O que é comparação em biologia. Quais são os métodos de pesquisa biológica? Métodos para estudar objetos vivos

O processo de conhecimento científico costuma ser dividido em duas etapas: empírica e teórica.

Na fase empírica Os seguintes métodos são usados.

Métodos descritivos e comparativos , eles são baseados na observação. Observação - estudo de objetos da natureza viva em condições naturais. Trata-se de observação direta (literalmente) do comportamento, assentamento, reprodução de animais e plantas na natureza, determinação visual ou instrumental das características dos organismos, suas células, órgãos e tecidos. Para esses fins, a biologia moderna usa meios tradicionais de pesquisa de campo - de binóculos a submersíveis de alto mar, e equipamentos de laboratório complexos - microscópios, espectrofotômetros, ultracentrífugas, etc.

Método experimental baseado em estudo de objetos vivos sob extrema influência de fatores ambientais- alteração de temperatura, luz ou umidade, aumento de carga, toxicidade ou radioatividade, alteração do local de desenvolvimento (remoção ou transplante de genes, células, órgãos, voos espaciais, etc.). O método experimental permite identificar propriedades ocultas, os limites das capacidades adaptativas dos sistemas vivos, o grau de sua flexibilidade, confiabilidade e variabilidade.

Método histórico revela a história do desenvolvimento dos objetos biológicos, sua origem. Compare a estrutura anatômica, composição química, estrutura genética e outras características de organismos de diferentes níveis de complexidade. Ao mesmo tempo, não apenas organismos vivos são estudados, mas também organismos extintos, preservados na forma de restos fossilizados.

Um método relativamente novo - modelagem processos biológicos , tanto ao nível dos organismos, células ou biomoléculas, como E modelagem matemática. Por exemplo, você pode construir um modelo e prever o estado de vida em um reservatório após um certo tempo, quando um, dois ou mais parâmetros mudam (temperatura, concentração de sal, presença de predadores, etc.).

Método do sistema (abordagem) também é novo . Os objetos vivos são considerados sistemas , ou seja, uma coleção de elementos com determinados relacionamentos. Cada objeto é considerado simultaneamente como um sistema e como um elemento de um sistema de ordem superior.

Sobre estágio teórico os seguintes métodos são usados ​​​​para cognição: generalização acumulado fatos , promoção novas hipóteses , deles reteste empírico (novas observações, experimentos, comparações, modelagem). As hipóteses confirmadas tornam-se leis , eles são compostos de teorias . É claro que tanto as leis como as teorias são de natureza relativa e podem, mais cedo ou mais tarde, ser revistas.

3. Conceitos básicos de biologia

Conceito - este é um grupo interligado de conceitos, hipóteses, teorias que explicam algum fenômeno ou propriedade fundamental da natureza. Básicoconceitos biológicos explique o fenômeno e as propriedadesvida .

1. O conceito de uma organização sistêmica da vida em vários níveis : todos os objetos vivos são sistemas diferentes níveis de complexidade, formam uma hierarquia contínua de níveis de organização estrutural e funcional.

2. Conceito de essência material da vida : a vida é material, sua base física e química é o metabolismo e a energia. Num sentido filosófico, isto significa a primazia da matéria e a natureza secundária da consciência (materialismo).

A matéria é uma combinação de matéria e campo. A matéria tem massa de repouso, mas o campo não. A matéria viva representasubstância particularmente complexa e um campo multifatorial complexo. Exatamentenível de dificuldade dá vida à matéria, embora leis físicas e químicas simples operem dentro dela.

3. Conceito de informação biológica e auto-reprodução da vida : Os organismos vivos se reproduzem com base em suas próprias informações (genéticas) em interação com informações externas (epigenéticas). O resultado dessa interação é o desenvolvimento individual dos organismos (ontogênese).

4. O conceito de autorregulação dos sistemas vivos : os sistemas vivos mantêm a relativa constância de suas conexões internas e condições de operação (homeostase) com base em uma combinação de conexões positivas diretas e negativas inversas.

5. Conceito de auto-organização e evolução biológica : o mundo vivo surgiu como resultado da auto-organização a partir de sistemas químicos não vivos e passa por um desenvolvimento histórico irreversível (filogenia) baseado na variabilidade hereditária e na seleção natural de organismos mais bem adaptados às mudanças nas condições ambientais.

Métodos de pesquisa em ciência

Biologia- isso é ciência. O que distingue a ciência de outras áreas da atividade humana? Abordagem ao estudo dos fenómenos. Esta abordagem é o método científico.

Método científico- um conjunto de formas básicas de obter novos conhecimentos e métodos de resolução de problemas no âmbito de qualquer ciência.
O método científico envolve uma certa abordagem sistemática:

1. Observando fatos e medindo-os, ou seja descrição da observação - quantitativo e\ ou qualidade.

2. Análise dos resultados obtidos- sistematização, identificação do principal e secundário.

3. Generalização - formulação hipóteses e então já - teorias.

4. Previsão: formular consequências de uma hipótese proposta ou teoria aceita usando dedução, indução ou outros métodos lógicos.

5. Exame consequências previstas usando um experimento.

Preste atenção ao 5º ponto. Sem ele, a abordagem não pode ser considerada científica!

É importante entender a diferença entre os conceitos hipótese E teoria.

· Hipótese- esta é uma afirmação, uma suposição de que não comprovado.

Quando uma hipótese é comprovada, ela se torna teoria, teorema ou fato. Uma hipótese refutada torna-se declarações falsas. Uma hipótese que ainda não foi provada, mas não foi refutada, é chamada problema aberto.

· Teoria- um sistema de conhecimento construído sobre comprovado cientificamente hipótese.

Por que estamos falando citologia que tal teoria celular- porque este foi precedido por um enorme processo científico de observação, recolha de estatísticas - dados qualitativos e quantitativos; sistematização dos resultados obtidos, foram formuladas hipóteses e previsões, que foram então experimentalmente testado e confirmado. Além disso, com base nesta teoria, as seguintes suposições foram feitas, e também confirmadas experimentalmente.

Métodos para estudar objetos vivos

· Observação (método empírico de cognição) - descrição de um determinado objeto ou processo biológico;

· Comparação - necessário para encontrar padrões – o que é comum a diferentes fenômenos;

· Experimentar - estão sendo criados condições exatamente correspondentes às observadas, enquanto as propriedades dos objetos biológicos são esclarecidas; características qualitativas e quantitativas são registradas.

· Método histórico - informações, informações, dados já obtidos e comprovados no passado revelam e explicam as leis de desenvolvimento da natureza viva no presente.

É considerado ideal quando todos esses métodos são usados ​​em conjunto.

Experimento biológico

1. Experimento qualitativo t - o tipo mais simples de experimento biológico - seu objetivo é estabelecer a presença ou ausência do fenômeno assumido na teoria.

2. Experimento de medição - identificando alguns quantitativo característica de um objeto ou processo.

Observação, descrição e medição de objetos biológicos

Observação- este é um estudo direto e proposital de objetos, baseado principalmente em habilidades sensoriais humanas como sensação, percepção e representação.

Descrição empírica- é o registro por meio de linguagem natural ou artificial de informações sobre objetos dados na observação.

Essencialmente, trata-se de uma “tradução” do que foi visto ou ouvido para a linguagem científica – conceitos e definições, sinais, diagramas, desenhos, gráficos e números (dados estatísticos).

Ao contrário do experimento, com o método empírico de cognição Você não pode interferir no processo que está sendo estudado, não pode influenciar ou alterar as condições de sua ocorrência.

Vários meios técnicos indiretos também são utilizados para observação.

O processo de conhecimento científico natural depende significativamente do desenvolvimento dos meios técnicos utilizados pela ciência.

É difícil superestimar o papel microscópio em biologia. Foi graças a ele que o homem descobriu os microrganismos. Hoje existem microscópios que permitem estudar organismos vivos em nível intracelular.

Medições estatísticas- medições de quantidades que não mudam com o tempo.

Medições dinâmicas- medições de quantidades que mudam de valor ao longo do tempo (pressão, temperatura, densidade populacional, etc.)

Métodos de pesquisa em ciência são bastante diversos, mas todos se baseiam em métodos científicos de cognição, que diferem em uma determinada abordagem.

Conhecer essas informações ajuda a separar a pesquisa científica real de vários experimentos pseudocientíficos difundidos.

Os principais métodos da ciência incluem o seguinte:

Modelagem – um método pelo qual é criada uma determinada imagem de um objeto, um modelo com o qual os cientistas obtêm as informações necessárias sobre o objeto. Por exemplo, ao estabelecer a estrutura da molécula de DNA, James Watson e Francis Crick criaram um modelo a partir de elementos plásticos - uma dupla hélice de DNA, correspondente aos dados de estudos de raios X e bioquímicos. Este modelo satisfez plenamente os requisitos do DNA.

Observação- um método pelo qual um pesquisador coleta informações sobre um objeto. Você pode observar visualmente, por exemplo, o comportamento dos animais. Você pode usar instrumentos para observar mudanças que ocorrem em objetos vivos: por exemplo, ao fazer um cardiograma durante o dia ou ao medir o peso de um bezerro ao longo de um mês. Você pode observar mudanças sazonais na natureza, muda de animais, etc. As conclusões tiradas pelo observador são verificadas por observações repetidas ou por experimentos.

Experimentar(experiência) - um método pelo qual os resultados das observações são testados, as suposições feitas - hipóteses. Exemplos de experimentos são cruzar animais ou plantas para obter uma nova variedade ou raça, testar um novo medicamento, identificar o papel de uma organela celular, etc. Um experimento é sempre a aquisição de novos conhecimentos por meio da experiência.

Problema– uma pergunta, uma tarefa que requer uma solução. Resolver um problema leva à aquisição de novos conhecimentos. Um problema científico esconde sempre algum tipo de contradição entre o conhecido e o desconhecido. Resolver um problema exige que um cientista colete fatos, analise-os e sistematize-os. Um exemplo de problema seria: “Como os organismos se adaptam ao seu ambiente?” ou “Como posso me preparar para exames sérios no menor tempo possível?” Pode ser bastante difícil formular um problema, mas sempre que há uma dificuldade ou uma contradição, surge um problema.

Hipótese– uma suposição, uma solução preliminar para o problema colocado. Ao apresentar hipóteses, o pesquisador busca relações entre fatos, fenômenos e processos. É por isso que uma hipótese geralmente assume a forma de uma suposição: “se... então”. Por exemplo, “Se as plantas produzem oxigênio na luz, então podemos detectá-lo com a ajuda de uma lasca fumegante, porque o oxigênio deve apoiar a combustão.” A hipótese é testada experimentalmente. (Veja a seção Hipóteses sobre a origem da vida na Terra.)

Teoria – Esta é uma generalização das principais ideias de qualquer área do conhecimento científico. Por exemplo, a teoria da evolução resume todos os dados científicos confiáveis ​​obtidos pelos pesquisadores ao longo de muitas décadas. Com o tempo, as teorias são complementadas com novos dados e desenvolvidas. Algumas teorias podem ser refutadas por novos fatos. As verdadeiras teorias científicas são confirmadas pela prática. Por exemplo, a teoria genética de G. Mendel e a teoria dos cromossomos de T. Morgan foram confirmadas por muitos estudos experimentais em diferentes países do mundo. A teoria evolutiva moderna, embora tenha encontrado muitas confirmações cientificamente comprovadas, ainda encontra oponentes, porque nem todas as suas disposições podem ser confirmadas por fatos no atual estágio de desenvolvimento científico.

Os métodos científicos específicos em biologia são:

Método genealógico– utilizado na compilação de pedigrees de pessoas, identificando a natureza da herança de determinadas características.

Método histórico– estabelecer relações entre fatos, processos, fenômenos que ocorreram durante um período de tempo historicamente longo (vários bilhões de anos). A doutrina da evolução desenvolveu-se em grande parte graças a este método. Método paleontológico- um método que permite descobrir a relação entre organismos antigos, cujos restos estão localizados na crosta terrestre, em diferentes camadas geológicas. Centrifugação– separação de misturas em partes componentes sob a influência da força centrífuga. É utilizado para a separação de organelas celulares, frações (componentes) leves e pesadas de substâncias orgânicas, etc.

Citológico, ou citogenética - o estudo da estrutura de uma célula, suas estruturas usando vários microscópios.

Bioquímico – estudo dos processos químicos que ocorrem no corpo. Cada ciência biológica privada (botânica, zoologia, anatomia e fisiologia, citologia, embriologia, genética, seleção, ecologia e outras) utiliza seus próprios métodos de pesquisa mais específicos. Cada ciência tem seu próprio objeto e seu próprio objeto de pesquisa. Na biologia, o objeto de estudo é a VIDA. Os portadores da vida são corpos vivos. Tudo relacionado à sua existência é estudado pela biologia. O sujeito da ciência é sempre um pouco mais restrito e limitado que o objeto. Assim, por exemplo, um dos cientistas está interessado no metabolismo dos organismos. Então o objeto de estudo será a vida, e o objeto de estudo será o metabolismo. Por outro lado, o metabolismo também pode ser objeto de estudo, mas então o objeto de estudo será uma de suas características, por exemplo, o metabolismo das proteínas, ou das gorduras, ou dos carboidratos. É importante entender isso porque... questões sobre qual é o objeto de estudo de uma determinada ciência são encontradas nas questões do exame. Além disso, isso é importante para aqueles que se dedicarão à ciência no futuro.

Experimentar- um método de pesquisa em biologia em que o experimentador muda deliberadamente as condições e observa como elas afetam os organismos vivos. O experimento pode ser realizado tanto em laboratório quanto ao ar livre.

Na microbiologia prática é utilizado para diagnóstico de doenças infecciosas, isolamento e identificação de patógenos puros, indicação e identificação de exotoxinas. Além disso, é amplamente utilizado em microbiologia experimental e imunologia, bem como no monitoramento de imunodrogas.

O método experimental é altamente sensível. Nos casos de isolamento de capim puro e estabelecimento de alterações imunológicas em um animal, o método experimental é altamente específico e pode ser utilizado nos estágios iniciais da doença. As desvantagens do método experimental são a intensidade do trabalho, o alto custo, a duração do estudo e o perigo de contaminação do laboratório. Portanto, é utilizado nos casos em que outros métodos são ineficazes e se estiverem disponíveis as condições necessárias para a manutenção de animais de laboratório.

O uso do método experimental em biologia está associado ao nome de William Harvey, que o utilizou em suas pesquisas para estudar a circulação sanguínea. Mas começou a ser amplamente utilizado na biologia apenas a partir do início do século XIX, principalmente no estudo de processos fisiológicos. O método experimental permite estudar um determinado fenômeno da vida por meio da experiência. Uma grande contribuição para o estabelecimento do método experimental em biologia foi feita por G. Mendel, que, ao estudar a hereditariedade e a variabilidade dos organismos, foi o primeiro a utilizar a experiência não apenas para obter dados sobre os fenômenos em estudo, mas também para testar a hipótese formulada com base nos resultados obtidos. O trabalho de G. Mendel tornou-se um exemplo clássico da metodologia da ciência experimental.

No século 20 o método experimental tornou-se líder na biologia. Isso se tornou possível graças ao surgimento de novos instrumentos de pesquisa biológica (microscópio eletrônico, tomógrafo, etc.) e ao uso de métodos da física e da química na biologia.

Atualmente, vários tipos de microscopia são amplamente utilizados em experimentos biológicos, incluindo microscopia eletrônica com técnica de cortes ultrafinos, métodos bioquímicos, diversos métodos de cultivo e observação intravital de culturas de células, tecidos e órgãos, método de átomos marcados, X- análise de difração de raios, ultracentrifugação, cromatografia, etc.

Não é por acaso que na segunda metade do século XX. Toda uma direção se desenvolveu na biologia - a criação de novos instrumentos e o desenvolvimento de métodos de pesquisa.

Na pesquisa biológica, a modelagem é cada vez mais utilizada, considerada a forma mais elevada de experimento. Assim, está em andamento um trabalho ativo de modelagem computacional dos processos biológicos mais importantes, das principais direções da evolução, do desenvolvimento dos ecossistemas ou mesmo de toda a biosfera (por exemplo, no caso do clima global ou das mudanças provocadas pelo homem).

O método experimental, aliado a uma abordagem estrutural-sistêmica, transformou radicalmente a biologia, ampliou suas capacidades cognitivas e abriu novos caminhos para a utilização do conhecimento biológico em todas as esferas da atividade humana.

• Métodos de biologia Biologia -
• a ciência da vida, suas formas e padrões de desenvolvimento. Método
• Método científico- este é o caminho de pesquisa que um cientista percorre.

é um conjunto de técnicas e operações utilizadas na construção de um sistema de conhecimento científico.

1. Os métodos biológicos são divididos em: Empírico
   • - permite estudar um fenômeno por meio da experiência.
   • descritivo,
   • comparativo,
   • experimental,
2. histórico.
   • Teórico
   • modelagem.

Os principais métodos (universais) em biologia incluem:

1. Método descritivo associada à observação e descrição de objetos ou fenômenos, à determinação de suas propriedades.
2. Método comparativo. As semelhanças e diferenças entre diferentes grupos sistemáticos, comunidades de organismos, sua estrutura, funções e componentes são estudadas usando método comparativo. Este método é utilizado em taxonomia, morfologia, anatomia, paleontologia, embriologia e outros ramos da ciência. Os princípios de comparação formaram a base da sistemática e da teoria celular. A lei biogenética e a lei das séries homológicas na variabilidade hereditária foram descobertas.
3. Método histórico esclarece os padrões de aparecimento e desenvolvimento dos organismos, a formação de sua estrutura e funções durante a história geológica da Terra. Com sua ajuda, foi criada a doutrina do desenvolvimento evolutivo do mundo orgânico.
4. Método experimental(experiência, prática) consiste em o pesquisador mudar as condições de existência do objeto da experiência, sua estrutura e observar os resultados das mudanças. Os experimentos podem ser de campo ou de laboratório. Este método permite estudar muito mais profundamente a essência do comportamento, estrutura e características dos organismos.

Métodos específicos de pesquisa biológica incluem métodos

1. Método genealógico.É usado na compilação de pedigrees de pessoas e na identificação da natureza da herança de certas características.
2. Método histórico. Permite descobrir padrões de origem e desenvolvimento dos seres vivos.
3. Método paleontológico- permite descobrir a relação entre organismos antigos localizados na crosta terrestre em diferentes camadas geológicas.
4. Centrifugação- separação de misturas em partes principais sob a influência da força centrífuga.
5. Citológica, citogenética, microscopia- estudo da estrutura da célula, suas estruturas por meio de microscópios.
6. Método bioquímico- estudo dos processos químicos que ocorrem no corpo.

Métodos teóricos:

• Método estatístico baseia-se no processamento estatístico de material quantitativo coletado em decorrência de outros estudos (observações, experimentos, modelagem), o que permite uma análise abrangente e o estabelecimento de determinados padrões.
• Modelagem- permite estudar objetos e processos difíceis ou impossíveis de reproduzir experimentalmente ou de observar diretamente.

Métodos de biologia. A biologia usa uma variedade de métodos de pesquisa. O método descritivo é tradicional, mas manteve seu significado. Métodos básicos de biologia:
· Observação E descrição factos e fenómenos (método descritivo). O método de observação dáa capacidade de analisar e descrever fenômenos biológicos. O método descritivo baseia-se no método de observação. Para descobrir a essência de um fenômeno, é necessário, antes de tudo, coletar e descrever o material factual. Por exemplo, usando o método de observação, você pode estudar as mudanças sazonais na vida selvagem. Observação é o estudo de objetos da natureza viva em condições naturais de existência. Esta é a observação direta do comportamento, assentamento e reprodução de plantas e animais na natureza. Para tanto, são utilizados tanto ferramentas tradicionais de pesquisa de campo (binóculos, câmeras de vídeo) quanto sofisticados equipamentos de laboratório (microscópios, analisadores bioquímicos, diversos equipamentos de medição).
· Comparação, que permite estabelecer semelhanças e diferenças entre diferentes estruturas e fenômenos biológicos (método comparativo). Compare a estrutura anatômica, composição química, estrutura genética e outras características de organismos de diferentes níveis de complexidade. Neste caso, não são estudados apenas organismos vivos, mas também organismos extintos, preservados como restos fossilizados no registro fóssil.
· Experimentar (lat. experimentum - teste), durante o qual objetos e processos biológicos são estudados em condições criadas artificialmente e controladas com precisão (método experimental). O método experimental está associado à criação proposital de um sistema e ajuda a estudar as propriedades e fenômenos da natureza viva. Método experimental (experiência) - pesquisa de objetos vivos sob condições de fatores ambientais extremos - mudança de temperatura, luz ou umidade, aumento de carga, toxicidade ou radioatividade, mudança de modo ou local de desenvolvimento (remoção ou transplante de genes, células, órgãos, etc. ) pág.) . O método experimental permite identificar propriedades ocultas, os limites das capacidades adaptativas dos sistemas vivos, o grau de sua flexibilidade, confiabilidade e variabilidade.
Amplamente utilizado métodos instrumentais : eletrografia, radar, etc.