Кроссворд значение практической биологии методы биологических исследований. Методы биологических исследований. Значение биологии для медицины
Цели и задачи биологии - первое, что необходимо уяснить, приступая к изучению данной науки. Это основа, на которой строятся все дальнейшие знания. биологии, а также ее предмет, методы и значение будут рассмотрены в данной статье.
Для начала обратимся к истории. Впервые предложил Ж. Б. Ламарк, французский ученый. Он использовал его в 1802 году для обозначения науки, которую интересует жизнь в качестве особого явления природы. Задачи современной биологии весьма обширны. Она представляет собой целый комплекс наук, занимающихся изучением живой природы, законов ее развития и существования.
Характерные черты биологии
Для этой науки характерны:
- тесное взаимодействие с различными дисциплинами, входящими в ее состав;
- высокая специализация;
- интеграция.
Сегодня интересующая нас наука постоянно обогащается новыми обобщениями, теориями, фактическим материалом.
Главная задача биологии
Задачи современной биологии весьма разнообразны, однако основная из них - познание законов, по которым протекает эволюция. Дело в том, что органический мир с момента появления жизни на земле меняется. Он постоянно развивается в результате действия естественных причин. Биосфера играет большую роль в формировании гидросферы, атмосферы, в создании лика земли.
Другие задачи
Можно выделить следующие основные задачи биологии:
- изучение биоцинозов;
- управление живой природой;
- исследование механизма, с помощью которого происходит саморегуляция;
- изучение функции и структуры клетки;
- исследование важнейших жизненных явлений, происходящих на уровне молекул (раздражимость, наследственная изменчивость, обмен веществ);
- изучение вопросов изменчивости и наследственности.
Весьма впечатляющий список, согласитесь. Итак, основные задачи биологии заключаются в познании различных общих закономерностей, по которым происходит развитие живой природы, в изучении форм жизни и раскрытии ее сущности.
Предмет биологии
Интересующая нас наука изучает жизнь, ее формы и различные закономерности развития. Многообразие всех вымерших, а также населяющих в настоящее время нашу планету живых существ является предметом ее изучения. Задачи биологии мы только что описали, теперь остановимся подробнее на ее предмете. Биологию интересуют строение (от анатомо-морфологического до молекулярного), происхождение, функции, эволюция, индивидуальное развитие, распространение, а также взаимоотношения организмов друг с другом и с окружающей средой.
Эта наука изучает как частные, так и общие закономерности, которые свойственны жизни во всех ее проявлениях. В задачи биологии входит изучение обмена энергии и веществ, изменчивости и наследственности, размножения, развития и роста, дискретности, раздражимости, движения, авторегуляции и др. Все вышеперечисленное составляет ее предмет.
Направления
В биологии в зависимости от объектов исследования можно выделить целый ряд направлений, таких как антропология, зоология, ботаника, микробиология, вирусология и др. Эти науки занимаются изучением особенностей развития, строения, происхождения, жизнедеятельности, а также распространения, разнообразия, свойств каждого вида бактерий, вирусов, растений, животных и человека. В интересующей нас области знания выделяют по свойствам, структуре и проявлениям жизни анатомию и морфологию, физиологию, генетику, биологию развития, эволюционное учение, экологию и др. Генетические задачи по биологии, кстати, - важная составная часть практики, входящей в школьную программу по этой науке.
Биофизика и биохимия изучают физико-химические процессы и химические реакции, протекающие в живых организмах, физическую структуру и химический состав на различных уровнях организации. Биометрия позволяет установить закономерности, которые нельзя заметить при изучении единичных явлений и процессов. То есть это совокупность всех приемов планирования, а также обработки полученных результатов с помощью математической статистики. Задачи биологии молекулярной включают в себя изучение жизненных явлений, протекающих на молекулярном уровне. К ним относятся, в частности, функции и структура клеток, органов и тканей. Общая биология разрабатывает универсальные закономерности структуры (строения) и функционирования. То есть ее интересует то, что является общим для всех организмов.
Молекулярный уровень
Предмет и задачи биологии можно рассматривать на различных уровнях. Сейчас мы подробно опишем каждый из них.
Сегодня выделяется несколько уровней изучения и организации жизненных явлений (структурно-функциональных): биосферно-биогеоценотический, популяционно-видовой, организменный, органный, тканевый, клеточный, молекулярный. На последнем изучается роль молекул, являющихся биологически важными, в развитии и росте организмов, в передаче и хранении наследственной информации, в превращении энергии и обмене веществ в живых клетках и др. Речь идет о следующих молекулах: липидах, нуклеиновых кислотах, белках, полисахаридах и др.
Клеточный уровень
Клеточный уровень предполагает рассмотрение структурной организации отдельной клетки. Учение о нем называется цитологией, которая включает в себя цитохимию, цитогенетику, цитофизиологию, цитоморфологию. Это учение позволяет устанавливать структурно-функциональные и физиолого-биохимические связи, наблюдаемые в различных органах и тканях между клетками.
Организменный уровень
На организменном уровне биология исследует явления и процессы, которые происходят в отдельной особи, а также механизмы, обеспечивающие согласованное функционирование ее систем и органов. К нему же относятся взаимоотношения различных органов в пределах организма, поведение его и приспособительные изменения, наблюдаемые в тех или иных экологических условиях.
Популяционно-видовой уровень
Переходим к рассмотрению следующего уровня, популяционно-видового. Он принципиально отличается от предыдущего. Продолжительность жизни отдельных особей генетически предопределена. Через некоторое время они умирают, исчерпав возможности своего развития. Однако при наличии подходящих условий среды их совокупность в целом способна развиваться неограниченно долго. Предметом экологии, фенологии, морфологии, генетики является изучение динамики и состава - это совокупность особей определенного вида, которые имеют общий генофонд и обитают на определенном пространстве с примерно одинаковыми условиями существования на организменном, клеточном и молекулярном уровнях.
Экосистемный уровень
Если говорить об уровне экосистемном (биосферно-биогеоценотическом), то на нем исследуются взаимоотношения между различными организмами и средой, а также миграция живого вещества, закономерности и пути протекания энергетических круговоротов. На нем же изучаются и другие процессы, которые происходят в экосистемах (биогеоценозах).
Методы биологии
Опишем теперь которые использует эта наука. Первый из них - наблюдение. С помощью него можно описывать и анализировать различные биологические явления. На нем основывается еще один метод - описательный. Для того чтобы понять сущность того или иного явления, требуется сначала собрать фактический материал. После нужно описать его.
Еще один важный метод - исторический. С помощью него можно выявить закономерности возникновения и развития того или иного организма, изучить становление его функций и структуры.
Экспериментальный метод основан на создании системы целенаправленным путем. С его помощью можно исследовать явления и свойства живой природы.
Последний метод, который мы охарактеризуем, - моделирования. Он представляет собой изучение определенного явления с помощью создания его модели.
Итак, предмет, задачи и методы биологии мы описали. В заключение расскажем о важности этой науки.
Значение биологии
Безусловно, она играет важную роль в формировании нашего мировоззрения, а также понимания основополагающих философско-методологических проблем. Кроме того, она имеет большое практическое значение (дает решение пищевой проблемы, рекомендации по борьбе с вредителями и др.). В частности, чтобы обеспечить нужды человека в пище, следует резко увеличить объем производимой сельскохозяйственной продукции. Решением этой задачи занимаются такие науки, как животноводство и растениеводство. Они базируются на достижениях селекции и генетики.
Знание законов изменчивости и наследственности позволяет создавать все более продуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. Это позволяет человечеству вести сельское хозяйство интенсивно, а не экстенсивно. Благодаря всему этому удовлетворяются потребности людей в пищевых ресурсах. Достижения биологии используются в медицине, а также в охране окружающей среды.
Как вы видите, цель и задачи науки биологии весьма важны с практической точки зрения. Благодаря ее достижениям человечество существенно продвинулось вперед.
Биология – наука о живой природе. Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.
Биологические науки можно разделить по направлениям исследований.
1. Науки, изучающие систематические группы живых организмов: вирусология – наука о вирусах, микробиология – наука о микроорганизмах, микология – наука о грибах, ботаника (фитология) – наука о растениях, зоология – наука о животных, антропология – наука о человеке.
2. Науки, изучающие разные уровни организации всего живого: молекулярная биология – наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне, цитология – наука о клетках, гистология – наука о тканях.
3. Науки, изучающие структуру, свойства и проявление жизни отдельных организмов: анатомия - наука о внутреннем строении, морфология – наука о внешнем строении, физиология – наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей, генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов.
4. Науки, изучающие структуру, свойства и проявление коллективной жизни и сообществ живых организмов: экология – наука об отношении живых организмов между собой и окружающей средой, биогеография – наука о закономерностях географического распространения живых организмов.
5. Науки о развитии живой материи: биология индивидуального развития – наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти, эволюционное учение – наука об историческом развитии живой природы, палеонтология – наука о развитии жизни в прошлые геологические времена.
6. Науки, использующие различные методы исследований: биохимия – наука о живых веществах и процессах в живых организмах; биофизика – наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах.
7. Прикладные науки: биотехнология –совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов, бионика – разработка технических устройств по подобию живых систем, растениеводство, животноводство, ветеринария и др.
Задачи биологии: изучение закономерностей проявления жизни в строение и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытие сущности жизни; систематизация многообразия живых организмов.
Методы биологических исследований. Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Метод наблюдения и описания заключается в сборе на анализе сходства и различий изучаемых объектов.
Исторический метод изучает ход развития исследуемого объекта. Метод эксперимента дает возможность изучать явления природы в заданных условиях.
Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями.
Связь с другими науками. Биология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией).
В отличие от сплетни, научное знание проверяемо и касается реально существующих вещей и повторяющихся событий. Любой человек, при желании, может повторить любой научный эксперимент, то есть, убедиться в том, что на определенный вопрос природа «отвечает» именно таким образом. Из этого урока вы узнаете, откуда берутся научные знания, что такое научный факт, гипотеза и теория, познакомитесь с основными представлениями о научном методе, выясните, какими методами получения знаний пользуется биология. В уроке уделено внимание сравнительно-описательному, историческому и экспериментальному методам.
Тема: Введение
Урок: Методы исследования в биологии
Наука - это одна из сфер человеческой деятельности, целью которой является изучение и познание окружающего мира. Каждая наука имеет свои методы исследования , но задача любой науки - построение системы достоверного знания , основанного на фактах и обобщении , которые можно было бы подтвердить или опровергнуть.
Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести или подтвердить. Наблюдения, которые не могу быть воспроизведены, отбрасываются, как ненаучные. Когда учёный делает открытие, он публикует информацию о нем в специальных журналах, благодаря публикации результаты могут быть проверены и перепроверены другими учёными - это служит стимулом для более тщательной проверки и анализа собственных экспериментов.
Ещё одной формой распространения знаний являются симпозиумы и конференции, которые организуются учеными разных специальностей (ботаниками, зоологами, генетиками, медиками и т. д.). Во время таких мероприятий ученые общаются друг с другом, обсуждают работы коллег, налаживают творческие связи.
Научный метод - это совокупность приёмов и операций, которые используются при построении системы научного знания.
Один из основных принципов научного метода - скептицизм - отказ от слепого доверия к авторитету. Учёный всегда сохраняет определённую долю скепсиса и проверяет любое новое открытие.
Основными методами биологии являются: описательный , сравнительный , исторический и экспериментальный .
Описательный метод является наиболее древним, потому что его использовали ещё учёные древности, в основе его лежит наблюдение. Примерно до 17 века он был основным в биологии, поскольку учёные занимались описанием животных и растений и их первичной систематизацией, но он не потерял актуальности в настоящее время, например, он используется для описания новых видов (см. Рис. 1).
Рис. 1. Новые виды животных, описанные учеными
Сравнительный метод - позволяет выявить сходство между организмами и их частями. Он стал применяться с 17 века.
Полученные с помощью этого метода сведения легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого сходства, открытого Карлом Бэром.
Сейчас очень сложно провести границу между описательным и сравнительным методом, потому что они комплексно используются для решения задач биологии.
Исторический метод позволяет осмыслить полученные ранее факты и сопоставить их с ранее известными результатами. Он стал широко применяться со второй половины 19 века благодаря работам Чарльза Дарвина, который с его помощью обосновал закономерности появления и развития организмов, становление их структур и функций во времени и пространстве (см. Рис. 2). Применение исторического метода позволило превратить биологию из описательной науки в объясняющую.
Рис. 2. История эволюции человека
Экспериментальный метод - применение этого метода связывают с именем Уильяма Гарвея, который его использовал в своих экспериментах по изучению кровообращения (см. Рис. 3). Но широко использоваться этот метод стал именно с 20 века, прежде всего, при изучении физиологических процессов.
Рис. 3 Опыт У. Гарвея по изучению кровообращения
Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление с помощью опыта. Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Грегор Мендель, который, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы.
В 20 веке экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Это стало возможным благодаря появлению новых приборов, например, электронного микроскопа, использованию методов химии, физики и биологии (см. Рис. 4).
Рис. 4. Современные опыты и лабораторное оборудование, которые символизируют экспериментальный метод исследования
В биологических исследованиях довольно часто применяют моделирования тех или иных процессов, то есть привлекают и математические методы, и компьютерное моделирование.
Научное исследование состоит из следующих этапов: на основании полученных фактов , наблюдений или экспериментов формулируется проблема , для её решения выдвигаются гипотезы . Гипотезы непрерывно совершенствуются и подвергаются дальнейшей разработке. Гипотеза , которая согласуется со множеством разнообразных наблюдений становится теорией . Хорошая теория развивается и распространяется на дополнительные факты по мере того, как они становятся известными.
Хорошая теория может предсказывать новые факты , а также находить новые связи между явлениями, и тогда теория становится правилом или законом.
Домашнее задание
1. Что такое наука?
2. Дайте определения понятиям: факт, гипотеза, теория.
3. Какие основные этапы научного исследования вы знаете?
4. В чем сущность сравнительно-описательных методов исследования?
5. Что такое эксперимент?
6. Опишите исторический метод изучения биологических объектов.
7. Как происходило становление методов биологии? Какие из них самые древние? Какие можно назвать новыми?
3. Биологическое образование в МФТИ ().
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
Биология – совокупность или система наук о живых системах . Понятие «живые системы» здесь важно подчеркнуть, поскольку жизнь не существует сама по себе, а является свойством определенных систем.
Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:
· строение и функции живых существ и их природных сообществ;
· распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ;
· связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.
Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся:
· наблюдение , позволяющее описать биологическое явление;
· сравнение , дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений;
· эксперимент , в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов;
· исторический метод , позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.
Выше было сказано, что биология является системой наук, которые могут быть классифицированы различным образом.
1. По предмету изучения : ботаника, зоология, микробиология и т.д.
2. По общим свойствам живых организмов :
Генетика (закономерности наследственности)
Биохимия (превращения вещества и энергии)
Экология (взаимоотношения живых существ и их природных сообществ с окружающей средой) и т.п.
3. По уровню организации живой материи, на котором рассматриваются живые системы:
Молекулярная биология;
Цитология;
Гистология и т.п.
Приведенные классификации, разумеется, не носят абсолютного характера. Так, например, исследование клетки (цитология) в настоящее время немыслимо без изучения биохимии клетки.
Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии или, по образному выражению трех образах биологии:
1. Традиционная или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии , поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы ) и со средой обитания (абиотические факторы ).
2. Функционально-химическая биология , отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.
К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.
3. Эволюционная биология. Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.
В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.
4. Теоретическая биология. Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии. Рассмотрим некоторые из них:
Аксиомы биологии. Б.М. Медников – видный теоретик и экспериментатор, вывел 4 аксиомы, характеризующие жизнь и отличающие её от «нежизни».
Табл. 1. Аксиомы биологии
Создание системы точного проверенного знания, основанного на фактах, которые можно подтвердить или, наоборот, опровергнуть, является главной задачей каждой науки. В биологии также: полученные данные постоянно ставятся под сомнения и допускаются только тогда, когда есть им существенные подтверждения.
На сегодняшний день данная наука рассматривает все живые системы. Для того чтобы детально изучить их организацию и деятельность, происхождение, распространение, а также развитие и связь друг с другом, с целью познания и выделения определённых закономерностей, используются следующие методы исследования в биологии:
1. Сравнительный - позволяет изучать путём сравнения сходства и различия живых организмов, а также их частей. Полученные данные дают возможность объединять в группы растения и животные. Этот метод использовался при создании систематики и для подтверждения теории эволюции. В настоящее время он применяется практически во всех направлениях данной науки.
2. Описательные методы исследования в биологии (наблюдение, статистика) - позволяют анализировать и описывать явления, происходящие в живой природе, сравнивать их, находя определённые закономерности, а также обобщать, открывать новые виды, классы и прочее. Данные методы начали использоваться ещё в древности, но на сегодняшний день не утратили своей актуальности и широко применяются в ботанике, этологии, зоологии и т. д.
3. Исторический - даёт возможность выявить закономерности образования и развития живых систем, их структур и функций, сопоставлять их с ранее известными фактами. Данный метод использовался Ч. Дарвином для построения его теории, и способствовал превращению биологии из описательной в объясняющую науку.
4. Экспериментальные в биологии:
а) моделирование - позволяет изучать какой-либо процесс или явление, а также направления эволюции путём воссоздания их в виде модели при помощи современных технологий и оборудования;
б) эксперимент (опыт) - искусственное создание в контролируемых условиях ситуации, которая помогает выявить глубоко скрытые свойства живых объектов. Данный метод способствует изучению явлений изолированно, благодаря чему можно достигать повтора результатов при воспроизведении этих самых явлений в одинаковых условиях.
Экспериментальные методы в биологии служат не только для проведения опытов и получения ответов на интересующие вопросы, но и для определения правильности сформулированной в начале изучения материала гипотезы, а также для её корректировки в процессе работы.
В двадцатом столетии данные способы исследования становятся ведущими в этой науке благодаря появлению современного оборудования для проведения опытов, такого как, например, томограф, электронный микроскоп и прочее.
В настоящее время в экспериментальной биологии широко используются биохимические приёмы, хроматография, а также техника ультратонких срезов, различные способы культивирования и многие другие.
Экспериментальные методы в сочетании с системным подходом расширили познавательные возможности и открыли новые дороги для применения знаний практически во всех сферах деятельности человека.
Перечисленные в биологии не исчерпывают всего арсенала способов получения знаний в науке, поэтому между ними нельзя проводить строгую границу. Применяемые в сочетании друг с другом, они дают возможность открывать новые явления и свойства в живых системах за непродолжительный период времени, а также устанавливать закономерности их возникновения, развития и функционирования.
