|
     ЗАНЯТИЕ №1. Биология как наука. Роль биологии в жизни и практической деятельности человека. Признаки и свойства живого. Уровни организации живой природы. Систематика живого мира 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, клеточнойстенки, пластид, их количества). Для изучения процессов вживой
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 (гомогенат) вращают в центрифуге при разной скорости.
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
|
Биохимический
|
Анализ химического состава биологических жидкостей, клеток и тканей путем титрования и
проведения качественных реакций.
|
Для исследования химического состава биологических жидкостей, клеток и тканей
|
17
|
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 аи в) в растениях.
|
18
|
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
|
19
|
Рентгено- структурный анализ
|
Через вещества пропускают рентгеновские лучи, которые рассеиваются и по характеру рассеивания (дифракции) лучей на экране можно узнать
опространственнойструктуремолекулы.
|
Для установления пространственной структуры молекул белков, ДНК и т.д.
|
20
|
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
|
|
21
|
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)
|
22
|
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
|
23
|
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.
|
24
|
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).
|
25
|
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 признаках объясняются
только влиянием условий среды.
|
26
|
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
|
|
27
|
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.
|
 
28
|
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.
|
29
|
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 БИОТЕХНОЛОГИИ
|
|
29
|
Клеточная инженерия
|
Метод культуры тканей (микроклональное размножение) выращивание клеток растений на питательных средах и получение каллусных тканей вне организма.
Метод гибридизации соматических клеток (скрещивание соматических клеток разных организмов, пересадка органоидов в другие клетки)
Клонирование -получение клонов – копий организма, из
которого берут ядро соматической клетки и пересаживают в безъядерную яйцеклетку и из эмбриона выращивают клоны.
Микробиологический синтез.
|
Позволяет получать большое количество генетически однородный посадочный материал, сохранять и размножать редкие растения, размножать растения, трудно размножаемые традиционно.
Позволяет получать цитогибриды с нужными признаками. 3.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.
4. Синтез нужных человеку продуктов (кормовых белков, витаминов, ферментов и др.) с помощью микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов, дрожжей и т.д.)
|
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, гормонов, витаминов, аминокислот) или для создания организмов с желаемыми
для человека полезными признаками.
|
|
|
|
МЕТОДЫ В ПАЛЕОНТОЛОГИИ
|
|
|
31
|
Радиоуглеродное датирование
|
Разновидность метода радиометрического (радиоизотопного) датирования, путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14С по отношению к стабильным изотопам углерода. Метод основан на радиоактивных свойствах углерода. Живые организмы поглощают вместе с пищей и нерадиоактивный, и радиоактивный углерод, который постоянно вырабатывается в атмосфере из-за воздействия космических лучей на атмосферный азот. После гибели животного или растения обмен углеродом с окружающей средой прекращается, 14C в останках постепенно распадается, и по его остаточной удельной
активности можно оценить время гибели организма.
|
Применяется для определения возраста органических останков.
Примечание: радиоуглеродный метод применяется для определения останков возраст которых не превышает 60 тыс. лет.
Для определения возраста останков или горных пород, возраст которых исчисляется млн. лет применяют уран-свинцовый и калий-аргоновый методы, так как период их полураспада исчисляется млрд. лет
Но про последние заданий не было!
|
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ (более подробно пройдем по теме Эволюция)
|
32
|
Эмбриоло- гический
|
Особенности развития зародышей (эмбрионов) у разных групп организмов
|
Для определения родства, общего происхождения.
|
33
|
Палеонто-
логический
|
Изучение ископаемых останков древних
организмов
|
Для установления хода эволюции живых
организмов
|
34
|
Биогеогра- фический
|
Изучение и сравнение флоры и фауны на различных континентах, географических областях
|
По сходству флоры и фауны, уникальности видов (реликтовых, эндемичных) определяется ход эволюции
живого мира
|
35
|
Сравнительно- анатомический
|
Сравнивание общего плана строения организмов разных таксонов, изучение атавизмов и рудиментов, гомологии и аналогии
органов.
|
Для выяснения хода эволюции у разных организмов, установления родства, причин эволюционных изменений
|
         
Контролируемый эксперимент, независимые и зависимые переменные
Для решения имеющихся проблем в той или иной области сначала выдвигается гипотеза
 (предположение) и для ее подтверждения или опровержения проводится контролируемый эксперимент- научный тест, который проводится в контролируемых условиях, то есть когда все факторы влияющие на результат контролируются. При этом один (или несколько) факторов изменяются, в то время, как все остальные остаются постоянными. При проведении эксперимента обязательно есть контрольная группа и экспериментальная группа (группы).
Например, эксперимент по влиянию воды на прорастание семян. Берем два одинаковых горшка, наполняем одинаковым типом почвы и в каждый из них сажаем по десять семян бобов, а затем размещаем оба горшка на одном и том же месте. Разница была только в одном: один горшок с семенами поливали каждый день, а
другой горшок с семенами вообще не получал воды. Результат опыта на рисунке.
Независимые и зависимые переменные. Фактор, который выбирает или меняет сам экспериментатор и отличается между контрольной и экспериментальной группами (в данном случае количество воды), принято называть независимой переменной. Эта переменная независима, потому что она не зависит от того,чтопроисходитвэксперименте, то есть количество воды не зависит от роста семян.
Напротив, зависимая переменная в эксперименте - это реакция, которая измеряется, чтобы увидеть, оказало ли воздействие эффект. В этом случае доля проросших семян бобов является зависимой переменной. Зависимая переменная (доля прорастающих семян) зависит отнезависимойпеременной (количествоводы),аненаоборот.
Связь биологии с другими науками
Многообразие живой природы столь велико, что современную биологию нужно представлять как
комплекс наук. Биология лежит в основе таких наук, как медицина, экология, генетика, селекция, ботаника, зоология, анатомия, физиология, микробиология, эмбриология и др. Биология совместно с другими науками образовала такие науки, как биофизика, биохимия, бионика, геоботаника, зоогеография и др. В связи с бурным развитием науки и техники появляются новые направления изучения живых организмов, появляются новые науки, связанные с биологией. Это еще раз доказывает, что живой мир является многогранным и сложным и он тесно связан с неживой природой.
|
Скачать 1.44 Mb.