Методы биологических исследований Блаженко С.А., учитель биологии БОУ СОШ №1
Моделирование – метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте (Например, Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из отдельных элементов модель – двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических и биохимических исследований).
Наблюдение – метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (можно визуально наблюдать за поведением животных, с помощью приборов за изменениями в природе). Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.
Эксперимент (опыт) – метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы (получение новых знаний с помощью поставленного опыта): скрещивание организмов с целью получения нового сорта или породы, испытание нового лекарства.
Метод Измерения
Мониторинг – многоцелевое и длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта
Мониторинг Например, контроль наличия в средах предельно допустимых концентраций вредных для жизни организмов веществ длительный контроль содержания углекислого газа в атмосфере
Метод Сравнения
Описательный метод – описание и анализ конкретных биологических фактов и явлений.
Проблема – задача, требующая решения; всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации; ведет к получению нового знания. Сформулировать проблему бывает достаточно сложно, однако всегда, когда есть затруднение, противоречие, появляется проблема.
Проблема – задача, требующая решения; всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации; ведет к получению нового знания. Сформулировать проблему бывает достаточно сложно, однако всегда, когда есть затруднение, противоречие, появляется проблема.
Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы; проверяется экспериментально. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если … тогда». Теория – это обобщение основных идей в какой-либо области знания.
Со временем теории дополняются новыми данными, развиваются; могут опровергаться новыми фактами или подтверждаться практикой.
- Частные научные методы: Генеалогический Исторический Палеонтологический Центрифугирование Цитологический Цитогенетический Биохимический
- Генеалогический метод – применяется при составлении родословных, выявлении характера наследования признаков.
- Исторический метод – установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени.
- Палеонтологический – метод, позволяющий выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в разных геологических слоях земной коры.
Центрифугирование – разделение смесей на составные части под действием центробежной силы; применяется при разделении органоидов клетки, фракций (составляющих) органических веществ и т.д.
Цитологический метод – исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов.
Микроскопия Оптическая микроскопия (увеличение – 8 000 раз, минимальный размер объекта – 0,2 мкм). Электронная микроскопия (увеличение – 100 000 раз, толщина препаратов не больше 500 х 10-8 см).
Флуоресцентная микроскопия – для изучения микроструктур клетки используют специальные флуоресцентные красители и флуоресцентный микроскоп.
Сканирующая микроскопия – использование сканирующего электронного микроскопа для получения объёмных изображений клетки.
Методы генетики Гибридологический Генеалогический Близнецовый Цитогенетический Биохимический Популяционно-статистический
Гибридологический (скрещивание определенных организмов и анализ их потомства, этот метод использовал Г.Мендель).
Близнецовый метод – сравнение однояйцевых близнецов, позволяет изучать модификационную изменчивость (определять воздействие генотипа и среды на развитие ребенка).
Цитогенетический метод – изучение под микроскопом хромосомного набора – числа хромосом, особенностей их строения. Позволяет выявлять хромосомные болезни, например, при синдроме Дауна имеется одна лишняя 21-ая хромосома.
Биохимический метод – исследование химических процессов, происходящих в организме.
Популяционно-статистический метод – изучение доли различных генов в популяции. Основа на законе Харди-Вайнберга. Позволяет рассчитать частоту нормальных и патологических фенотипов.
Химические методы Центрифугирование Хроматография Электрофорез в геле Метод меченных атомов Метод культуры клеток и тканей Метод рекомбинантных ДНК
Хроматография Хроматография – метод, основанный на разной скорости движения через адсорбент растворенных в специальном растворе веществ; при пропускании такого раствора через адсорбент каждое вещество из смеси передвигается на определенное расстояние в зависимости от своей молекулярной массы (в качестве адсорбента используют волокна фильтровальной бумаги, порошок целлюлозы и др.).
Электрофорез в геле – разделение смеси веществ в растворе с помощью электрического тока.
Метод меченных атомов – введение радиоактивного изотопа какого-либо химического элемента в состав вещества для того, чтобы проследить путь его превращений в клетке.
Метод культуры клеток и тканей – изучение живых клеток под микроскопом вне организма (рост, размножение, выделение факторов роста, получение клеточных гибридов и др.).
- Метод культуры клеток и тканей
- Метод рекомбинантных ДНК – изучение тонких механизмов клеточных процессов, функций генов путем встраивания ДНК исследуемых объектов в генетический аппарат бактерий или вирусов (генная биоинженерия).
- Молекулярно – генетический метод
- Секвенирование
- Эмбриологический метод Изучение зародышей организмов для установления их филогенетического родства; установление закономерностей развития зародышей позвоночных животных
- Мутагенез воздействие на семена пшеницы рентгеновскими лучами в условиях эксперимента.
Биогеографический метод Изучение реликтовых форм для установления эволюции организмов; изучение флоры и фауны континентов (эндемики озера Байкал) Биогеография дает в руки исследователей методы, позволяющие проанализировать общий ход эволюционного процесса в самых разных масштабах. Островные формы.
Фауна и флора островов оказывается тем более своеобразной, чем глубже и дольше эти острова были изолированы от основной суши, наличие эндемиков. Реликты. О флоре и фауне далекого прошлого Земли свидетельствуют и реликтовые формы.
Реликты – отдельные виды или небольшие группы видов с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп прошлых эпох.
Эндемики обитают на относительно ограниченном ареале, представлены небольшой географической областью.
Реликтовые формы
1. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Статистический Распространение признака в популяции ? Определение числа хромосом в кариотипе
ОТВЕТ: цитогенетический
2. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Микроскопия Определение количества эритроцитов в пробе крови человека ? Определение передачи признаков в нескольких поколениях человека
ОТВЕТ: генеалогический; родословных
3. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Биогеографический Изучение реликтовых форм для установления эволюции организмов ? Подбор родительских пар для скрещивания и анализ потомства
ОТВЕТ: гибридологический
4. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Палеонтологический Составление филогенетических рядов организмов ? Установление наследования дальтонизма в семье человека в ряду поколений
ОТВЕТ: генеалогический; родословных
5. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Научный метод Применение метода Биохимический Анализ содержания химических элементов в клетках различных организмов ? Изучение поведения животных в естественных условиях
ОТВЕТ: наблюдение
6. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Цитогенетический Изучение структуры хромосом ? Изучение зародышей организмов для установления их филогенетического родства
ОТВЕТ: эмбриологический; сравнительно – анатомический; сравнительно – эмбриологический
7. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Частнонаучный метод Применение метода Близнецовый Определение роли факторов среды в формировании фенотипа человека ? Изучение особенностей фаз митоза на фиксированном препарате
ОТВЕТ: микроскопия
8. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Методы Применение методов ? Сезонные изменения в живой природе Близнецовый влияние условий среды на развитие признаков
ОТВЕТ: наблюдение
9. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Гибридологический Закономерности наследования признаков Избирательное изучение органоидов клетки
ОТВЕТ: центрифугирование
10. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Изучение строения клеток кожицы лука Биохимический определение уровня гемоглобина в крови
ОТВЕТ: микроскопирование; микроскопия
11. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Популяционно-статистический Изучение распространения признаков популяции —- Определение количества сахара в крови
ОТВЕТ: биохимический; титрование
12. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов близкородственное скрещивание (инбридинг) закрепление наследственных свойств воздействие на семена пшеницы рентгеновскими лучами в условиях эксперимента
ОТВЕТ: мутагенез
13. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Гибридологический Закономерности наследования признаков Вероятность распространения гена в популяции
ОТВЕТ: популяционно-статистический
14. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов микроскопия Изучение строения клеток кожицы лука определение уровня гемоглобина в крови
ОТВЕТ: биохимический
15. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Степень влияния среды на организм Статистический Распространение признака в популяции
ОТВЕТ: близнецовый
16. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы биологии Пример методов определения сроков и путей миграции птиц мониторинг длительное наблюдение за амурским тигром
ОТВЕТ: кольцевание; мечения
17. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов изучение структуры генов, их количества и расположения в молекуле ДНК Статистический Распространение признака в популяции
ОТВЕТ: микроскопирование
18. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Методы Применение методов Разделение веществ с помощью электрического тока Статистический Распространение признака в популяции
ОТВЕТ: электрофорез
19. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин. Метод Пример Выявление генных мутаций Генеалогический Анализ родословных
ОТВЕТ: популяционно-статистический
20. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Методы Применение методов Биохимический Изучение активности фермента ? Определение структуры митохондрии
ОТВЕТ: микроскопирование; микроскопия
21. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Методы Применение методов Цитогенетический Исследование хромосомных и геномных мутаций ? Изучение характера наследования признаков человека
ОТВЕТ: генеалогический; родословных
22. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком. Методы Применение методов Молекулярно – генетический Изучение молекулы ДНК ? Разделение клеточных структур
ОТВЕТ: центрифугирование
23. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком.
Методы Применение методов ? Разделение основных пигментов из экстрата листьев Центрифугирование Разделение клеточных структур
ОТВЕТ: хроматография; хроматографический
23. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком.
Методы Применение методов ? Метод конструирования клеток нового типа на
основе их культивирования, гибридизации и
реконструкции. Запишите только тип
инженерии.
Метод культуры
тканей Выращивание из одной соматической клетки,
помещенной на питательную среду, целого
организма.
ОТВЕТ: клеточная
23. Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком.
Методы Применение методов Эксперимент Создание И.П. Павловым учения об условных
рефлексах ? Снятие кардиограммы сердца человека в
течение суток
Методы исследования в биологии. Урок 1
Изучать природу – сложная задача. С давних времён люди говорили о «научном методе», используемом ими для этого. Сегодня учёные склоняются к мысли, что в понимании природных явлений нет никакого научного метода. Исследователи пытаются быть объективными при анализе собранных ими данных. Но поскольку сами учёные являются людьми, это не всегда получается. Однако наука – дело коллективное. Результаты одного человека всегда перепроверяются другими людьми. И если они не могут быть повторены, то отвергаются. Методы исследования в биологии похожи на методы всех наук, изучающих природу. Поиск истины – нескончаемая дорога длиною в период существование человечества. Как же биологи изучают природу? Какими путями они двигаются к истине?
При помощи описания
Классическое видение научного метода состоит в том, что наблюдения ведут к гипотезам, которые в свою очередь дают экспериментально проверяемые теории. Это и есть основные и самые старые методы исследования в биологии.
Так беспристрастно оцениваются идеи, чтобы прийти к точным взглядам на природу. Однако большая часть науки является чисто описательной: чтобы понять что-то, нужно первым делом это что-то описать как можно подробнее.
Описание предполагает наблюдение, сравнение, прослеживание изменения объекта или явления в историческом плане, применение приборов: микроскопов, радиолокаторов, центрифуг и др.
| Методы биологии как науки | ||
| Общие с другими науками | Специфические | |
| Эмпирические (полученные через органы чувств, идущие от опыта) |
Теоретические |
|
|
|
Примером описательной науки является изучение биоразнообразия. В настоящее время предпринимается попытка классификации всего живого на Земле. И этот проект является чисто описательным.
Одним из важных достижений биологии на заре ХХI века была расшифровка последовательности генов в геноме человека. Много новых гипотез о природе человека возникло и ещё возникнет после этого. Для их изучения потребуется много экспериментов. Но сама расшифровка генома – пример описательного метода исследования в биологии.
Методы дедукции и индукции при исследованиях в биологии
Прийти к логическому выводу можно двумя прямо противоположными путями: при помощи дедуктивных и индуктивных рассуждений. Биология использует оба этих метода, хотя дедукция первоначально должна иметь базу из гипотез.
Дедуктивные рассуждения как метод исследования в биологии
При дедуктивном рассуждении объект рассматривается от общего к частному.
Более 2200 лет назад греческий мыслитель Эратосфен, используя эвклидову геометрию и дедуктивные рассуждения, точно высчитал окружность Земли.
Дедуктивные рассуждения – это мышление, основанное на достижениях математики и философии, оно используется для проверки обоснованности общих идей для всех отраслей знаний.
Например, если вы знаете, что все млекопитающие имеют волосы, а вы найдёте животное, у которого нет волос, тогда вы можете заключить, что изучаемый вами организм не является млекопитающим. Биолог использует дедуктивные рассуждения, чтобы исключить образец из общего, используя характеристики ранее изученной группы.
Индуктивные и дедуктивные рассуждения
Индуктивные рассуждения
В индуктивном рассуждении логика течёт в противоположном направлении, от частного к общему. При этом используются общие научные наблюдения для построения научных принципов. Например, если у пуделя есть волосы, у терьера есть волосы и у каждой собаки, которую мы наблюдаем, есть волосы, тогда мы можем заключить, что у всех собак есть волосы.
Индукция приводит к обобщениям, которые затем можно проверить. Индуктивные рассуждения стали важны в науке с 1600 годов, когда Френсис Бэкон, Исаак Ньютон и другие начали использовать результаты конкретных экспериментов для получения общих выводов об устройстве мира.
Наука основывается на гипотезах
Основываясь на гипотезах, наука проверяет прогнозы. Тестируя альтернативные предложения, она находят истинные утверждения. Если предположения не подтверждаются экспериментально, то они отвергаются как несоответствующие действительности. Методы исследования в биологии и других науках применяют для доказательства этих гипотез. Рассмотрим последовательность доказательства гипотез.
Рождение гипотез
- После тщательного наблюдения, учёные строят гипотезу. Гипотеза – это предположение, которое может быть истинным. Те из них, которые пока не опровергнуты, являются правильными. Они полезны, потому что соответствуют известным фактам. Но от них отказываются, если в свете новой информации они будут признаны неправильными.
Гипотезы постоянно уточняются новыми данными. Например, генетики Джордж Бидл и Эдвард Тейтум выдвинули гипотезу, что информацию об одном ферменте кодирует один ген. Позже молекулярная гипотеза была изменена.
Оказалось, что фермент может состоять не из одного, а из нескольких полипептидов. Под влиянием новых данных гипотеза изменилась: «один ген – один полипептид».
Другие исследователи доказали, что один ген может кодировать информацию не об одном, а о нескольких белках и гипотеза снова была уточнена.
- Проверка гипотезы. Проверяют гипотезы при помощи эксперимента. Предположим, что вы входите в тёмную комнату. Чтобы понять, почему там темно, вы предполагаете несколько гипотез. Первая может быть: «В комнате нет света, потому что выключен выключатель». Альтернативная гипотеза может быть такой: «В комнате нет света, потому что сгорела лампочка». Третья гипотеза: «Я ослеп». Чтобы проверить эти гипотезы, вы проведёте эксперимент, предназначенный для устранения одного из предположений. Повернув выключатель и не увидев света, вы убедитесь, что первая из гипотез неверна. Однако это не доказывает, что любое из оставшихся двух предположений верно, а только позволяет точно исключить и отвергнуть одно из них. При изучении биологии вы будете сталкиваться со многими гипотезами, выдержавшими испытание экспериментом. Многие из них будут пересмотрены в будущем по мере поступления новых данных. Биология, как и любая наука, находится в постоянном движении. С появлением новых идей, старые уточняются или заменяются.
3. Уточняющий эксперимент. Часто учёные исследуют процессы, которые зависят от многих факторов или переменных. При проверке одной переменной во время эксперимента изменяют только её, остальные переменные оставляют такими как были. При этом проводят параллельно два эксперимента: тестовый и контрольный.
В тестовом эксперименте проверяемую переменную изменяют, в контрольном оставляют прежней. Любая разница в результатах этих экспериментов произойдёт под влиянием изменения исследуемой переменной.
Большая часть проблем экспериментальной науки возникает из-за изолирования исследуемой переменной от других привычных факторов, которые влияют на процесс.
- Полезность гипотезы. Научная гипотеза должна быть не только обоснованной, но и полезной, она должна дать нам те знания, которые нам нужны. Гипотеза наиболее полезна, если её можно подтвердить экспериментально и лучше, если проверки она выдержит не один раз. Если проверка даёт результаты несовместимые с первыми данными, то гипотеза должна быть отклонена или изменена.
Пример: в ранней истории микробиологии учёные заметили, что бульон, оставленный открытым на воздухе, портится. Для объяснения явления были предложены две гипотезы: жизнь зарождается в нём самопроизвольно или микробы попали в него из воздуха. Гипотезы были проверены экспериментами, которые включали фильтрацию воздуха и кипячение бульона.
Окончательный эксперимент был проведён Луи Пастером. Он соорудил колбу с изогнутым носиком, который пропускал воздух, но препятствовал проникновению любых бактерий. Бульон в колбе кипятили для стерилизации, он оставался чистым. Но стоило отломить носик, как он снова загрязнялся.
Так была окончательно опровергнута гипотеза спонтанного зарождения жизни.
Редукция больших систем на составные части
Чтобы понять сложную систему, учёные исследуют её составные части. Такой подход применила биохимия при успешной разгадке сложного механизма функционирования клеточной мембраны. Она сконцентрировала внимание на транспорте веществ и специфических ферментах. Путём анализа всех отдельных данных учёные получили общую картину работы мембраны.
Редукционизм имеет ограничение в применении относительно живых систем. Например ферменты нельзя изучать в изоляции от живой клетки и организма в целом.
Есть такие системы, функции которых нельзя предсказать на основе работы их деталей. Например работу полисом нельзя предсказать на основе анализа отдельных белков и РНК, являющихся их составными частями.
А изучение одного голубя не приведёт к познанию жизнедеятельности всей голубиной стаи.
Эта область системной биологии использует математические и вычислительные модели, чтобы имея дело с целым, понимать его взаимодействующие части.
Изучаем части, чтобы понять целое
Метод моделирования в исследовании в биологии
Модели используются в биологии для объяснения жизнедеятельности живых систем. Генетики строят модели взаимодействующих сетей белков и контролирующую их экспрессию генов. Они даже рисуют смешные мультяшные фигуры, чтобы представлять то, что невозможно увидеть.
Популяционные биологи создают модели того, как происходят эволюционные изменения. Цитологи строят модели путей передачи сигнала и событий, ведущих от внешних сигналов к внутренним процессам клетки. Молекулярные биологи строят модели структуры белков и микромолекулярных комплексов клетки. Для уточнения и тестирования модели проводят эксперимент.
Природа научных теорий
Слово теория используется учёными в двух случаях:
- если она является объяснением некоторых природных явлений, часто основанных на общих принципах. Например, принцип, впервые предложенный Ньютоном – теория гравитации. Словом теория часто объединяют понятия, которые раньше считались несвязанными;
- как совокупность взаимосвязанных концепций, поддерживаемых научным мышлением и доказанных экспериментом, объясняющим факты в какой-либо области исследования. Такая теория обеспечивает основу для дальнейшего получения знаний. Например, квантовая теория в физике объединяет набор представлений о природе мироздания, объясняет экспериментальные факты и служит руководством к дальнейшим поискам ответов на вопросы при помощи экспериментов.
Для учёного теория является прочной основой науки, несущей идеи, в которых мы больше всего уверены. Широкая публика в слове теория понимает обратное – догадку, неуверенность в знаниях. Эта разница часто приводит к путанице.
Некоторые «критики» за пределами науки, пытаются дискредитировать эволюцию, говоря, что это «всего лишь теория».
Имея в виду, что это гипотеза о том, что эволюция произошла, а не то, что подкреплено неопровержимыми доказательствами.
Современная эволюционная теория – это сложный комплекс идей, важность которых распространяется далеко за пределы самой эволюции. Её ответвления пронизывают все отделы биологии, она обеспечивает концептуальные рамки, которые объединяют науку биологию в целом. Суть в том, что эволюционная теория основывается на достоверных фактах наблюдения и доказана неоднократными экспериментами.
Фундаментальные и прикладные исследования
В прошлом было модно говорить о «научном методе изучения биологии», который состоит из упорядоченной последовательности логических шагов. Каждое из двух предположений проверяется, а тестирование приводит к определённому научному ответу. Если бы это было так, то хорошим учёным стал бы компьютер.
Но наука не делается компьютерами. Человек обладает способностью к воображению, он может предположить то, что правда может быть. Из-за того, что у одних людей принципиальность и воображение развиты намного сильнее, чем у других, они выделяются среди учёных, как Клод Моне выделяется среди художников.
Одни учёные проводят исследования, призванные расширить границы того, что мы знаем. Такие исследования называются фундаментальными. Они работают в университетах и их работы обычно поддерживаются грантами. Информация, полученная в результате фундаментальных исследований, способствует расширению научных знаний, обеспечивает фундамент фонда, используемого прикладными науками.
Проведение прикладных изысканий используется в практических целях, например ради производства пищевых добавок, создания новых лекарств или тестирования качества окружающей среды. Результаты исследования записываются и представляются общественности. Они проверяются и допускаются для использования на практике.
Конкретные методы исследования в биологии
Вода
ЕГЭ/Биология
Животные
Климат
ОГЭ география
Растения
Реки
Методы биологических исследований
Когда мы говорим о биологии, мы говорим о науке, которая занимается исследованием всего живого. Все живые существа, включая ареал их обитания, изучаются. Начиная от строения клеток и заканчивая сложными биологическими процессами, все это является предметом биологии.
Рассмотрим методы исследования в биологии, которые на данный момент используются.
Методы биологических исследований включают в себя:
- Эмпирические/экспериментальные методы
- Описательные методы
- Сравнительные методы
- Статистические методы
- Моделирование
- Исторические методы
Эмпирические методы заключаются в том, что объект опыта подвергается изменению условий его существования, а потом, учитываются полученные результаты.
Эксперименты бывают двух видов в зависимости от их места проведения: лабораторные эксперименты и полевые эксперименты.
Для проведения полевых экспериментов используются естественные условия, а для проведения лабораторных экспериментов, используется специальное лабораторное оборудование.
Описательные методы основываются на наблюдение, с последующим анализом и описанием феномена. Этот метод позволяет выделить особенности биологических явлений и систем. Это один из самых древних методов.
Сравнительные методы подразумевают сравнение полученных фактов и явлений с другими фактами и явлениями. Сведения получаются путем наблюдения. В последнее время стало популярно применять мониторинг. Мониторинг это постоянное наблюдение, которое позволяет собрать данные, на основе которых будет проводиться анализ, а потом прогнозирование.
Статистические методы также известны под названием математические методы, и используются для того, чтобы обработать данные числового характера, которые были получены в ходе эксперимента. Кроме этого, данный метод применяется для того, чтобы убедиться в достоверности определенных данных.
Моделирование это метод, который в последнее время принимает большие обороты и подразумевает работать с объектами путем представления их в моделях. То, что нельзя анализировать и изучать впоследствии эксперимента, то можно узнать путем моделирования. Частично используется не только обычное моделирование, а также математическое моделирование.
Исторические методы основываются на изучение предыдущих фактов, и позволяют определить существующие закономерности. Но так как не всегда один метод оказывается достаточно эффективным, принято эти методы совмещать для получения лучших результатов.
Вот мы и рассмотрели основные методы исследований в биологии. Очень надеемся, что данная статья была для вас интересной и познавательный. Свои вопросы и замечания обязательно пишите в х.
Биология заботится обо всех живых существах и, особенно о человеке, а Урсосан (http://www.ursosan.ru/)заботится о его печени. Урсосан поможет в лечении
Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:
Биология в лицее
Методы биологических исследований
Традиционные методы в биологии. Биология — наука, добывающая сведения о живой природе разными методами исследований. Метод (греч. methodos — «путь к чему-либо») — это способ достижения цели. Методы выражают определенным образом упорядоченную деятельность исследователя в раскрытии сути явлений.
Любое биологическое исследование включает наблюдение, сравнение, описание и эксперимент. Наблюдение и описание обеспечивают накопление фактического материала, отражающего предметы и явления природы.
Метод сравнения дает возможность выявлять сходство и различия между организмами, видами, другими биосистемами и их частями.
Эксперимент позволяет активно изучать природные явления жизни с помощью опытов и проверять гипотезы, выдвигаемые в результате наблюдения, сравнения и других методов исследований.
Биологические исследования проводят в полевых (природных) условиях и в лаборатории. Все полученные результаты подвергают количественному и качественному анализу.
В полевых условиях можно не только проводить наблюдения, но и ставить эксперимент. Эксперимент особенно широко используют растениеводы: создают различные условия минерального питания, меняют сроки посева и способы полива, выявляя агротехнику более эффективного выращивания культивируемых растений.
В экологических исследованиях основными выступают методы количественного учета живых организмов, популяций, биогеоценозов.
Лабораторные исследования широко применяются во всех отраслях биологии. Самым распространенным инструментом при этом был и остается микроскоп.
За многолетнюю историю микроскопических исследований накоплен огромный практический опыт, разработана масса методик подготовки препаратов (фиксация различными химикатами — формалином, спиртом, хлороформом и др. ; окрашивание йодом, эозином, гематоксилином и др.
), созданы специальные приборы для приготовления особо тонких срезов (микротомы), для зарисовок (рисовальные аппараты), для определения размеров клеток и органоидов (окуляр-микрометры) и множество других.
Специальные приборы позволяют изучать в лабораториях биохимические процессы в тканях и клетках организмов, электромагнитные свойства органов и тканей, обмен веществ и энергии в живых особях и многие другие процессы.
Этапы проведения биологического эксперимента
| Этап | Описание |
| 1. Постановка проблемы | Выработка четкой постановки проблемы. |
| 2. Предполагаемое решение, формулирование гипотезы | Формулирование ожидаемых результатов и их научного значения с опорой на уже известные данные |
| 3. Планирование эксперимента | Разработка порядка проведения эксперимента: разработка последовательности осуществления отдельных этапов исследования |
| 4. Проведение эксперимента | Подбор необходимых биологических объектов, приборов, реактивов. Проведение различных этапов эксперимента. Сбор и запись наблюдений, измеряемых величин и результатов |
| 5. Подведение итогов | Сравнение полученных результатов с гипотезой, научное объяснение результатов, формулирование выводов |
Метод моделирования в биологии. В настоящее время в различных отраслях биологической науки широко используют метод моделирования (фр. modele — «образец», «прообраз»), когда на специально созданной модели воспроизводят характеристики изучаемого объекта.
При этом между моделью и объектом, интересующим исследователя, должно быть известное подобие. Моделирование широко используется, если объект исследования очень сложный (многокомпонентный) или труднодоступный для непосредственного наблюдения.
В этих случаях моделирование помогает не только выявить свойства и взаимозависимости изучаемого объекта, но и представить его характеристики в изменяющихся условиях.
Модель не копирует, а имитирует реальность. Моделирование позволяет экспериментировать с объектом, использовать процессы или явления, недоступные для непосредственного наблюдения.
Методами имитационного моделирования (особенно с применением компьютеров), изменяя условия или компоненты объекта, можно получить достаточно надежные количественные прогнозы, например возможной численности популяции, математических закономерностей в системах «хищник — жертва», «паразит — хозяин», устойчивости структуры биосистем. Моделирование особенно широко используется в исследованиях биосферы.
Мониторинг в биологических исследованиях. В исследованиях состояния природы применяется мониторинг (лат. monitor — «предостерегающий») — многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта.
Мониторинг необходим для выявления загрязнения окружающей среды, установления изменений в видовом разнообразии в биогеоценозах для обнаружения и спасения редких, исчезающих биологических видов на нашей планете.
При проведении мониторинга наряду с биологическими методами используются физические, химические, географические, космические (например, зондирование с искусственных спутников, космических кораблей).
Проведение многих биологических исследований требует особых навыков, а также внимания, терпения и тщательности в работе. Однако известно немало открытий, сделанных в биологии очень молодыми людьми, студентами и даже школьниками. Вы также можете провести настоящее исследование с наблюдением и экспериментом и подготовить отчет о его результатах.
Каждый исследователь обязательно ведет дневник наблюдений (его также называют полевым дневником). По многовековой традиции принято делать все записи простым карандашом, так как такие записи не пропадут, даже если дневник намокнет под дождем, упадет в снег, пропитается формалином или долго пролежит на ярком солнце. Никакие чернила не выдержат подобных испытаний.
Все собранные данные необходимо грамотно обработать. Для этого созданы специальные математические формулы, которые позволяют подтвердить достоверность статистических биометрических расчетов.
Как правило, достоверность результатов основана на большом числе фактов. Чем больше проведено измерений, тем выше достоверность их среднего показателя.
Результаты обобщают и для наглядности оформляют в таблицы, графики и диаграммы.
Загрузка...
