Биология. ЕГЭ. Подготовка по теме "Методы научного познания"

Название метода

Описание метода

Наблюдение

является одним из наиболее древних методов, на котором основывается описательный метод. Сбор фактического материала и его описание были основными приёмами исследования на раннем этапе развития биологии. Но и настоящее время они не утратили своего значения. Наблюдение как метод научного познания применяется и в настоящее время там, где трудно или невозможно провести эксперимент, например при изучении живых организмов в глубинах океана. С XVII в. учёные-биологи, накопив большой фактический материал, стали сравнивать строение и функции различных живых существ и их органов.

Описание

фиксация средствами естественного или искусственного языка результатов опыта (данных наблюдения или эксперимента) с помощью определенных систем обозначения, принятых в науке (схемы, графики, рисунки, таблицы, диаграммы и т.д.). В ходе описания проводится сравнение и измерение явлений.

Сравнение

метод, выявляющий сходство или различие объектов (либо ступеней развития одного и того же объекта), т.е. их тождество и различия. Но данный метод имеет смысл только в совокупности однородных предметов, образующих класс. Сравнение предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения. При этом признаки, сравниваемые по одному признаку, могут быть несравнимы по другому.

Измерение

метод исследования, при котором устанавливается отношение одной величины к другой, служащей эталоном, стандартом. Большую роль в этих исследованиях играют единицы измерения – эталоны, с которыми сравниваются полученные данные. Считается, что методика построения основных и производных единиц измерения принадлежит К. Гауссу, который в 1832 году ввел три независимые единицы измерения: миллиметр, миллиграмм, секунд

Мониторинг

длительное наблюдение, применяется в исследовании живой природы (лат. monitor — «предостерегающий»)— многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта. Мониторинг необходим для выявления загрязнения окружающей среды, установления изменений видового разнообразия 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).

Моделирование

метод научного познания, в основе которого лежит воспроизведение свойств объекта познания на специально созданном его аналоге — модели. Таким образом, свойства какого-либо реального объекта или процесса изучаются на их моделях, созданных человеком. Модели могут быть как реальными (материальными), например модель космического корабля, так и абстрактными, созданными с помощью специального языка, например языка математики. С помощью компьютерного моделирования, например, можно рассчитать последствия постройки плотины для определённой экосистемы или воссоздать эволюцию определённого вида живых организмов. Меняя параметры, можно выбрать оптимальный путь развития агроценоза или подобрать наиболее безопасное сочетание лекарственных препаратов при лечении конкретного заболевания.

Исторический

(появился в XIX )

подразумевает изучение и воспроизведение истории объекта научного исследования во всей его многогранности, с учётом всех деталей и случайностей. Например, изучая ископаемые остатки вымерших позвоночных и сравнивая их с организмами, живущими в наше время, учёные выясняют, как те или иные части тела организмов и сами организмы развивались во времени. Исторический метод позволяет сравнить существующие факты с данными, известными ранее, выявить закономерности появления и развития организмов, усложнения их структуры и функций.

Эксперимент

метод познания, с помощью которого явления и объекты действительности исследуются в специальных условиях, контролируемых и управляемых человеком. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания, непосредственно воздействуя на изучаемый процесс или изменяя условия, в которых проходит этот процесс. Эксперимент применяется либо для создания ситуации, позволяющей исследовать объект в чистом виде, либо для проверки уже существующих гипотез и теорий, либо для формулировки новых гипотез и теоретических представлений.

В настоящее время в биологическом эксперименте широко используют различные виды микроскопии, включая и электронную с техникой ультратонких срезов, биохимические методы, разнообразные способы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей и органов, метод меченых атомов, рентгена-структурный анализ, ультрацентрифугирование, хроматографию и т. д.

Методы цитологических исследований

Метод световой микроскопии

предусматривает применение светового микроскопа, но рассмотреть под световым микроскопом можно только специально приготовленные цитологические препараты. Чаще всего эти структуры бесцветные, поэтому их необходимо красить специальными красителями, каждый раз разными, в зависимости от того, какие структуры желательно увидеть.

Существуют два метода:

1. метод приготовления давлений препаратов исследуемый объект просто раздавливается в один слой между предметным и покровным стеклом, и метод приготовления тонких срезов, состоящие из одного слоя клеток.

2. Для изучения живых клеток применяют метод фазовоконтрастной микроскопии. Он базируется на том, что отдельные участки прозрачной клетки отличаются друг от друга по плотности и светопреломления

Метод электронной микроскопии

Данный метод открыл те структуры клетки, которые имеют размеры, меньше длины световой волны. Благодаря этому методу появилась возможность рассмотреть вирусы и органеллы, на которых происходит синтез белка (рибосомы). Цитологи могут также получать и изучать различные компоненты клеток с помощью фракционирования клеток. Клетку сначала разрушают, а затем выделяют клеточные структуры, используя специальное устройство центрифугу.

Метод флуоресцентной микроскопии

смысл данного метода заключается в том, что целый ряд веществ обладают способностью светиться при поглощении ими световой энергии. Например, если в флуоресцентный микроскоп рассматривать клетки растений, то на темно-синем теле будет видно красные зерна, ярко светятся, - это хлоропласты

Метод авторадиографии

Это регистрация веществ, меченных изотопами. С помощью этого метода можно увидеть, к каким частям клетки попадают вещества, меченные радиоактивными изотопами.

Метод меченых атомов

позволяет на практике использовать свойства радиоактивных элементов. Радиоактивные изотопы являются своего рода метками, по которым уже можно судить о наличии тех или иных препаратов в органе. Радиоизотопные исследования проводятся для достижения двух целей: 1) для получения изображения органов при их воспалительных, опухолевых нарушениях; 2) для оценки функции того или иного органа или системы и ее изменения при разных болезнях

Центрифугирование

метод разделения смеси частиц, основанный на различии в скорости их осаждения под действием центробежной силы. В тех случаях, когда ускорение центробежной силы превышает ускорение силы тяжести (g) в сотни тысяч раз, центрифугирование называют ультрацентрифугированием. В медицине центрифугирование используют для разделения проб крови на плазму и форменные элементы, в том числе для определения гематокритного числа (см.), отделения осадка мочи и др. В медикобиологических исследованиях центрифугирование широко применяют для разделения на фракции гомогенатов тканей, в качественном и количественном анализе и др.

Ультрацентрифугирование

Ультрацентрифуги, скорость вращения роторов которых превышает 40 000 об/мин, применяют обычно в экспериментальной практике для разделения органелл клеток, отделения коллоидных частиц, макромолекул полимеров и т. д. Метод дифференциального центрифугирования используется для фракционирования клеток, т. е. расслоения их содержимого на фракции в зависимости от удельного веса различных органоидов и клеточных включений. В результате центрифугирования компоненты клеток выпадают в осадок из раствора, располагаясь в соответствии со своей плотностью. Более плотные структуры осаждаются при более низких скоростях центрифугирования, а менее плотные – при высоких скоростях. Разные органеллы клетки осаждаются на дне центрифужных пробирок при различных скоростях центрифугирования, что зависит от размеров, плотности и формы органелл.

Хроматография

метод разделения смесей веществ или частиц, основанный на различиях в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.

Впервые точное представление о пигментах зелёного листа высших растений было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М.С. Цвета (1872—1919). Он разработал хроматографический метод разделения веществ и выделил пигменты листа в чистом виде. Хроматографический метод разделения веществ основан на их различной способности к адсорбции. Метод этот получил широкоё применение. М.С. Цвет пропускал вытяжку из листа через стеклянную трубку заполненную порошком — мелом или сахарозой (хроматографическую колонку). Отдельные компоненты смеси пигментов различались по степени адсорбируемости и передвигались с разной скоростью, в результате чего они концентрировались в разных зонах колонки. Разделяя колонку на отдельные части (зоны) и используя соответствующую систему растворителей, можно было выделить каждый пигмент. Оказалось, что листья высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b, а также каротиноиды (каротин, ксантофилл и др.). Хлорофиллы, так же как и каротиноиды, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Хлорофиллы а и b различаются по цвету: хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, а хлорофилл b — желто-зеленый. Содержание хлорофилла а в листе примерно в три раза больше, чем хлорофилла b.

Электрофорез

физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока, например, разделение смеси белков плазмы крови

Методы генетики

ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ

Производится анализ закономерностей наследования отдельных признаков и свойств организмов при половом размножении, а также анализ изменчивости генов и их комбинаторики. Метод разработан Г. Менделем.

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ

С помощью светового и электронного микроскопов изучаются материальные основы наследственности на клеточном и субклеточном уровнях (хромосомы, ДНК)

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ

Основывается на определении частоты встречаемости различных генов в популяции, что позволяет вычислить количество гетерозиготных организмов и прогнозировать, таким образом, количество особей с патологическим (мутантным) проявлением действия гена

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ

Синтез гибридологического и цитологического методов обеспечивает изучение кариотипа человека, изменений в строении и количестве хромосом

БИОХИМИЧЕСКИЙ

Изучаются нарушения обмена веществ (белков, жиров, углеводов, Минеральных веществ), возникающих в результате генных мутаций

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ

Производится количественный учет наследования признаков

ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ

Выражается в составлении родословных (человека, животных). Позволяет установить тип и характер наследования признаков

БЛИЗНЕЦОВЫЙ

Основан на изучении близнецов с одинаковыми генотипами, что позволяет выяснить влияние среды на формирование признаков

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ

Позволяет проследить действие генов в процессе индивидуального развития; в сочетании с биохимическим методом позволяет установить присутствие рецессивных генов в гетерозиготном состоянии по фенотип

Основные методы биотехнологии

Клеточная инженерия

это отрасль биотехнологии, в которой применяют методы выделения клеток из организма и переноса их на искусственные питательные среды, где эти клетки продолжают жить и размножаться. Методы клеточной инженерии направлены на конструирование клеток нового типа. Они могут быть использованы для воссоздания жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, для объединения целых клеток, принадлежавших различным видам с образованием клетки, несущей генетический материал обеих исходных клеток, и других операций

Генная инженерия

искусственное, целенаправленное изменение генотипа микроорганизмов с целью получения культур с заранее заданными свойствами. Основной метод генной инженерии — выделение необходимых генов, их клонирование и введение в новую генетическую среду

Клонирование

Благодаря этому методу получают идентичные организмы путем бесполого размножения

Метод культуры тканей

Основы использования клеток человека и животных в биотехнологии были заложены в 1949 г, когда группе американских ученых удалось вырастить вирус полиомиелита в культивируемых клетках кожи и мышц человеческого зародыша. Теперь уже не представляет проблемы производство в ферментерах клеточных культур, содержащих вирус. Существуют клетки, которые используют для выращивания: вирусов во всем мире. Это клетки HeLa (карцинома шайки матки человека), BHK-2I (почка эмбрионов хомяка) и Vero (почка зеленой мартышки). Благодаря применению метода клеточных культур вирусы стали выделять в чистом виде, что позволило усовершенствовать методы диагностики вирусных заболеваний и самое главное - получить вакцины, такие, например, как против ящура, оспы, кори, полиомиелита

Служит одним из главных инструментов современных биотехнологий, позволяя решать практические проблемы физиологии, биохимии и генетики растений. Искусственное выращивание материала проводится с соблюдением определенных условий: стерилизации, температурного режима и с выдержкой в специальной питательной среде. В основе размножения культуры тканей растений лежит свойство тотипотентности – способности клеток развиваться до целого организма. У животных это реализуется только в оплодотворенных яйцеклетках (за исключением некоторых видов кишечнополостных).

Методы селекции

Общие методы селекции:

1. Направленный подбор исходного материала для селекции из имеющегося разнообразия растений и животных;

2. Близкородственная и неродственная гибридизация;

3. Массовый и индивидуальный искусственный отбор;

4. Индуцированный мутагенез;

5. Искусственное получение полиплоидов

Методы селекции растений

Гибридизация близкородственная (инцухт)

скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов эффекта гетерозис

Гибридизация

неродственная (аутбридинг)

скрещивание особей разных видов или родов с целью получения гибридов, сочетающих признаки двух разных растений;

Искусственный отбор

массовый — отбор по фенотипу группы особей; индивидуальный — отбор единичных особей

Мутагенез

изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения полиплоидов и гибридов с новыми признакам.

Например, воздействие на семена пшеницы рентгеновскими лучами в условиях эксперимента (для получения мутаций)

Культура клеток и тканей

выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов

Хромосомная инженерия

внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения другого сорта (вида)

Генная инженерия

перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения другого вида (сорта), получение трансгенных растений.

Методы селекции животных

Гибридизация

близкородственная (инбридинг) — скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с гомозиготным состоянием генов; неродственная (аутбридинг) — скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация

Искусственный отбор

индивидуальный отбор по хозяйственно полезным признакам и экстерьер

Испытание родителей по потомству

для оценки племенных качеств производителей

Искусственное осеменение

для интенсивного использования ценных производителей

Полиэмбриония

получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы

Клеточное клонирование

( клеточная инженерия)

точное воспроизведение какого-либо объекта любое требуемое количество раз. Объекты, полученные в результате клонирования (каждый по отдельности и вся их совокупность), называются клоном

Генная инженерия

перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида (породы), получение трансгенных животных

1)Электронный микроскоп перевернут «вверх дном» по сравнению со световым микроскопом.

2)Излучение подается на образец сверху, а изображение формируется внизу.

3)Для изучения в электронном микроскопе можно использовать только очень тонкие срезы или частицы, так как более крупными объектами электронный пучок почти полностью поглощается.

4)Для окрашивания образца с целью увеличения контраста используют тяжелые металлы, такие как свинец и уран.

5)Воспроизводит видимое (черно-белое) изображение. Чтобы получить фотоснимок, экран убирают и направляют электроны непосредственно на фотопленку. Полученный в электронном микроскопе фотоснимок называется электронной микрофотографией