Теория. Методы биологической науки

В прошлом уроке мы говорили о биологии и ее разделах. Сегодня мы поговорим о том, какие методы используют ученые, чтобы изучать живые организмы.

Что такое метод?

Напомним, что биология — это наука о живых организмах. Для того, чтобы что-то изучать, нужно понимать, как это правильно делать.

Метод — это способ познания мира: последовательность действий, приводящая к результату.

Все методы можно разделить на разные группы, например на практические и теоретические:

• практические методы — это собственно само исследование какого-либо объекта или явления;
• теоретические методы нужны для анализа результатов исследований, их объяснения, классификации, установления закономерностей.

Также выделяют общенаучные и частные методы. Общенаучные методы характерны для любой науки, а частные — только для биологии и ее разделов.

Общенаучные методы: практические

Наблюдение и описание

Наблюдение — один из самых древних методов познания природы. Еще в древности люди наблюдали за окружающей средой и передавали знания, полученные в ходе наблюдения, из поколения в поколение. Однако и сегодня этот метод остается одним из самых важных.

Наблюдение — это целенаправленный процесс получения информации об объекте с помощью органов чувств.

Наблюдение в основном осуществляется с помощью зрения, но и слух, осязание, обоняние и даже вкус могут помочь в наблюдении за различными объектами.

Описание тесно связано с наблюдением — наблюдение всегда сопровождается описанием. Описывать результаты можно разными способами: словами, в числовом виде, с помощью рисунков, фотографий, схем, таблиц, графиков и диаграмм.

Описание — очень важный метод познания в биологии, так как именно он дает возможность систематизировать знания. Имея в распоряжении различные описания, ученый может сравнивать, выявлять сходства и различия, обнаруживать закономерности и делать выводы.

Эксперимент

Эксперимент (или опыт) — это более сложный, чем наблюдение, практический метод. Цель ученого в этом случае — подтвердить или опровергнуть какое-либо предположение (по-научному такое предположение называется гипотезой). Основное отличие эксперимента от наблюдения — ученый активно воздействует на объект, в то время как наблюдатель вообще не вмешивается.

Эксперимент — это метод исследования, призванный подтвердить или опровергнуть какую-либо гипотезу или теорию.

Для проведения эксперимента сначала выдвигается определенная теория и ставится задача. Например, ученый хочет узнать, как влияет полив на рост растения. Берется три группы растений одного сорта и возраста и помещаются в одинаковые условия (температура, свет и др.). Далее применяются различные способы полива, чтобы выявить разницу в росте растений.

Измерение

Еще один практический метод — измерение. Однако он является вспомогательным при проведении наблюдения и эксперимента. 

Измерение — это определение количественных значений каких-либо признаков объекта или явления с помощью измерительных приборов.

Такой метод позволяет получать объективную информацию, так как цифры не зависят от мнения или взглядов человека. Например, если один скажет, что вода горячая, это не объективная характеристика. Признак «горячий» для всех может означать разное — в зависимости от индивидуальной чувствительности. А вот если сказать, что температура воды 41 °C — это показатель, не зависящий от наших личных ощущений.

Примеры из ЕГЭ

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"Распределите черты, характерные для наблюдения и для эксперимента: [[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Наблюдение","Эксперимент"],"items":[["Исследователь не может вмешиваться в происходящее","Исследователь должен быть как можно незаметнее, чтобы не повлиять на результаты"],["Условия находятся под контролем исследователя","Исследователь проверяет предположение (гипотезу)","Исследователь руководит процессом"]]}}}]}

Общенаучные методы: теоретические

К теоретическим методам относят различные способы осмысления имеющихся знаний: анализ, сравнение, обобщение, классификация и др. Главная их цель — установление различных закономерностей и законов природы.

Основой теоретических методов изучения в биологии является работа с книгами, энциклопедиями, справочниками, научными трудами и результатами практических исследований.

Статистический метод основан на статистической обработке данных, собранных в результате практических исследований (наблюдений, экспериментов, моделирования), что позволяет всесторонне проанализировать и установить определенные закономерности.

Примеры из ЕГЭ

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"Выберите все верные утверждения о теоретических методах в биологии:[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Анализ, обобщение, классификация — это все примеры теоретических методов.","Цель теоретических методов — выяснить, насколько сильно исследователь влияет на эксперимент.","Основа теоретических методов изучения биологии — работа с книгами, результатами исследований, научными трудами.","Метод классификации появился, чтобы упорядочить знания о различных живых организмах."],"explanations":["","Нет. Главная их цель — установление различных закономерностей и законов природы.","",""],"answer":[0,2,3]}}}]}

Частнонаучные методы

Теперь рассмотрим методы, характерные для конкретных областей биологии. В заданиях ЕГЭ, посвященных методам, они являются ответами для большинства вопросов, поэтому их необходимо выучить, чтобы успешно справиться с ними.

Методы цитологии

• Микроскопия — основной метод изучения клеток и их структур. С помощью него исследуют форму и размеры клеток, строение органоидов, процессы деления, движение цитоплазмы.
• Электрофорез — способ разделения веществ с помощью электрического тока: используется для анализа белков, применяется при изучении ДНК, позволяет разделять компоненты по заряду.
• Метод меченых атомов помогает изучать пути превращения веществ в клетке, обмен веществ, биохимические процессы. Этот метод предполагает введение радиоактивных изотопов, отслеживание перемещения веществ и изучение химических реакций.
• Биохимический анализ позволяет определять состав веществ в клетках, измерять концентрацию соединений, изучать структуру молекул, оценивать обмен веществ.
• Центрифугирование используется для разделения клеточных структур, выделения органоидов, разделения веществ по массе. Метод основан на действии центробежной силы и разделении компонентов разной плотности.
• Хроматография  — физико-⁠химический метод, используемый для разделения смеси веществ. Он основан на разной скорости движения веществ через среды.
• Метод культуры клеток дает возможность выращивать клетки вне организма, изучать их жизнедеятельность, проводить эксперименты в контролируемых условиях, получать клеточные линии для исследований.

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Избирательное выделение органоидов клетки для последующего изучения","Определение уровня гемоглобина в крови","Изучение строения клеток кожицы лука","Разделение основных пигментов из<br />экстракта листьев"],"items":["центрифугирование","биохимический метод","микроскопия","хроматография"]}}}]}

Методы генетики

• Гибридологический метод используется для изучения закономерностей наследования признаков через анализ потомства от родителей с разными характеристиками. Применение метода включает скрещивание организмов с разными признаками, анализ характера наследования, выявление закономерностей передачи признаков.
• Цитогенетический метод основан на исследовании хромосомного набора клетки под микроскопом. С помощью него проводят анализ структуры хромосом, выявление хромосомных мутаций и геномных нарушений, а также диагностику наследственных заболеваний.
• Близнецовый метод — сравнительный анализ развития признаков у близнецов. Это позволяет определить влияние наследственных факторов, роль окружающей среды и степень генетической обусловленности признаков.
• Генеалогический метод основан на построении и анализе родословных. Он используется для определения типа наследования признака, выявление генных мутаций и прогнозирования риска наследственных заболеваний.
• Популяционно-статистический метод — изучение генетического состава популяций. Он позволяет определить частоту встречаемости генов, распределение признаков в популяции, генетическую структуру популяции и факторы, влияющие на изменение генофонда.

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Определение числа хромосом в кариотипе","Определение роли факторов среды в формировании<br />фенотипа человека","Анализ распределения в семьях лиц,<br />обладающих аллелем аномального признака","Скрещивание растений для определения типа наследования признака"],"items":["цитогенетический метод","близнецовый метод","генеалогический метод","гибридологический метод"]}}}]}

Методы селекции растений и животных

• Гибридизация — основной метод создания новых сортов растений и пород животных. Бывает близкородственная (инбридинг) и неродственная гибридизация (аутбридинг).
• Искусственный отбор — выбор растений и животных с нужными признаками для дальнейшего размножения.
• Секвенирование — метод определения нуклеотидной последовательности ДНК для выявления и отбора желаемых генетических признаков у организмов. Это позволяет ускорить и улучшить процесс селекции, направленный на получение потомства с заданными характеристиками. 
• Мутагенез — метод получения новых наследственных изменений. Особенности метода: использование специальных мутагенов и создание полиплоидных форм.
• Метод культуры тканей — выращивание растений из отдельных клеток, получение гаплоидных форм. Метод подходит для быстрого размножения ценных сортов и сохранения редких видов.
• Хромосомная инженерия — манипуляции с хромосомами для создания особей с улучшенными признаками и комбинирования лучших качеств.
• Генная инженерия — точный перенос генов для получения особей с заданными свойствами и улучшения устойчивости к болезням.
• Испытание родителей по потомству — оценка племенных качеств производителей через анализ характеристик их потомства. Применение метода позволяет определить наследственные качества, оценить продуктивность, выявить желательные признаки и отбраковать некачественных производителей.
• Полиэмбриония — получение нескольких близнецовых зародышей из одной оплодотворенной яйцеклетки. Метод вызывает ускорение процесса размножения, позволяет получить генетически идентичных особей, сохранить ценные признаки и увеличить численность потомства.
• Клеточное клонирование — создание генетически идентичных копий животных. Процесс включает извлечение ядра соматической клетки, перенос в яйцеклетку, создание искусственной зиготы и развитие эмбриона.

Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.

Показать ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Целенаправленное скрещивание организмов<br />с целью получения потомства с новыми признаками","Воздействие на организм радиацией с целью внесения изменений в последовательность ДНК","Получение эмбрионов, генетически идентичных материнскому организму","Определение последовательности нуклеотидов<br />в ДНК с использованием флуоресцентных<br />меток"],"items":["гибридизация","мутагенез","клонирование","секвенирование"]}}}]}

Практические советы для ЕГЭ

В задании № 1 ЕГЭ по биологии вопросы данного раздела в большинстве связаны с частнонаучными методами. Чтобы успешно справиться с этим заданием, необходимо выучить методы, характерные для каждой области биологии.

Обращайте внимание на ключевые слова примера, а также будет полезно определить в целом, к чему относится данный пример. Имейте в виду, что в некоторых вопросах подойдет несколько вариантов ответа. Ответы нужно записывать без слова «метод» и со знаком дефиса, если он есть в слове.

Часто задаваемые вопросы