Какие методы исследования живой материи вы знаете кратко

Обновлено: 06.07.2024

Вопрос 1. Что такое жизнь?
Попытайтесь дать свое определение.

Вопрос 2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.
Обычно выделяют восемь уровней организации живого.
Молекулярно-генетический уровень. Это уровень макромолекул: нуклеиновых кислот, углеводов, белков и других органических веществ. На этом уровне начинаются важнейшие биологические процессы: кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии.
Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица живого. Процессы, происходящие в клетке, лежат в основе роста и развития живых организмов.
Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемой функции. В состав ткани входит также межклеточное вещество.
Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (реже — две) преобладает.
Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию и поддержанию гомеостаза (т. е. постоянства внутренней среды). Многоклеточный организм представляет собой совокупность тканей и органов.
Популяционно-видовой уровень. Вид — это совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. На этом уровне под действием эволюционных факторов осуществляется процесс видообразования. Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенную территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других по-добных совокупностей.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания.
Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере, литосфере и объединяющая все экосистемы в единый комплекс. На этом уровне происходят вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Вопрос 5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?
Перечислим основные методы исследования живых объектов.
Метод наблюдения и связанный с ним описательный метод основаны на сборе фактического ма-териала. С их применения начинается большинство биологических исследований. Особое значение эти методы имеют, например, для анатомических дисциплин (изучение строения организма человека, растений, животных).
Сравнительный метод позволяет, сопоставляя разные организмы, выявлять их сходство и различие. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и животных, создана клеточная теория. Исторический метод позволяет выявить закономерности появления организмов, их развития, усложнения структуры и функций. Он имеет ключевое значение для теории эволюции, эмбриологии (науки об индивидуальном развитии организмов).
Экспериментальный метод в настоящее время, пожалуй, наиболее актуален. Ученый, использующий экспериментальный метод, активно влияет на организм, помещая его в те или иные условия, оказывая на него различные воздействия и изучая ответные реакции.
Метод компьютерного моделирования незаменим для исследования биологических процессов, воссоздать которые в реальности очень сложно либо вообще невозможно. С помощью моделирования можно, например, за несколько дней оценить действие на организм сотен лекарственных препаратов и выбрать наиболее эффективный. На аналогичные экспериментальные исследования ушли бы многие месяцы.

Жизнь на нашей планете представлена саморегулирующимися и самовоспроизводящимися системами различного ранга, открытыми для вещества, энергии и информации. Происходящие в них процессы жизнедеятельности и развития обеспечивают существование и взаимодействие этих систем. На каждом уровне организации живой материи существуют свои специфические особенности, поэтому в любых биологических исследованиях, как правило, какой-то определённый уровень является ведущим. Так, например, механизмы деления клетки изучают на клеточном уровне, а основные успехи в области генной инженерии достигнуты на молекулярно-генетическом. Но такое разделение проблем по уровням организации является весьма условным, потому что большинство задач биологии так или иначе касаются одновременно нескольких уровней, а порой и всех сразу. Например, проблемы эволюции затрагивают все уровни организации, а методы генной инженерии, реализуемые на молекулярно-генетическом уровне, направлены на изменение свойств всего организма.

2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

Молекулярно-генетический уровень. Как бы сложно ни была организована любая живая система, в её основе лежит взаимодействие биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, а также других органических и неорганических веществ.

Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица всего живого. Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов.

Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединённых общностью происхождения, строения и выполняемой функции. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.

Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определённую форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.

Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — это целостная одноклеточная или многоклеточная живая система,

способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован, как правило, совокупностью тканей и органов.

Популяционно-видовой уровень. Популяция — совокупность особей одного вида, в течение длительного времени проживающих на определённой территории, внутри которой осуществляется в той или иной степени случайное скрещивание и нет существенных внутренних изоляционных барьеров; она частично или полностью изолирована от других популяций данного вида.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания. В биогеоценозах осуществляется круговорот веществ и энергии.

Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере. Биосфера объединяет все биогеоценозы (экосистемы) в единый комплекс. В ней происходят все вещественно – энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.

Биологические макромолекулы: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды.

4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?

5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?

Научный метод – это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата.

Методы, используемые в биологии:

а. Эмпирические – наблюдение и эксперимент.

б. Теоретические – сравнение, анализ, синтез, обобщение, моделирование, математические обработка, исторический.

6. Может ли многоклеточный организм не иметь тканей и органов? Если вы считаете, что может, приведите примеры таких организмов.

Да, может. Таким примером служит отдел Низших растений, к которым относят все виды водорослей. Это низшие растения, состоящие из одной или нескольких клеток, последние образуют нити или слоевища, для крепления используют ризоиды. Дифференциации на ткани и органы отсутствует, поэтому они отнесены к отделу Низшие растения.

Подумайте! Вспомните!

Биологическая система - целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

– Система – упорядоченность, порядок, целостность, организация

2. Согласны ли вы с тем, что описательный период в биологии продолжается и в XXI в.? Ответ обоснуйте.

Да. Описательный метод исследования — это такой научный метод, который включает наблюдение и описание поведения участника без какого бы то ни было влияния на него. Многие другие методы сопровождаются описанием, это эксперимент, обобщение, исторический и др., даже моделирование и эксперимент в дальнейшем необходимо описать.

3. Рассмотрите рис. 5.

Определите, какое изображение было получено при помощи световой микроскопии, какое — при помощи электронной, а какое — результат использования сканирующего микроскопа. Объясните свой выбор.

А – световой микроскоп, его увеличение недостаточно большое, поэтому видны не все структуры (органоиды) одноклеточного животного; Б – электронный микроскоп, увеличение большое, можно различить структуры, находящиеся в цитоплазме, видны микроскопические структуры – цитоскелет (микротрубочки в цитоплазме); В – сканирующий микроскоп, видно объемное очертание организма, структура оболочки.

4. Из предыдущих курсов биологии, физики, химии или других предметов вспомните какую-нибудь хорошо известную вам теорию (закон или правило). Попробуйте описать основные этапы её (его) формирования.

Атомно-молекулярное учение М.В. Ломоносова (химия)

– Античная атомистика – представление о материи, возникшее в Древней Греции (Левкипп и его ученик Демокрит, 460-370 гг. до н.э.) Демокрит назвал мельчайшие частицы, из которых состоит вещество, "неделимые", что в переводе на греческий значит "атомы". Демокрит, развивая новое учение – атомистику, приписал атомам такие современные свойства, как размер и форму, способность к движению.

– Становление атомистической гипотезы. Последователь Демокрита Эпикур (342–270 гг. до н.э.) придал древнегреческой атомистике завершенность, предположив, что у атомов существует внутренний источник движения и они сами способны взаимодействовать друг с другом.

– Атомистическая теория Дальтона (1808 г.)

1) Все вещества состоят из атомов

2) Атомы одного химического вещества (химический элемент) обладают одинаковыми свойствами, но отличаются от атомов другого вещества

3) При взаимодействии атомов образуются молекулы (гомоядерные — простые вещества, гетероядерные — сложные вещества)

4) При физических явлениях молекулы не изменяются, при химических происходит изменение их состава

5) Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач:

– Лазерного конфокального микроскопа

– Моторизированных флуоресцентных микроскопов

– Автоматический ротационный микротом

– Автоматический микротом с вибрирующим лезвием

– Стереомикроскоп stemi-2000 cs с системой осветителей проходящего и падающего света

– Высокоскоростной клеточный сортера используется для анализа и разделения клеток по принципу флуоресценции

– Спектрофотометр hitachi-557 предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности растворов и твердых образцов

– Высокоэффективный жидкостный микроколоночный хроматограф

– Просвечивающий электронный микроскоп

Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Да, можно. Медицина – это отрасль биологической науки, изучающая организм человека, его болезни, их лечение и профилактику. Человек часть биосферы, живая биологическая система, поэтому оборудования, используемое в медицине - биологическое.

Ваша будущая профессия

1. Оцените роль науки в жизни каждого человека и общества в целом. Напишите эссе по данной теме. Обсудите в классе, существует ли в настоящее время профессиональная деятельность, на которую не влияет развитие науки.

В данном высказывании автор поднимает проблему роли информации в жизни человека. Этими словами автор хотел сказать, что если человек располагает ценными знаниями, то он может стать довольно успешным. Даже в современном обществе эта тема актуальна как никогда, так как с каждым годом становится всё больше информации и, если правильно ее подать, можно добиться больших успехов. 21 век – век технологий, прав и свобод, в особенности свободы слова и творчества. Информация всегда обладала исключительной важностью, с ее помощью переворачивали целые государства, свергали правительство и богатели. Для начала нужно вспомнить, что же такое информация. Все достаточно просто: информация – это сведения о положении дел, о состоянии чего-либо. Из этого простого определения вытекает масштабная сила и власть. Информация своего рода ресурс для успешного развития социальной жизнедеятельности (ресурс – запас, источник чего-либо). Итак, информация – это ресурс, который несомненно имеет свое влияние и на экономической стороне вопроса. Опираясь на приведенные факты, можно утверждать, что информация является неофициальным фактором производства. В свою очередь, фактором производства называют часть экономических ресурсов, которые реально участвуют в процессе производства (труд, земля, капитал, предпринимательские способности). Хорошим аргументом может послужить создание информационного оружия. Это оружие можно поставить в один ряд с самыми опасными боеприпасами человечества. Данная разработка не давит физически, но уничтожает морально. Она может заставить человека изменить его мнение, мировоззрение, всю его жизнь. Это оружие даже не массового уничтожения, а массового управления! Подводя итог, соглашаюсь с автором данного высказывания. Сейчас информации в достатке, так что если научиться ею правильно пользоваться, то вполне можно заполучить кусочек мира.

3. Попробуйте смоделировать ситуации, в которых вам могут пригодиться знания, полученные при изучении этой главы.

В настоящее время активно развиваются прикладные отрасли ботаники: растениеводство, лесное хозяйство, фармакология и парфюмерная промышленность. Велика роль ботаники в увеличении продуктивности культурных растений, в решении мировой продовольственной проблемы. На первый план выходят такие задачи, как рациональное использование и сохранение растительного мира, защита растений от неблагоприятных факторов. Многие современные науки, такие как генетика, молекулярная биология, экология, решают свои актуальные задачи, используя для исследования животных. Тесно связана с практической деятельностью человека прикладная зоология, которая включает сельскохозяйственную, лесную, медицинскую зоологию, паразитологию и другие разделы.

4. Специальность — комплекс приобретённых путём специальной подготовки и опыта работы знаний, умений и навыков, необходимых для определённого вида деятельности в рамках той или иной профессии. Профессия — социально значимый род занятий человека, вид его деятельности. Определите, что из ниже приведённого списка относится к специальности, а что — к профессии: биология, инженер-эколог, биотехнолог, экология, генный инженер, молекулярный биолог. Аргументируйте свой выбор.

Код ОГЭ: 1.1. … Методы изучения живых объектов. Биологический эксперимент. Наблюдение, описание, измерение биологических объектов.

Живая природа является системой, компоненты которой можно расположить в строгом порядке: от низших к высшим. Данный принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни и дает комплексное представление о жизни как о природном явлении. Живая природа является сложной, многокомпонентной и строго упорядоченной системой.

В настоящее время выделяют 5 основных уровней организации живой материи:

клеточный;
организменный;
популяционно-видовой;
биогеоценотический;
биосферный.

Методы изучения живых объектов: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

Описательный метод широко применялся ещё учёными древности, которые занимались сбором фактического материала и его описанием. В основе этого метода лежит наблюдение. Практически до XVIII в. биологи в основном занимались изучением и описанием животных и растений, делали попытки первичной систематизации накопленного материала.

Сравнительный метод стал применяться в XVII в. и позволил выявлять сходства и различия между организмами и их частями. Использование сравнительного метода позволило получить данные, необходимые для систематизации растений и животных. В XIX в. метод был использован при разработке клеточной теории и обосновании теории эволюции.

Исторический метод помогает осмыслить полученные факты, сопоставить их с ранее известными результатами. Этот метод стал широко применяться во второй половине XIX в. благодаря работам Ч. Дарвина, который с его помощью научно обосновал закономерности появления и развития организмов, становления их структур и функций во времени и пространстве.

Благодаря появлению в XX в. новых приборов для проведения биологических исследований ведущим в биологии стал экспериментальный метод. Широко применять в биологии этот метод стали лишь с начала XIX в., прежде всего при изучении физиологических процессов. Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление жизни с помощью опыта. Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Г. Мендель. Он, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал биологический эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основании получаемых результатов.

Наблюдение — целенаправленное выявление объектов и закономерностей в естественных условиях;

Описание — фиксация сведений об объекте средствами естественного или искусственного языка (в биологии сформированы научные понятия, обозначаемые специальными терминами);

Измерение — сравнение объекта по каким-либо свойствам с эталоном (с граммом, с метром и др.);

Биологический эксперимент — выявление свойств живых объектов в искусственно созданных условиях.

Современное научное исследование

Сначала на основании собранных фактов учёным формулируется проблема исследования. Для её решения выдвигаются гипотезы, каждая из которых проверяется экспериментально, путём применения соответствующих методов исследования, в процессе чего могут быть получены новые научные факты. Если эти факты противоречат выдвинутой гипотезе, то она отвергается. Если же гипотеза согласуется с полученными фактами и позволяет делать верные прогнозы, то она может стать теорией. Некоторые теории устанавливают связи между различными явлениями. Это правила и законы. Из правил возможны исключения, а законы действуют всегда.

В биологических исследованиях всё шире применяют моделирование, которое считают высшей формой эксперимента. Так, ведутся активные работы по компьютерному моделированию важнейших биологических процессов, основных направлений эволюции, развития экосистем или даже всей биосферы (например, в случае глобальных климатических или техногенных изменений).

В настоящее время в биологии широко применяют различные виды микроскопии (в том числе электронную), биохимические методы, разнообразные методы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей и органов, метод меченых атомов, рентгеноструктурный анализ, ультрацентрифугирование, хроматографию и т. д.

Какие методы исследования живой материи вы знаете?

Перечислим основные методы исследования живых объектов.

Метод наблюдения и связанный с ним описательный метод основаны на сборе фактического материала. С их применения начинается большинство биологических исследований. Особое значение эти методы имеют, например, для анатомических дисциплин (изучение строения организма человека, растений, животных).

Сравнительный метод позволяет, сопоставляя разные организмы, выявлять их сходство и различие. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и животных, создана клеточная теория.

Исторический метод позволяет выявить закономерности появления организмов, их развития, усложнения структуры и функций. Он имеет ключевое значение для теории эволюции, эмбриологии (науки об индивидуальном развитии организмов).

Экспериментальный метод в настоящее время, пожалуй, наиболее актуален. Ученый, использующий экспериментальный метод, активно влияет на организм, помещая его в те или иные условия, оказывая на него различные воздействия и изучая ответные реакции.

Метод компьютерного моделирования незаменим для исследования биологических процессов, воссоздать которые в реальности очень сложно либо вообще невозможно. С помощью моделирования можно, например, за несколько дней оценить действие на организм сотен лекарственных препаратов и выбрать наиболее эффективный. На аналогичные экспериментальные исследования ушли бы многие месяцы.

Биология — это наука. Что отличает науку от других сфер человеческой деятельности? Подход к изучению явлений. Этот подход — научный метод.

Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки.

Научный метод предполагает определенный системный подход:

Наблюдение фактов и их измерение, т.е. описание наблюдения — количественное и\ или качественное .
Анализ полученных результатов — систематизация, выявление главного и второстепенного.
Обобщение — формулирование гипотез и потом уже — теорий.

Прогноз: формулирование следствий из предложенной гипотезы или принятой теории с помощью дедукции, индукции или других логических методов.

Проверка прогнозируемых следствий с помощью эксперимента.

Обратите внимание на 5-ый пункт. Без него нельзя считать подход научным !

Важно понимать отличие между понятиями гипотеза и теория.

Гипотеза -это утверждение, предположение, которое еще не доказано.

Когда гипотезу доказывают, она становится теорией, теоремой или фактом. Опровергнутая гипотеза переходит в разряд ложных утверждений . Гипотеза, которая еще не доказана, но и не опровергнута, называется открытой проблемой .

Теория — система знаний, выстроенная на доказанной научным методом гипотезе.

Почему мы говорим о цитологии как о клеточной теории — потому что этому предшествовал огромный научный процесс наблюдения, сбор статистики — качественные и количественные данные; систематизация полученных результатов, были сформулированы гипотезы и прогнозы, которые затем были экспериментально проверены и подтверждены. Более того, на основе этой теории были сделаны следующие предположения, и они тоже были экспериментально подтверждены.

Методы изучения живых объектов

Наблюдение (эмпирический метод познания) — описание того или иного биологического объекта или процесса;
Сравнение —необходимо для того, чтобы найти закономерности — то, что является общим для разных явлений;
Эксперимент — создаются условия, в точности соответствующие наблюдаемым , при этом выясняются свойства биологических объектов; фиксируются качественные и количественные характеристики.
Исторический метод — информация, сведения, данные, уже полученные и доказанные в прошлом, раскрывают и объясняют законы развития живой природы в настоящем.

Считается идеальным, когда используются все эти методы в совокупности.

Биологический эксперимент

Качественный экспериментт — самый простой вид биологического эксперимента — его цель — установить наличие или отсутствие предполагаемого в теории явления.
Измерительный эксперимент — выявление какой-то количественной характеристика объекта или процесса.

Наблюдение, описание и измерение биологических объектов

Наблюдение — это непосредственное, целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на такие чувственные способности человека, как ощущение, восприятие, представление.

Эмпирическое описание — это фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении.

В отличие от эксперимента, при эмпирическом методе познания нельзя вмешиваться в изучаемый процесс, нельзя влиять или изменять условия его протекания.

Для наблюдения используют так же различные технические — опосредованные средства.

Наблюдение	исследователь изучает объект, не воздействуя на него или на внешние условия	могут быть побочные условия, мешающие объективному восприяттию результатов	не всегда может быть повторено
Эксперимент	исследователь целенаправленно изменяет условия, влияет на объект исследования для выявления различных свойств	объект или явление изучается в изолированных от побочных эффектов условиях или введены дополнительные условия	должен воспроизводиться

Процесс естественно — научного познания существенно зависит от развития используемых наукой технических средств.

Трудно переоценить роль микроскопа в биологии. Именно благодаря ему человек открыл для себя микроорганизмы. На сегодняшний момент существуют микроскопы, позволяющие исследовать живые организмы на внутриклеточном уровне.

Статистические измерения — измерения величин, не изменяющихся во времени.

Динамические измерения — измерения величин, меняющих свое значение во времени (давление, температура, плотность популяции и т.д.)

Методы исследования в науке довольно разнообразны, но все они базируются на научных методах познания, которые отличаются определенным подходом.

Знание этой информации помогает отделить действительные научные исследования от различных широкораспространенных околонаучных экспериментов.

Биологические науки

Читайте также: