В зависимости от предмета изучения биологию подразделяют на отдельные науки, характеризующиеся высочайшей специализацией и одновременно тесным взаимодействием.
Благодаря достижениям биологии всё большее значение приобретает биотехнология – новое направление материального производства. Достижения биотехнологии позволяют получать промышленным путём необходимые для человека вещества (антибиотики, гормоны и т.д.).
Достижения современной биологии
- Расшифрован геном человека и других организмов.
- Управление рядом генов бактерий и более высокоорганизованных организмов.
- Изменение генома сельскохозяйственных растений (ГМО и ТГ-организмы). .
- Клонирование животных.
Методы исследования в биологии
Главное отличие естественных наук, таких как биология, химия или физика, от гуманитарных, состоит в том, что в естественных науках для получения ответов на вопросы используется эксперимент. Эксперимент – один из наиболее важных методов, применяемых в биологии.
Для биологической науки характерны методы исследования.
Основные методы науки
|
1. Моделирование |
метод, при котором создается некий образ объекта, модель с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте. |
Создание из пластмассовых элементов модели ДНК |
|
2. Наблюдение |
метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте |
Наблюдать можно визуально, например за поведением животных. Можно наблюдать с помощью приборов за изменениями происходящими в живых объектах, например при снятии кардиограммы в течении суток. Наблюдать можно за сезонными изменениями в природе, например за линькой животных. |
|
3. Эксперимент (опыт) |
метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы. Это всегда получение новых знаний с помощью поставленного опыта. |
Скрещивание животных или растений с целью получения нового сорта или породы, проверка нового лекарства. |
|
4. Проблема |
вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведер к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации. |
Пример проблемы: «Как возникает приспособленность организмов к окружающей среде?» или «Каким образом можно подготовиться к серьезным экзаменам» |
|
5. Гипотеза |
предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если…тогда». |
«Если растения на свету выделяют кислород, то мы сможем его обнаружить с помощью тлеющей лучины, т.к. кислород должен поддерживать горение» |
|
6.Теория |
это обобщение основных идей в какой – либо научной области знания |
Теория эволюции обобщает все достоверные научные данные, полученные исследователями на протяжении многих десятилетий. Со временем теория дополняется новыми данными, развивается. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой. |
Частные методы в биологии
|
Математический |
Статистическая обработка полученных данных |
|
Исторический метод |
Установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходящими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет). |
|
Палеонтологический метод |
Позволяет выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях. |
|
Центрифуги рование |
Разделение смесей на составные части под действием центробежной силы. Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций органических веществ. |
|
Цитологический или цитогенетический метод |
Исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов. |
|
Хромотография |
Метод разделения и анализа смесей веществ , а также изучения физико-химических свойств веществ |
|
Телеметрический |
Способ дистанционного исследования различных процессов путем измерения параметров, характеризующих исследуемый процесс и передачи их на расстояние до определенного пункта, где осуществляется их обработка и использование.. |
|
Томографический |
Неразрушающее послойное исследование внутренней структуры объекта посредством многократного его просвечивания в разных пересекающихся направлениях |
Существует ряд методов, которые используются для исследования клетки.
Методы исследования клеток в цитологии
|
Метод |
Какие клетки |
Краткое описание метода |
Что изучается |
|
Световая микроскопия |
Неживые |
С помощью светового микроскопа достигается уволенное в 2000 - 2500 раз |
Многостороннее исследование клеточных структур и их функций |
|
Электронная микроскопия |
Неживые |
Вместо света используется быстрый поток электронов, а стеклянные линзы заменены электромагнитными полями |
Многостороннее исследование клеточных структур и их функций |
|
Прижизненной окраски |
Живые |
Проникая в клетку, каратели соединяются с белками, и вначале вся цитоплазма приобретает диффузную окраску, после чего некоторые красители откладываются в цитоплазме в виде гранул |
Выявляются изменения, происходящие в клетках и тканях при разных внешних воздействиях |
|
Микрохирургии |
Живые |
Разнообразные операции на клетках с использованием прибора микроманипулятора |
Для получения клонов Роль ядра и цитоплазмы в жизни клеток |
|
Микрохимический |
Любые |
Методы, с помощью которых производится определение от 10 до 0,01 мг вещества |
Содержание белков фосфора, аминокислот, нуклеиновых кислот, сахаров и т. д |
|
Ультромикро- химический |
Любые |
Методы, с помощью которых производится определение до 0,01 мг вещества |
Содержание в клетках белков, фосфора, аминокислот, нуклеиновых кислот, сахаров и т.д |
|
Рентгеноструктурного анализа |
Живые |
Основан на явлении дифракции рентгеновских лучей |
Строение молекул белков, нуклеиновых кислот и других веществ, входящих в состав цитоплазмы и ядра клеток |
|
Меченых атомов (авторадиография)
|
Живые |
В молекуле меченого вещества один из атомов замещен атомом того же вещества, но обладающим радиоактивностью. Благодаря тому, что эти изотопы обладают радиоактивным излучением, их можно легко обнаружить |
Синтез белков к нуклеиновым кислотам, проницаемость клеточной оболочки, локализации веществ в клетке и т.д |
Методы генетики
|
Генеалогический |
Применяется при составлении родословных людей, выявление характера наследования некоторых признаков |
|
Онтогенетический |
Изучение проявления гена в процессе онтогенеза |
|
Популяционный |
Изучение генетического состава популяций , выявление распространения генов в популяции, вычисление частоты аллелей и генотипов |
|
Цитологический или цитогенетический |
Исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов. |
|
Биохимический |
Исследование химических процессов, происходящих в организме. |
|
Близнецовый |
Используется для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Метод дает ценные результаты при изучении морфологических и физиологических признаков. |
|
Генная инженерия |
Использование природных или искусственно созданных генов |
|
Гибридологический |
Скрещивание организмов и анализ потомства |
Методы селекции растений
|
Массовый отбор |
Для перекрестноопыляемых растений |
|
Индивидуальный отбор |
Для самоопыляемых растений |
|
Инбридинг |
Самоопыление перекрестноопылителей для получения чистых линий |
|
Аутбридинг |
Неродственное скрещивание: межвидовое, межродовое для получения оптимальных комбинаций признаков |
|
Искусственный мутагенез |
Использование различных излучений и химических мутагенов для получения разнообразных мутаций |
|
Метод ментора |
«Воспитание» в гибридном сеянце нужных качеств, для чего сеянец прививают на растение-воспитатель (ментор): чем мощнее ментор, тем сильнее его влияние |
Методы селекции животных
|
Испытание по потомству |
Оценивают качества отцов-производителей, наблюдая многочисленное потомство |
|
Индивидуальный отбор |
По хозяйственно ценным признакам |
|
Инбридинг |
Скрещивание близких родственников |
|
Аутбридинг |
Скрещивание отдаленных пород |
|
Клонирование |
Из яйцеклетки удаляют ядро, пересаживают ядро клетки генетически ценного организма, трансплантируют эмбрион в матку любой самки того же вида |
|
Искусственное осеменение |
Используется для получения потомства от лучших производителей |
Биология изучает живые организмы. Какими же признаками они характеризуются? (ученики называют признаки живого, дают пояснения)
- Клеточное строение
- Единство химического состава
- Обмен веществ и энергии
- Самовоспроизведение или размножение
- Наследственность
- Изменчивость
- Рост и развитие
- Раздражимость
- Дискретность
- Саморегуляция
- Открытость системы
Итак, мы рассмотрели основные свойства живых организмов. Однако биологическая картина мира включает в себя и идею об уровнях организации живой природы. Какждый уровень специфичен и имеет свои характеристики и закономерности.
Уровни организации живой природы
|
Уровень организации |
Биологическая система |
Элементы, образующие систему |
Значение уровня в органическом мире |
|
1. Молекулярно - генетический |
Ген (макромолекула) |
Макромолекулы нуклеиновых кислот, белков, АТФ |
Кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии |
|
2. Клеточный |
Клетка |
Структурные части клетки |
Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов, биосинтеза белка. |
|
3. Тканевый |
Ткань |
Совокупность клеток и межклеточного вещества |
Разные виды тканей у животных и растений отличаются строением и выполняют различные функции. Изучение этого уровня позволяет проследить эволюцию и индивидуальное развитие тканей. |
|
4. Органный |
Орган |
Клетки, ткани |
Позволяет изучать строение, функции, механизм действия, происхождение, эволюцию и индивидуальное развитие органов растений и животных. |
|
5. Организменный |
Организм (особь) |
Клетки, ткани, органы и системы органов с их уникальными жизненными функциями |
Обеспечивает функционирование органов в жизнедеятельности организма, приспособительные изменения и поведение организмов в различных экологических условиях. |
|
6. Популяционно - видовой |
Популяция |
Совокупность особей одного вида |
Осуществляется процесс видообразования. |
|
7. Биогеоценотический (экосистемный) |
Биогеоценоз |
Исторически сложившаяся совокупность организмов разного ранга в сочетании с факторами окружающей среды |
Круговорот веществ и энергии |
|
8. Биосферный |
Биосфера |
Все биогеоценозы |
Здесь происходят все круговороты веществ и энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. |
