Kaasaegsed uurimismeetodid bioloogias. Milliseid uurimismeetodeid bioloogias tunnete Teema: bioloogia uurimismeetodid

Meetod on uurimistee, mille teadlane läbib teadusliku probleemi või probleemi lahendamisel.

Teaduslik meetod on tehnikate ja toimingute kogum, mida kasutatakse teaduslike teadmiste süsteemi koostamisel.

Kõikide bioloogiateaduste jaoks universaalsed meetodid: kirjeldav, võrdlev, ajalooline Ja eksperimentaalne.

• Kirjeldav meetod. See põhineb vaatlusel. Seda kasutasid laialdaselt antiikteadlased, kes tegelesid faktimaterjali kogumise ja selle kirjeldamisega (loomade ja taimede uurimine ja kirjeldamine), samuti kasutatakse seda tänapäeval (näiteks uute liikide avastamisel).

Vaatlus on meetod, mille abil uurija kogub teavet objekti kohta (loodusobjektide tajumine meeli kasutades).

Näide:

Visuaalselt saab jälgida näiteks loomade käitumist. Instrumentide abil saate jälgida elusobjektides toimuvaid muutusi: näiteks päevasel ajal kardiogrammi tegemisel või vasika kaalu mõõtmisel kuu aja jooksul. Vaadelda saab hooajalisi muutusi looduses, loomade sulamist jne. Vaatleja tehtud järeldusi kontrollitakse kas korduvate vaatluste või katsega.

• Võrdlev meetod hakati kasutama 17. sajandil. See võimaldab tuvastada organismide ja nende osade sarnasusi ja erinevusi (taimede ja loomade süstematiseerimine, rakuteooria arendamine). Tänapäeval kasutatakse võrdlevat meetodit laialdaselt ka erinevates bioloogiateadustes.
• Ajalooline meetod- seoste loomine faktide, protsesside, nähtuste vahel, mis on toimunud ajalooliselt pika aja jooksul (mitu miljardit aastat). See meetod aitab saadud faktidest aru saada ja võrrelda neid varem teadaolevate tulemustega. Seda meetodit hakati laialdaselt kasutama 19. sajandi teisel poolel (Charles Darwini evolutsiooniteooria põhjendus). Ajaloolise meetodi kasutamine võimaldas muuta bioloogia kirjeldavast teadusest teaduseks, mis selgitab, kuidas mitmekesised elussüsteemid tekkisid ja kuidas need toimivad.
• Eksperimentaalne meetod- see on uute teadmiste omandamine (nähtuse uurimine) kogemuse abil.

Eksperiment on bioloogia uurimismeetod, mille käigus eksperimenteerija muudab teadlikult tingimusi ja jälgib, kuidas need elusorganisme mõjutavad. Katset saab läbi viia nii laboris kui ka välitingimustes.

Eksperimentaalset meetodit hakati kasutama tema uurimistöös vereringe uurimisel William Harvey (1578-1657), ja seda hakati bioloogias (füsioloogiliste protsesside uurimisel) laialdaselt kasutama 19. sajandil. Organismide pärilikkust ja varieeruvust uuriv G. Mendel oli esimene, kes kasutas eksperimenti mitte ainult uuritavate nähtuste kohta andmete saamiseks, vaid ka saadud tulemuste põhjal püstitatud hüpoteesi kontrollimiseks.
20. sajandil sai eksperimentaalne meetod bioloogias juhtivaks tänu uute bioloogiliste uuringute instrumentide (elektronmikroskoop, tomograaf jne) ilmumisele. Modelleerimine, mida peetakse katse kõrgeimaks vormiks, on kasutusel ka tänapäeva bioloogias (käimas on aktiivne töö olulisemate bioloogiliste protsesside, evolutsiooni põhisuundade, ökosüsteemide ja kogu biosfääri arengu arvutimodelleerimisel).

Bioloogia jaguneb paljudeks eriteadusteks, mis uurivad erinevaid bioloogilisi objekte: taimede ja loomade bioloogia, taimefüsioloogia, morfoloogia, geneetika, süstemaatika, selektsioon, mükoloogia, helmintoloogia ja paljud teised teadused. Seetõttu on koos üldiste bioloogiliste meetoditega meetodid, mida kasutavad spetsiaalsed bioloogiateadused:

• geneetika - sugupuude uurimise genealoogiline meetod,
• valik - hübridisatsioonimeetod,
• histoloogia - koekultuuri meetod jne.

Teaduslik fakt on teadusliku teadmise vorm, milles on fikseeritud konkreetne nähtus või sündmus; vaatluste ja katsete tulemus, mis määrab kindlaks objektide kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed omadused.

Teadusliku teadmise protsess jaguneb tavaliselt kaheks: empiiriliseks ja teoreetiliseks.

Empiirilises etapis Kasutatakse järgmisi meetodeid.

Kirjeldavad ja võrdlevad meetodid , põhinevad need vaatlusel. Vaatlus - eluslooduse objektide uurimine looduslikes tingimustes. See on loomade ja taimede looduses käitumise, asustamise, paljunemise otsene jälgimine (sõna otseses mõttes), organismide, nende rakkude, elundite ja kudede omaduste visuaalne või instrumentaalne määramine. Nendel eesmärkidel kasutab kaasaegne bioloogia nii traditsioonilisi väliuuringute vahendeid - binoklitest süvamere sukeldajateni kui ka keerulisi laboriseadmeid - mikroskoope, spektrofotomeetreid, ultratsentrifuuge jne.

Eksperimentaalne meetod põhineb Elusobjektide uurimine äärmuslike keskkonnategurite mõju all- muutunud temperatuur, valgus või niiskus, suurenenud koormus, mürgisus või radioaktiivsus, muutus arengukohas (geenide, rakkude, elundite eemaldamine või siirdamine, kosmoselennud jne). Eksperimentaalmeetod võimaldab tuvastada varjatud omadusi, elussüsteemide kohanemisvõimete piire, nende paindlikkuse, töökindluse ja varieeruvuse astet.

Ajalooline meetod paljastab bioloogiliste objektide arengulugu, nende päritolu. Võrrelge erineva keerukusastmega organismide anatoomilist ehitust, keemilist koostist, geenistruktuuri ja muid omadusi. Sel juhul ei uurita mitte ainult elusorganisme, vaid ka ammu väljasurnud organisme, mis on säilinud kivistunud jäänuste kujul.

Suhteliselt uus meetod - modelleerimine bioloogilised protsessid , nii organismide, rakkude või biomolekulide tasandil kui ka Ja matemaatika modelleerimine. Näiteks saab ehitada mudeli ja prognoosida veehoidla eluolu teatud aja möödudes, kui muutub üks, kaks või enam parameetrit (temperatuur, soolade kontsentratsioon, kiskjate olemasolu jne).

Süsteemi meetod (lähenemine) on ka uus . Elusobjekte peetakse süsteemid , st teatud seostega elementide kogum. Iga objekti käsitletakse samaaegselt nii süsteemina kui ka kõrgemat järku süsteemi elemendina.

Peal teoreetiline etapp Kogniteerimiseks kasutatakse järgmisi meetodeid: üldistus kogunenud faktid , edutamine uued hüpoteesid , nende empiiriline kordustest (uued vaatlused, katsed, võrdlused, modelleerimine). Kinnitatud hüpoteesid muutuvad seadused , need koosnevad teooriad . On selge, et nii seadused kui ka teooriad on oma olemuselt suhtelised ja neid saab varem või hiljem revideerida.

3. Bioloogia põhimõisted

Kontseptsioon - see on omavahel seotud mõistete, hüpoteeside, teooriate rühm, mis selgitab mõnda looduse fundamentaalset nähtust või omadust. Põhilinebioloogilised mõisted seletada nähtust ja omadusielu .

1. Süsteemse mitmetasandilise elukorralduse kontseptsioon : kõik elavad objektid on süsteemid erineva keerukuse tasemega, moodustavad nad pideva struktuurse ja funktsionaalse organisatsiooni tasandite hierarhia.

2. Elu materiaalse olemuse kontseptsioon : elu on materiaalne, selle füüsikaline ja keemiline alus on ainevahetus ja energia. Filosoofilises mõttes tähendab see mateeria ülimuslikkust ja teadvuse sekundaarset olemust (materialism).

Aine on mateeria ja välja kombinatsioon. Aineel on puhkemass, väljal aga mitte. Elus aine esindaberiti keeruline aine ja keeruline multifaktoriaalne väli. Täpselt niiraskusaste muudab mateeria elavaks, kuigi selles toimivad lihtsad füüsikalised ja keemilised seadused.

3. Bioloogilise teabe ja elu enesepaljunemise kontseptsioon : Elusorganismid paljunevad oma (geneetilise) teabe alusel interaktsioonis välise (epigeneetilise) teabega. Selle interaktsiooni tulemuseks on organismide individuaalne areng (ontogenees).

4. Elussüsteemide iseregulatsiooni mõiste : elussüsteemid säilitavad oma sisemiste ühenduste ja töötingimuste (homöostaasi) suhtelise püsivuse, mis põhineb otseste positiivsete ja pöörd-negatiivsete seoste kombinatsioonil.

5. Iseorganiseerumise ja bioloogilise evolutsiooni kontseptsioon : elusmaailm tekkis iseorganiseerumise tulemusena elututest keemilistest süsteemidest ja läbib pöördumatu ajaloolise arengu (fülogeneesi), mis põhineb pärilikul muutlikkusel ja muutuvate keskkonnatingimustega kõige paremini kohanenud organismide looduslikul valikul.

Bioloogia meetodid. Bioloogias kasutatakse erinevaid uurimismeetodeid. Kirjeldav meetod on traditsiooniline, kuid on säilitanud oma tähtsuse. Bioloogia põhimeetodid:
· Vaatlus Ja kirjeldus faktid ja nähtused (kirjeldav meetod). Vaatlusmeetod annabvõime analüüsida ja kirjeldada bioloogilisi nähtusi. Kirjeldav meetod põhineb vaatlusmeetodil. Nähtuse olemuse väljaselgitamiseks on vaja ennekõike koguda ja kirjeldada faktilist materjali. Näiteks saab vaatlusmeetodil uurida metsloomade hooajalisi muutusi. Vaatlus on eluslooduse objektide uurimine looduslikes eksisteerimistingimustes. See on taimede ja loomade käitumise, asustamise ja paljunemise otsene jälgimine looduses. Nendel eesmärkidel kasutatakse nii traditsioonilisi väliuuringute vahendeid (binoklid, videokaamerad) kui ka keerukaid laboriseadmeid (mikroskoobid, biokeemilised analüsaatorid, erinevad mõõteseadmed).
· Võrdlus, mis võimaldab tuvastada erinevate bioloogiliste struktuuride ja nähtuste sarnasusi ja erinevusi (võrdlusmeetod). Võrrelge erineva keerukusastmega organismide anatoomilist ehitust, keemilist koostist, geenistruktuuri ja muid omadusi. Sel juhul ei uurita mitte ainult elusorganisme, vaid ka ammu väljasurnud organisme, mis on säilinud fossiilsete jäänustena.
· Katse (ladina keeles experimentum – test), mille käigus uuritakse bioloogilisi objekte ja protsesse kunstlikult loodud, täpselt kontrollitud tingimustes (eksperimentaalmeetod). Katsemeetod on seotud süsteemi eesmärgipärase loomisega ning aitab uurida eluslooduse omadusi ja nähtusi. Katsemeetod (kogemus) - elusobjektide uurimine ekstreemsete keskkonnategurite tingimustes - muutunud temperatuur, valgus või niiskus, suurenenud koormus, mürgisus või radioaktiivsus, muutunud arenguviis või -koht (geenide, rakkude, elundite vms eemaldamine või siirdamine). ) . P.) . Eksperimentaalne meetod võimaldab tuvastada peidetud omadusi, elussüsteemide adaptiivsete (adaptiivsete) võimete piire, nende paindlikkuse, töökindluse ja muutlikkuse astet.
· Laialdaselt kasutatav instrumentaalsed meetodid : elektrograafia, radar jne.

· Modelleerimine – protsesside ja nähtuste mudelite (diagrammid, graafikud, kirjeldused) konstrueerimine ja uurimine, mida on arvutitehnoloogia arenguga üha enam kasutatud. Modelleerimismeetodit kasutades uuritakse nähtust selle mudeli kaudu.
·Ajalooline meetod on universaalse tähtsusega kõigi bioloogiaharude jaoks – kõigi nähtuste ja protsesside kui looduse evolutsioonilise arengu etappide uurimine. Ajalooline meetod paljastab bioloogiliste liikide ja nende koosluste evolutsioonilisi muutusi. See on üks olulisemaid meetodeid, mis on saadud faktide mõistmise aluseks. Ajalooline meetod selgitab organismide välimuse ja arengu mustreid, nende struktuuri ja funktsioonide kujunemist.
· Paleontoloogiline meetod – väljasurnud organismide uurimine.
· Süsteemi meetod kuulub uute interdistsiplinaarsete uurimismeetodite kategooriasse. Elusobjekte käsitletakse kui süsteeme, see tähendab teatud seostega elementide kogumit.

· Biokeemiline meetod võimaldab isoleerida ja uurida organisme moodustavaid aineid, nende muundumisi ning võimaldab tuvastada pärilikke ainevahetushäireid.
Rakkude ja kudede struktuuri ja funktsioonide uurimiseks kasutatakse privaatseid (spetsiaalseid) tsütoloogia meetodeid:
· Valgusmikroskoopia - võimaldab tuvastada tuuma ja mõningaid rakuorganelle - mitokondrid, kloroplastid, Golgi aparaat, ripsmed ja lipud.
· Elektronmikroskoopia – võimaldab uurida organellide peenstruktuuri (näitekskloroplastid), nende ultrastruktuur,
· Tsentrifuugimine - võimaldab valikuliselt esile tõsta ja uuridaraku organellid;
· Rakukultuuri meetod Ja kangad kasutatakse rakkude struktuuri ja funktsioonide uurimiseks.

SISSEJUHATUS

LOENG 1

Üldine bioloogia

Kaasaegne arusaam elust. Elusolendite kriteeriumid, nende integratsioon. Elusolendite organiseerituse tasemed. BIOLOOGIA MEETODID: empiiriline (vaatlus, võrdlus /ajalooline/, kirjeldus, eksperiment), teoreetiline (süsteemne).

Rääkides teaduslikest meetoditest laiemas tähenduses, ei pea me silmas konkreetseid tehnoloogilisi võtteid (tehnikaid), vaid metodoloogilised põhimõtted , läheneb

objektide, nähtuste, nende seoste uurimine. Bioloogia meetodid on samad, mis teistes loodusteadustes: empiiriline ja teoreetiline. Empiiriline etapp areneb alati välja varasemate teooriate või hüpoteeside põhjal ning teoreetilises etapis viiakse läbi uute esitatud teooriate empiiriline test.

Empiirilised meetodid:

Vaatlus- eluslooduse objektide uurimine looduslikes eksisteerimistingimustes. See on loomade ja taimede looduses käitumise, asustamise, paljunemise otsene visuaalne vaatlus (sõna otseses mõttes) või organismide, nende elundite, rakkude omaduste instrumentaalne määramine, koostise ja ainevahetuse keemiline analüüs (... binokkel, süva- öövaatluskaameratega meresõidukid, mikroskoobid - spektraal- ja elektroonikanalüsaatorid, biokeemilised analüsaatorid, radioaktiivsed märgised, ultratsentrifuugid, erinevad mõõteseadmed).

Eksperimentaalne meetod(kogemus) hõlmab elusobjektide uurimist ekstreemsete keskkonnategurite tingimustes– muutunud temperatuur, valgus või niiskus, suurenenud koormus, mürgisus või radioaktiivsus, muutunud arenguviis või -koht (geenide, rakkude, elundite eemaldamine või siirdamine, loomade ja taimede sissetoomine, kosmoselennud jne).

Eksperimentaalne meetod võimaldab tuvastada elussüsteemide varjatud omadusi, potentsiaali, adaptiivsete (adaptiivsete) võimete piire, nende paindlikkuse, töökindluse ja varieeruvuse astet.

Võrdlev (ajalooline) meetodpaljastab bioloogiliste liikide ja nende koosluste evolutsioonilised muutused. Võrdle anatoomilist struktuur, keemiline koostis, geenide struktuur ja muud omadused erinevatel organismidel raskusaste. Sel juhul ei uurita mitte ainult elusorganisme, vaid ka väljasurnud, säilinud fossiilidena.

Need meetodid nõuavad kvantitatiivset arvestust ning struktuuride ja nähtuste matemaatilist kirjeldamist. Bioloogia on muutumas täppisteaduseks, kuigi selles ilmnenud mustrid on tõenäosuslikku laadi (stohhastilised, vastuintuitiivsed) ja neid kirjeldatakse variatsioonistatistika meetoditega.

Tuvastatud statistiliste mustrite põhjal on võimalik läbi viia matemaatika modelleerimine bioloogilised protsessid ja nende arengu prognoos.

Näiteks saab ehitada mudeli elustiku seisundist veekogus mõne aja pärast, kui üks, kaks või enam parameetrit (temperatuur, soolasisaldus, kiskjate esinemine jne). Sellised tehnikad said võimalikuks tänu küberneetika – teaduse – ideede ja põhimõtete tungimisele bioloogiasse juhtimine.

Teoreetiline (süsteemne meetod):

See meetod, nagu ka küberneetiline lähenemine, kuulub uute uurimismeetodite kategooriasse. Elusobjekte peetakse süsteemid, st teatud seostega elementide kogum. Võttes arvesse elussüsteemide hierarhiat, võib käsitleda iga objekti samaaegselt nii süsteemina kui ka kõrgemat järku süsteemi elemendina. Sellepärast süsteemi organiseerimise põhimõtted kehtivad kõikidel tasanditel – makromolekulidest Maa biosfäärini.

Süsteemiliikumise laialdane areng tänapäeva teaduses, sealhulgas bioloogias, tähendab järkjärgulist üleminek analüüsilt sünteesile. Analüüs - See

diskreetne lähenemine, süvenemine süsteemi üksikute elementide struktuuri ja funktsioonidesse – raku sees, organismi sees, ökoloogilises koosluses. Süntees tähendab integreerivat lähenemist, süsteemi – raku, organismi, biotsenoosi – terviklike omaduste uurimist. Uurimine viiakse alati läbi kõigepealt üldisest konkreetseni - analüüs ja seejärel konkreetsest üldiseni, kuid selle üldise teadmiste uuel tasemel - süntees.

Analüütiline bioloogia käsitlus avastas elusobjektide keemilise ja mikrostruktuurilise korralduse, selgitas loomade, taimede, mikroorganismide liigilist mitmekesisust, paljastas organismide geneetilise heterogeensuse populatsioonides ja süsteemide muud sisemised omadused.

Järk-järgult muutus kogutud analüütiliste andmete maht piisavaks, et liikuda edasi nende sünteesi juurde. Nii tekkis sünteetiline evolutsiooniteooria, neurohumoraalne füsioloogia, kaasaegne immunoloogia, molekulaarrakubioloogia, uus organismide megasüstemaatika, mis põhineb nende keerukatel omadustel – ökoloogiast ja anatoomiast molekulaargeneetikani.

Kaasaegse loodusteaduse pakiline probleem on lahendatud - tervikliku bioloogilise maailmapildi loomine.

Suurenenud huvi sünteesi vastu teaduses näitab teadmiste üleminekust empiiriliselt teoreetilisele etapile. Vastuvõtmisest faktid , nende kaudu üldistamine alustab nomineerimist uued hüpoteesid , siis järgneb neile tavaliselt empiiriline kordustest (uued vaatlused, katsed, võrdlused, modelleerimine). Empiiriline testimine viib kas hüpoteesi ümberlükkamiseni või selle kinnituseni erineva tõenäosusega. Väga usaldusväärsed hüpoteesid muutuvad seadused , millest need koosnevad teooriad .

Bioloogia- teadus, mis uurib omadusi elavad süsteemid .

Siiski, et teha kindlaks, mis on elav süsteem , See on piisavalt raske. Seetõttu mitmed kriteeriumid , mille järgi võib organismi liigitada elus . Kõige olulisemad neist kriteeriumidest on ainevahetus (ainevahetus), enesepaljunemine, iseregulatsioon .

Bioloogia on teadus.

Kontseptsioon teadus Seal on " inimtegevuse valdkond tegelikkuse kohta objektiivsete teadmiste hankimisel ja süstematiseerimisel».

Igal teadusel on objekt Ja üksus uurimine. Bioloogias objektiks uuringud on elu .

Teaduse subjekt on alati objektist mõnevõrra kitsam, piiratum: näiteks kui teadlast huvitab organismide toitumine, siis objektiks õppimine saab olema elu , A teema õppimine – toitumine .

Iga teadus, sealhulgas bioloogia, kasutab teatud meetodid uurimine. meetod – tehnikate kogum teadusliku tulemuse saamiseks.

Mõned neist universaalne kõikidele teadustele, näiteks nagu vaatlus, hüpoteeside püstitamine ja kontrollimine, teooriate ehitamine.

Muid teaduslikke meetodeid saab kasutada ainult teatud teadus, bioloogias on see: genealoogiline meetod, hübridisatsioonimeetod, koekultuuri meetod jne..

Bioloogia lähedalt seotud teiste teadustega - keemia, füüsika, geograafia, ökoloogia jne. .

Õige bioloogia aktsiad paljudele eriteadustele, mis uurivad erinevaid bioloogilisi objekte: botaanika, zooloogia, anatoomia, füsioloogia, morfoloogia, geneetika, süstemaatika, valik, mükoloogia, helmintoloogia ja paljud teised teadused.

meetod on uurimistee, mille läbib teadlane teadusprobleemi lahendamisel. Teaduslikud meetodid võib jagada järgmisteks osadeks:

1. Universaalne:

Modelleerimine - meetod, mille käigus luuakse objektist teatud kujutis, mudel, mille abil saavad teadlased objekti kohta vajalikku teavet (näiteks James Watson ja Francis Crick lõid mudeli üksikutest elementidest - DNA kaksikheeliksist , mis vastab röntgeni- ja biokeemiliste uuringute andmetele).

Vaatlus - meetod, mille abil uurija kogub teavet objekti kohta (saate visuaalselt jälgida loomade käitumist, kasutades instrumente looduses toimuvate muutuste jälgimiseks). Vaatleja tehtud järeldusi kontrollitakse kas korduvate vaatluste või katsega.

Eksperiment (kogemus) - meetod, mille abil kontrollitakse vaatluste ja eelduste tulemusi, hüpoteesid(uute teadmiste omandamine kogemuse kaudu): organismide ristamine uue sordi või tõu saamiseks, uue ravimi katsetamine.

Probleem– lahendust vajav probleem; peidab alati mingisuguseid vastuolusid teadaoleva ja tundmatu vahel. Probleemi lahendamine nõuab teadlaselt faktide kogumist, analüüsimist ja süstematiseerimist; viib uute teadmiste omandamiseni. Probleemi sõnastamine võib olla üsna keeruline, kuid alati, kui on raskusi või vastuolu, ilmneb probleem.

Hüpotees– oletus, püstitatud probleemi esialgne lahendus; katseliselt kontrollitud. Hüpoteeside püstitamisel otsib uurija seoseid faktide, nähtuste ja protsesside vahel. Seetõttu on hüpotees enamasti oletuse vormis: "kui ... siis."

teooria on mis tahes teadmistevaldkonna peamiste ideede üldistus. Aja jooksul täiendatakse teooriaid uute andmetega ja arendatakse; võib uute faktidega ümber lükata või praktikaga kinnitada.

2. Erateaduslikud meetodid:

Genealoogiline – kasutatakse sugupuude koostamisel ja tunnuste pärilikkuse olemuse tuvastamisel.

Ajalooline – seoste loomine ajalooliselt pika aja jooksul toimunud faktide, protsesside ja nähtuste vahel.

Paleontoloogiline - meetod, mis võimaldab välja selgitada iidsete organismide seoseid, mille jäänused asuvad maakoore erinevates geoloogilistes kihtides.

Tsentrifuugimine – segude lahutamine osadeks tsentrifugaaljõu mõjul; kasutatakse rakuorganellide, orgaaniliste ainete fraktsioonide (komponentide) jne eraldamisel.

Tsütoloogiline või tsütogeneetiline – raku ehituse, selle struktuuride uurimine erinevate mikroskoopide abil.

Biokeemiline – kehas toimuvate keemiliste protsesside uurimine.
Iga erabioloogiateadus (botaanika, zooloogia, anatoomia ja füsioloogia, tsütoloogia, embrüoloogia, geneetika, selektsioon, ökoloogia jt) kasutab oma erauuringute meetodeid.