностью. В отличие от прежних методов («цинковые пальцы» и TALEN), где разрезание и склейка генов происходит в пробирке, новая технология позволяет редактировать геном прямо в живом организме, причем одновременно в разных участках. 12. Вычислительная биология — это междисциплинарный подход, использующий достижения информатики (и вычислительной техники), прикладной математики и статистики для решения проблем, поставляемых биологией. Вычислительная биология стремится понять биологические процессы посредством языка математики. Это в равной степени используется и для других количественных систем, например, физики и информатики. Претерпев длительное историческое развитие, к XX в. биология пришла как мощная и разветвленная область научного знания, дифференцирующаяся на ряд дочерних дисциплин, обретших статус полновесных самостоятельных областей. |