2020-04-12
746
Термин "биология" образуется из двух греческих слов «bios» —жизнь и «logos» — знание, учение, наука. Отсюда и классическое определение биологии как науки, изучающей жизнь во всех ее проявлениях.
Биология исследует многообразие существующих и вымерших живых существ, их строение, функции, происхождение, эволюцию, распространение и индивидуальное развитие, связи друг с другом, между сообществами и с неживой природой.
Биология рассматривает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах: обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие, раздражимость, подвижность и т.д.
Методы исследований в биологии
Метод – это способ научного познания мира. Методы делятся на теоретические (логические) -требуют мышления, анализа, сравнения, обобщения и т.д. и практические (эмпирические) – требуют конкретных действий с применением или без различных приборов и инструментов. Разные области наук применяют разные методы в зависимости от поставленной цели исследования. Есть общенаучные методы, применяемые во многих науках (сравнение, анализ, описание, эксперимент, обобщение, наблюдение, моделирование и др.) Есть частнонаучные методы, применяемые в конкретной науке. Например, в цитологии: микрокопирование, цитогенетический метод, центрифугирование, в генетике: гибридизация, генеалогический метод, близнецовый метод, в селекции: инбридинг (близкородственное скрещивание), только в селекции растений метод ментора (передача качеств подвоя привитому растению), в биотехнологии: методы клеточной и генной инженерии.
|
|
|
| № | Метод | Суть метода | Для чего применяют | ||
| ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ | |||||
| 1 | Наблюдение | Визуально или с помощью приборов следят за различными объектами для достижения поставленной цели. | Для получения новых знаний, сбора фактов для описания объекта. Изучают сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных и т.д. | ||
| 2 | Описание | Устная или письменная характеристика объекта по результатам наблюдений | Получение и накопление информации об объектах, процессах | ||
| 3 | Сравнение | Сопоставление и нахождение сходств и различий между объектами (организмами, процессами и др.) | В систематике для распределения организмов по группам, для установления родства и общего происхождения. | ||
| 4 | Классификация | Распределение объектов по различным основаниям | Для упорядочивания имеющейся информации об объектах. | ||
| 5 | Анализ | Изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам | Для получения полной характеристики объекта, процесса, для дальнейшего обобщения полученных результатов | ||
| 6 | Эксперимент | В специальных условиях (управляемых и контролируемых) проводится опыт. Обязательно есть опытная группа, есть контрольная группа. | Для получения новых научных знаний, закономерностей, для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы | ||
| 7 | Измерение | С использованием приборов, инструментов определяют какие-то количественные характеристики объекта, процесса | Для дальнейшего их анализа, сравнения, сопоставления, нахождения причинно-следственных связей, для проведения мониторинга | ||
| 8 | Моделирование | Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Например, глобус –модель Земли, карта –модель ландшафта, можно создать модели молекул, организма, клетки. | Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки, оно менее затратное. | ||
| 9 | Мониторинг | Проведение регулярных измерений каких-то величин объектов (процессов организмов, популяций, экосистем, биосферы) | Позволяет выявлять изменения каких-либо параметров, показателей во времени. Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях. | ||
| 10 | Статистический | Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки (в популяциях численность, количество особей с определенными признаками, заболеваниями) | Позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры. | ||
| ЧАСТНОНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ
| |||||
| МЕТОДЫ ЦИТОЛОГИИ И БИОХИМИИ | |||||
| 11 | Световая микроскопия | Под световым микроскопом рассматриваются объекты (живые или на фиксированных препаратах) и процессы в живых клетках, пропуская через микропрепарат видимый свет | Для изучения строения клеток (формы, размеров, расположения ядра и хромосом, вакуолей, клеточной стенки, пластид, их количества). Для изучения процессов в живой клетке (митоз, мейоз, плазмолиз и др.) | ||
| 12 | Электронная микроскопия | Специально приготовленный неживой микропрепарат (химическим путем зафиксированный) рассматривается под электронным микроскопом (световой пучок заменяется электронным пучком). | Для визуального изучения тонкого строения органоидов клетки (рибосомы, ЭПС, лизосомы, митохондрии, плазматическая мембрана, микротрубочки, центриоли) и даже некоторых молекул. | ||
| 13 | Флуоресцентная микроскопия | Микропрепарат рассматривают через ультрафиолетовые лучи разной длины, которые окрашивают разные вещества в разные цвета. | Для определения содержания разных веществ в разных частях клетки, диагностирования заболеваний, для обнаружения патологий. | ||
| 14 | Центрифугирование | Пробирки с разрушенными клетками вращают под большой скоростью в центрифуге. Из-за разной массы и плотности органоидов клетки при вращении у них возникает разная центробежная скорость, поэтому в конце вращения органоиды в пробирке располагаются слоями. | Для выделения отдельных структур клетки в целях дальнейшего изучения их строения под электронным микроскопом. Более плотные, тяжелые части клетки (ядра) оказываются на дне пробирки, потом митохондрии (пластиды), лизосомы, рибосомы. | ||
| 15 | Цитохимический | Разными реактивами окрашивают препараты и изучают содержание разных веществ в разных клетках. | Для исследования химического состава клеток и тканей живых организмов, обнаружения патологий в тканях | ||
| 16 | Хроматография | Смесь проводят через неподвижное вещество (адсорбент). Разные молекулы веществ в составе смеси имеют разную массу и скорость движения в адсорбенте, поэтому разделяются. | Для определения составляющих компонентов смеси, их количества. Для разделения светопоглощающих пигментов (хлорофиллов а и в) в растениях. | ||
| 17 | Метод меченых атомов (авторадиография) | В организм вводятся молекулы веществ, содержащие радиоактивные изотопы, дающие излучения. Приборами отслеживаются перемещения этих веществ в организме в ходе обмена веществ (пластического и энергетического), фотосинтеза у растений. | Для изучения участия разных молекул в обменных процессах, их количества, движения в организме, мест накопления, путей выведения, а также определения характера биохимических.процессов | ||
| 18 | Рентгеноструктурный анализ | Через вещества пропускают рентгеновские лучи, которые рассеиваются и по характеру рассеивания (дифракции) лучей на экране можно узнать о пространственной структуре молекулы. | Для установления пространственной структуры молекул белков, ДНК и т.д. | ||
| 19 | Электрофорез в геле | Вещества проводят через гель, в котором есть электрическое поле. Отрицательно заряженные компоненты вещества начинают двигаться в сторону положительно заряженного электрода с разной скоростью и происходит их разделение | Для разделения составляющих компонентов вещества(белков, ДНК и др.), имеющих разные заряды. | ||
| МЕТОДЫ В ГЕНЕТИКЕ И ГЕНЕТИКЕ ЧЕЛОВЕКА
| |||||
| 20 | Гибридизация | Проводится скрещивание родительских особей, отличающихся по признакам, затем результаты скрещивания подвергаются математическому анализу, отслеживается проявление родительских признаков у потомства. | Для установления закономерностей наследственности, характера наследования признака (доминантность, рецессивность, промежуточный характер наследования) | ||
| 21 | Секвенирование | Выделяют разные по длине фрагменты ДНК, отличающиеся концевыми нуклеотидами, окрашивают нуклеотиды разными красителями, пропуская через фрагменты лазерные лучи получают цветную «картину» о последовательности нуклеотидов. | Для определения последовательности нуклеотидов во фрагменте ДНК | ||
| 22 | Генеалогический | Составляются родословные, в которых отмечены определенным цветом родители и потомство, имеющие изучаемый признак или являющиеся носителями гена. Отслеживается передача исследуемого признака в поколениях и определяется вероятность проявления признака в будущих поколениях. | Для определения вероятности проявления наследственных заболеваний (в целях профилактики). Для определения типа наследования заболевания (признака) -доминантность или рецессивность, сцепленность с полом или аутосомность Позволяет определить генотипы родителей и потомства. | ||
| 23 | Цитогенетический (Кариотипирование) | В клетках окрашиваются хромосомы в делящихся клетках на стадии метафазы и рассматриваются под световым микроскопом. Изучаемый кариотип сопоставляется с нормальным кариотипом. | Для изучения кариотипа (формы, количества и размеров хромосом у конкретных видов), для определения пола. Для предупреждения рождения детей с наследственными заболеваниями, вызванными изменениями в числе хромосом (геномные мутации) и в размерах хромосом (хромосомные мутации). | ||
| 24 | Близнецовый | Изучают однояйцовых (монозиготных) близнецов и выявляют их различия в фенотипе. | Для выявления влияния условий среды на формирование фенотипа. Так как у монозигот генотип полностью одинаковый, все различия в фенотипических признаков объясняются только влиянием условий среды. | ||
| 25 | Популяционно-статистический | Проводится сбор и анализ числовых показателей в популяциях (численность, количество особей с определенными признаками, заболеваниями и т.д.) | Позволяет получать информацию о состоянии популяций, о распространении отдельных генов и о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры. | ||
| МЕТОДЫ В ЭКОЛОГИИ
| |||||
| 26 | Биоиндикация | Изучают численность и состояние видов-биоиндикаторов, по которым можно судить о степени загрязненности воздуха, воды, почвы. | Позволяют оценивать качество природной среды по численности и состоянию видов-биоиндикаторов. Например, по лишайникам- о чистоте воздуха, по моллюскам- о чистоте воды, по хвощам- о кислотности почвы. | ||
| 27 | Биологическая борьба с вредителями | Для борьбы с вредителями растений используют их естественных врагов, паразитов. | Для сохранения биоразнообразия экосистем, предотвращения загрязнения окружающей среды химическими веществами, избирательного уничтожения вредителей. | ||
| 28 | Экологический мониторинг | Проведение регулярных измерений проб воды, почвы, воздуха, температуры и т.д., численности особей в популяциях, биоразнообразия экосистем и т.д. | Позволяет выявлять изменения каких-либо параметров, показателей во времени. Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях, в биосфере | ||
| МЕТОДЫ В БИОТЕХНОЛОГИИ | |||||
| 29 | Клеточная инженерия | Метод культуры тканей (микроклональное размножение) -выращивание клеток на питательных средах и получение каллусных тканей вне организма Метод гибридизации соматических клеток (скрещивание соматических клеток разных организмов и получение цитогибридов с нужными признаками). Клонирование -получение клонов – копий организма, из которого берут ядро соматической клетки и пересаживают в безъядерную яйцеклетку и из эмбриона выращивают клоны. | Репродуктивное клонирование – применяется для получения большого количества потомства от выдающихся животных. (эмбрион разделяют на части, затем пересаживают в организм суррогатной матери и получают много потомства от одного животного) Терапевтическое клонирование применяется для получения из стволовых клеток эмбриона донорских органов для дальнейшей трансплантации их донору. | ||
| 30 | Генная инженерия | Метод рекомбинантных ДНК (выделяют нужный ген, пересаживают в ДНК другого организма и получают у данного организма желаемый признак). Часто пересаживают ген в плазмиды (маленькие кольцевые ДНК) бактерий. | Применяется для производства нужных человеку продуктов (антибиотиков, кормовых белков, витаминов, аминокислот) или для создания организмов с желаемыми для человека полезными признаками. | ||
