Ce este comparația în biologie. Care sunt metodele de cercetare biologică? Metode de studiere a obiectelor vii

Procesul de cunoaștere științifică este de obicei împărțit în două etape: empiric și teoretic.

La stadiul empiric Se folosesc următoarele metode.

Metode descriptive și comparative , se bazează pe observație. Observare - studiul obiectelor naturii vii în condiții naturale. Aceasta este observarea directă (la propriu) a comportamentului, așezării, reproducerii animalelor și plantelor în natură, determinarea vizuală sau instrumentală a caracteristicilor organismelor, celulelor, organelor și țesuturilor acestora. În aceste scopuri, biologia modernă folosește atât mijloace tradiționale de cercetare pe teren - de la binoclu până la submersibile de adâncime, cât și echipamente complexe de laborator - microscoape, spectrofotometre, ultracentrifuge etc.

Metoda experimentala bazat pe studiul obiectelor vii aflate sub influența extremă a factorilor de mediu- modificarea temperaturii, luminii sau umidității, încărcătură crescută, toxicitate sau radioactivitate, modificarea locului de dezvoltare (îndepărtarea sau transplantul de gene, celule, organe, zboruri spațiale etc.). Metoda experimentală ne permite să identificăm proprietățile ascunse, limitele capacităților de adaptare ale sistemelor vii, gradul de flexibilitate, fiabilitate și variabilitate a acestora.

Metoda istorica dezvăluie istoria dezvoltării obiectelor biologice, originea lor. Comparați structura anatomică, compoziția chimică, structura genelor și alte caracteristici ale organismelor cu diferite niveluri de complexitate. În același timp, sunt studiate nu doar organismele vii, ci și cele dispărute de mult timp conservate sub formă de resturi fosilizate.

O metodă relativ nouă - modelare procese biologice , atât la nivelul organismelor, celulelor sau biomoleculelor, cât şi Şi modelare matematică. De exemplu, puteți construi un model și puteți prognoza starea de viață într-un rezervor după un anumit timp când unul, doi sau mai mulți parametri se modifică (temperatura, concentrația de sare, prezența prădătorilor etc.).

Metoda de sistem (abordare) este de asemenea nou . Obiectele vii sunt considerate ca sisteme , adică o colecție de elemente cu anumite relații. Fiecare obiect este considerat simultan atât ca sistem, cât și ca element al unui sistem de ordin superior.

Pe etapa teoretică Pentru cunoaștere se folosesc următoarele metode: generalizare acumulate fapte , promovare noi ipoteze , lor re-test empiric (noi observații, experimente, comparații, modelare). Ipotezele confirmate devin legi , sunt formate din teorii . Este clar că atât legile, cât și teoriile sunt de natură relativă și mai devreme sau mai târziu pot fi revizuite.

3. Concepte de bază ale biologiei

Concept - acesta este un grup interconectat de concepte, ipoteze, teorii care explică un fenomen sau o proprietate fundamentală a naturii. De bazăconcepte biologice explica fenomenul si proprietatileviaţă .

1. Conceptul de organizare sistemică pe mai multe niveluri a vieții : toate obiectele vii sunt sisteme diferite niveluri de complexitate, ele formează o ierarhie continuă a nivelurilor de organizare structurală și funcțională.

2. Conceptul de esență materială a vieții : viața este materială, baza ei fizică și chimică este metabolismul și energia. În sens filozofic, aceasta înseamnă primatul materiei și natura secundară a conștiinței (materialismul).

Materia este o combinație de materie și câmp. Materia are masă de repaus, dar câmpul nu. Materia vie reprezintăsubstanță deosebit de complexă și un domeniu complex multifactorial. Exactnivelul de dificultate face materia vie, deși în ea operează legi fizice și chimice simple.

3. Conceptul de informație biologică și auto-reproducere a vieții : Organismele vii se reproduc pe baza propriei informații (genetice) în interacțiune cu informațiile externe (epigenetice). Rezultatul acestei interacțiuni este dezvoltarea individuală a organismelor (ontogeneză).

4. Conceptul de autoreglare a sistemelor vii : sistemele vii mențin constanta relativă a conexiunilor lor interne și a condițiilor de funcționare (homeostazia) pe baza unei combinații de conexiuni directe pozitive și inverse negative.

5. Conceptul de autoorganizare și evoluție biologică : lumea vie a apărut ca urmare a auto-organizării din sisteme chimice nevii și suferă o dezvoltare istorică ireversibilă (filogenie) bazată pe variabilitatea ereditară și selecția naturală a organismelor cel mai bine adaptate condițiilor de mediu în schimbare.

Metode de cercetare în știință

Biologie- asta este știința. Ce diferențiază știința de alte domenii ale activității umane? Abordarea studiului fenomenelor. Această abordare este metoda științifică.

Metoda stiintifica- un set de modalități de bază de a obține noi cunoștințe și metode de rezolvare a problemelor în cadrul oricărei științe.
Metoda științifică presupune o anumită abordare sistematică:

1. Observarea faptelor și măsurarea lor, adică descrierea observatiei - cantitativși\ sau calitate.

2. Analiza rezultatelor obtinute- sistematizarea, identificarea principalelor si secundare.

3. Generalizare – formulare ipotezeși apoi deja - teorii.

4. Prognoza: formularea consecințelor dintr-o ipoteză propusă sau dintr-o teorie acceptată folosind deducția, inducția sau alte metode logice.

5. Examinare consecințele prezise folosind un experiment.

Atenție la punctul 5. Fără el, abordarea nu poate fi considerată științifică!

Este important să înțelegeți diferența dintre concepte ipotezăŞi teorie.

· Ipoteză- aceasta este o afirmație, o presupunere că nedemonstrat.

Când o ipoteză este dovedită, aceasta devine teorie, teoremă sau fapt. O ipoteză respinsă devine afirmații false. Se numește o ipoteză care nu a fost încă dovedită, dar nu a fost infirmată problema deschisa.

· Teorie- un sistem de cunoștințe construit pe dovedit științific ipoteză.

De ce vorbim citologie ce zici teoria celulară- pentru că acesta a fost precedat de un imens proces științific de observare, culegere de statistici - date calitative și cantitative; sistematizarea rezultatelor obţinute, s-au formulat ipoteze şi prognoze care au fost apoi testat și confirmat experimental. Mai mult decât atât, pe baza acestei teorii, s-au făcut următoarele ipoteze și au fost confirmate și experimental.

Metode de studiu a obiectelor vii

· Observația (metoda empirică de cunoaștere) - descrierea unui anumit obiect sau proces biologic;

· Comparaţie - necesar pentru a găsi tipare - ceea ce este comun diferitelor fenomene;

· Experiment - sunt create conditii corespunzatoare exact celor observate, în timp ce proprietățile obiectelor biologice sunt clarificate; se înregistrează caracteristicile calitative şi cantitative.

· Metoda istorica - informațiile, informațiile, datele deja obținute și dovedite în trecut dezvăluie și explică legile dezvoltării naturii vii în prezent.

Este considerat ideal atunci când toate aceste metode sunt utilizate împreună.

Experiment biologic

1. Experiment calitativ t - cel mai simplu tip de experiment biologic - scopul său este stabiliţi prezenţa sau absenţa fenomenului presupus în teorie.

2. Experiment de măsurare - identificarea unora cantitativ caracteristic unui obiect sau proces.

Observarea, descrierea și măsurarea obiectelor biologice

Observare- acesta este un studiu direct, intenționat al obiectelor, bazat în principal pe astfel de abilități senzoriale umane precum senzația, percepția și reprezentarea.

Descriere empirica- aceasta este înregistrarea prin intermediul limbajului natural sau artificial a informațiilor despre obiecte date în observație.

În esență, aceasta este o „traducere” a ceea ce a fost văzut sau auzit în limbaj științific - concepte și definiții, semne, diagrame, desene, grafice și numere (date statistice).

Spre deosebire de experiment, cu metoda empirică a cunoașterii Nu poți interfera cu procesul studiat, nu poți influența sau modifica condițiile de apariție a acestuia.

Pentru observare sunt folosite și diverse mijloace tehnice indirecte.

Procesul cunoașterii științifice naturale depinde în mod semnificativ de dezvoltarea mijloacelor tehnice utilizate de știință.

Este greu de supraestimat rolul microscopîn biologie. Datorită lui omul a descoperit microorganismele. Astăzi, există microscoape care permit studierea organismelor vii la nivel intracelular.

Măsurători statistice- măsurători de mărimi care nu se modifică în timp.

Măsurători dinamice- măsurători de mărimi care își modifică valoarea în timp (presiunea, temperatura, densitatea populației etc.)

Metode de cercetare în știință sunt destul de diverse, dar toate se bazează pe metode științifice de cunoaștere, care diferă într-o anumită abordare.

Cunoașterea acestor informații ajută la separarea cercetării științifice reale de diferite experimente pseudoștiințifice pe scară largă.

Principalele metode ale științei includ următoarele:

Modelare – o metodă prin care se creează o anumită imagine a unui obiect, un model cu ajutorul căruia oamenii de știință obțin informațiile necesare despre obiect. De exemplu, la stabilirea structurii moleculei de ADN, James Watson și Francis Crick au creat un model din elemente plastice - o dublă helix de ADN, corespunzătoare datelor studiilor cu raze X și biochimice. Acest model a îndeplinit pe deplin cerințele pentru ADN.

Observare- o metodă prin care un cercetător colectează informații despre un obiect. Puteți observa vizual, de exemplu, comportamentul animalelor. Puteți folosi instrumente pentru a observa schimbările care apar în obiectele vii: de exemplu, atunci când faceți o cardiogramă în timpul zilei sau când măsurați greutatea unui vițel pe o lună. Puteți observa schimbări sezoniere în natură, năpârlirea animalelor etc. Concluziile trase de observator sunt verificate fie prin observații repetate, fie prin experiment.

Experiment(experienta) - o metoda prin care se testeaza rezultatele observatiilor, se fac ipoteze - ipoteze. Exemple de experimente sunt încrucișarea animalelor sau plantelor pentru a obține o nouă varietate sau rasă, testarea unui nou medicament, identificarea rolului unui organel celular etc. Un experiment este întotdeauna dobândirea de noi cunoștințe prin experiență.

Problemă– o întrebare, o sarcină care necesită o soluție. Rezolvarea unei probleme duce la dobândirea de noi cunoștințe. O problemă științifică ascunde întotdeauna un fel de contradicție între cunoscut și necunoscut. Rezolvarea unei probleme necesită ca un om de știință să colecteze fapte, să le analizeze și să le sistematizeze. Un exemplu de problemă ar fi: „Cum se adaptează organismele la mediul lor?” sau „Cum mă pot pregăti pentru examene serioase în cel mai scurt timp posibil?” Poate fi destul de dificil să formulezi o problemă, dar ori de câte ori există o dificultate sau o contradicție, apare o problemă.

Ipoteză– o presupunere, o soluție preliminară a problemei puse. Când emite ipoteze, cercetătorul caută relații între fapte, fenomene și procese. De aceea, o ipoteză ia cel mai adesea forma unei presupuneri: „dacă... atunci”. De exemplu, „Dacă plantele produc oxigen în lumină, atunci îl putem detecta cu ajutorul unei așchii care mocnește, deoarece oxigenul trebuie să susțină arderea.” Ipoteza este testată experimental. (Vezi secțiunea Ipoteze despre originea vieții pe Pământ.)

Teorie - Aceasta este o generalizare a ideilor principale din orice domeniu științific al cunoașterii. De exemplu, teoria evoluției rezumă toate datele științifice fiabile obținute de cercetători de-a lungul mai multor decenii. În timp, teoriile sunt completate cu date noi și dezvoltate. Unele teorii pot fi infirmate de fapte noi. Adevăratele teorii științifice sunt confirmate de practică. De exemplu, teoria genetică a lui G. Mendel și teoria cromozomală a lui T. Morgan au fost confirmate de multe studii experimentale în diferite țări ale lumii. Teoria evoluționistă modernă, deși a găsit multe confirmări dovedite științific, întâlnește totuși adversari, deoarece nu toate prevederile sale pot fi confirmate prin fapte în stadiul actual de dezvoltare științifică.

Metode științifice particulare în biologie sunt:

Metoda genealogică– utilizat în alcătuirea pedigree-urilor oamenilor, identificând natura moștenirii anumitor caracteristici.

Metoda istorica– stabilirea de relații între fapte, procese și fenomene care au avut loc pe o perioadă de timp istoric lungă (câteva miliarde de ani). Doctrina evoluției s-a dezvoltat în mare măsură datorită acestei metode. Metoda paleontologică- o metodă care vă permite să aflați relația dintre organisme antice, ale căror rămășițe sunt situate în scoarța terestră, în diferite straturi geologice. Centrifugarea– separarea amestecurilor în părți componente sub influența forței centrifuge. Se folosește pentru separarea organitelor celulare, a fracțiilor (componente) ușoare și grele ale substanțelor organice etc.

citologic, sau citogenetic - studiul structurii unei celule, structurile acesteia folosind diverse microscoape.

biochimic - studiul proceselor chimice care au loc în organism. Fiecare știință biologică privată (botanica, zoologie, anatomie și fiziologie, citologie, embriologie, genetică, selecție, ecologie și altele) folosește propriile metode de cercetare mai specifice. Fiecare știință are propriul său obiect și propriul subiect de cercetare. În biologie, obiectul de studiu este VIAȚA. Purtătorii vieții sunt corpuri vii. Tot ce ține de existența lor este studiat de biologie. Subiectul științei este întotdeauna ceva mai restrâns și mai limitat decât obiectul. Deci, de exemplu, unul dintre oamenii de știință este interesat de metabolismul organismelor. Atunci obiectul de studiu va fi viața, iar subiectul de studiu va fi metabolismul. Pe de altă parte, metabolismul poate fi și obiect de studiu, dar atunci subiectul de studiu va fi una dintre caracteristicile sale, de exemplu, metabolismul proteinelor, sau al grăsimilor, sau al carbohidraților. Acest lucru este important de înțeles pentru că... întrebările despre care este obiectul de studiu al unei anumite științe se găsesc în întrebările de examen. În plus, acest lucru este important pentru cei care se vor angaja în știință în viitor.

Experiment- o metodă de cercetare în biologie în care experimentatorul schimbă în mod deliberat condițiile și observă modul în care acestea afectează organismele vii. Experimentul poate fi efectuat atât în ​​laborator, cât și în aer liber.

În microbiologia practică este utilizat pentru diagnosticarea bolilor infecțioase, izolarea și identificarea agenților patogeni puri, indicarea și identificarea exotoxinelor. În plus, este utilizat pe scară largă în microbiologie experimentală și imunologie, precum și pentru monitorizarea imunomedicamentelor.

Metoda experimentală este foarte sensibilă. În cazurile de izolare a ierbii pure și de stabilire a modificărilor imunologice la un animal, metoda experimentală este foarte specifică și poate fi utilizată în stadiile incipiente ale bolii. Dezavantajele metodei experimentale sunt intensitatea muncii, costul ridicat, durata studiului și pericolul contaminării laboratorului. Prin urmare, este utilizat în cazurile în care alte metode sunt ineficiente și dacă sunt disponibile condițiile necesare pentru păstrarea animalelor de laborator.

Folosirea metodei experimentale în biologie este asociată cu numele lui William Harvey, care a folosit-o în cercetările sale pentru a studia circulația sângelui. Dar a început să fie utilizat pe scară largă în biologie abia de la începutul secolului al XIX-lea, în primul rând în studiul proceselor fiziologice. Metoda experimentală vă permite să studiați un anumit fenomen al vieții prin experiență. O mare contribuție la stabilirea metodei experimentale în biologie a avut-o G. Mendel, care, în timp ce studia ereditatea și variabilitatea organismelor, a fost primul care a folosit experimentul nu numai pentru a obține date despre fenomenele studiate, ci și pentru a testaţi ipoteza formulată pe baza rezultatelor obţinute. Lucrarea lui G. Mendel a devenit un exemplu clasic de metodologia științei experimentale.

În secolul al XX-lea metoda experimentală a devenit lider în biologie. Acest lucru a devenit posibil datorită apariției unor noi instrumente pentru cercetarea biologică (microscop electronic, tomograf etc.) și utilizării metodelor de fizică și chimie în biologie.

În prezent, în experimentele biologice, sunt utilizate pe scară largă diferite tipuri de microscopie, inclusiv microscopia electronică cu tehnica secțiunilor ultrasubțiri, metode biochimice, diferite metode de cultivare și observare intravitală a culturilor celulare, țesuturilor și organelor, metoda atomilor marcați, X- analiza prin difracție de raze, ultracentrifugare, cromatografie etc.

Nu întâmplător, în a doua jumătate a secolului XX. În biologie s-a dezvoltat o întreagă direcție - crearea de noi instrumente și dezvoltarea metodelor de cercetare.

În cercetarea biologică, modelarea este din ce în ce mai utilizată, care este considerată cea mai înaltă formă de experiment. Astfel, se lucrează activ la modelarea computerizată a celor mai importante procese biologice, a principalelor direcții de evoluție, a dezvoltării ecosistemelor sau chiar a întregii biosfere (de exemplu, în cazul schimbărilor climatice globale sau provocate de om).

Metoda experimentală, combinată cu o abordare sistem-structurală, a transformat radical biologia, și-a extins capacitățile cognitive și a deschis noi căi de utilizare a cunoștințelor biologice în toate sferele activității umane.

• Metode de biologie Biologie -
• știința vieții, formele și modelele sale de dezvoltare. Metodă
• Metoda stiintifica- aceasta este calea cercetării pe care o parcurge un om de știință.

este un ansamblu de tehnici și operații utilizate în construirea unui sistem de cunoștințe științifice.

1. Metodele biologice sunt împărțite în: Empiric
   • - vă permite să studiați un fenomen prin experiență.
   • descriptiv,
   • comparativ,
   • experimental,
2. istoric.
   • Teoretic
   • modelare.

Principalele metode (universale) în biologie includ:

1. Metoda descriptivă asociate cu observarea și descrierea obiectelor sau fenomenelor, determinarea proprietăților acestora.
2. Metoda comparativă. Asemănările și diferențele dintre diferitele grupuri sistematice, comunități de organisme, structura, funcțiile și componentele acestora sunt studiate folosind metoda comparativa. Această metodă este utilizată în taxonomie, morfologie, anatomie, paleontologie, embriologie și alte ramuri ale științei. Principiile comparației au stat la baza sistematicii și a teoriei celulare. Au fost descoperite legea biogenetică și legea serielor omologice în variabilitatea ereditară.
3. Metoda istorica clarifică modelele de apariție și dezvoltare a organismelor, formarea structurii și funcțiile lor în timpul istoriei geologice a Pământului. Cu ajutorul lui a fost creată doctrina dezvoltării evolutive a lumii organice.
4. Metoda experimentala(experienta, practica) consta in schimbarea de catre cercetator a conditiilor de existenta a obiectului experientei, a structurii acestuia si observarea rezultatelor schimbarilor. Experimentele pot fi de teren sau de laborator. Această metodă ne permite să studiem mult mai profund esența comportamentului, structura și caracteristicile organismelor.

Metodele particulare de cercetare biologică includ metode

1. Metoda genealogică. Este folosit la compilarea pedigree-urilor oamenilor și la identificarea naturii moștenirii anumitor trăsături.
2. Metoda istorica. Vă permite să descoperiți modele de origine și dezvoltare a ființelor vii.
3. Metoda paleontologică- vă permite să aflați relația dintre organismele antice care se află în scoarța terestră în diferite straturi geologice.
4. Centrifugarea- separarea amestecurilor în părți principale sub influența forței centrifuge.
5. Citologic, citogenetic, microscopic- studiul structurii celulei, structurilor acesteia folosind microscoape.
6. Metoda biochimică- studiul proceselor chimice care au loc în organism.

Metode teoretice:

• Metoda statistica se bazează pe prelucrarea statistică a materialului cantitativ colectat în urma altor studii (observații, experimente, modelare), care permite o analiză cuprinzătoare și stabilirea anumitor modele.
• Modelare- face posibilă studierea obiectelor și proceselor greu sau imposibil de reprodus experimental, sau de observat direct.

Metode de biologie. Biologia folosește o varietate de metode de cercetare. Metoda descriptivă este tradițională, dar și-a păstrat semnificația. Metode de bază ale biologiei:
· ObservareŞi descriere fapte şi fenomene (metoda descriptivă). Metoda observaţiei dăcapacitatea de a analiza și descrie fenomene biologice. Metoda descriptivă se bazează pe metoda observației. Pentru a afla esența unui fenomen, este necesar în primul rând să colectăm și să descriem materialul faptic. De exemplu, folosind metoda observației, puteți studia schimbările sezoniere ale faunei sălbatice. Observația este studiul obiectelor naturii vii în condiții naturale de existență. Aceasta este observarea directă a comportamentului, așezării și reproducerii plantelor și animalelor din natură. În aceste scopuri, sunt utilizate atât instrumente tradiționale de cercetare de teren (binoclu, camere video), cât și echipamente sofisticate de laborator (microscoape, analizoare biochimice, diverse echipamente de măsurare).
· Comparaţie, ceea ce face posibilă stabilirea asemănărilor și deosebirilor dintre diferitele structuri și fenomene biologice (metoda comparativă). Comparați structura anatomică, compoziția chimică, structura genelor și alte caracteristici ale organismelor cu diferite niveluri de complexitate. În acest caz, nu sunt studiate doar organismele vii, ci și cele dispărute de mult timp conservate ca resturi fosilizate în evidența fosilă.
· Experiment (Latin experimentum - test), în timpul căruia obiectele și procesele biologice sunt studiate în condiții create artificial, controlate cu precizie (metoda experimentală). Metoda experimentală este asociată cu crearea intenționată a unui sistem și ajută la studierea proprietăților și fenomenelor naturii vii. Metoda (experienta) experimentala - cercetarea obiectelor vii in conditii de factori de mediu extremi - modificarea temperaturii, luminii sau umiditatii, incarcarea crescuta, toxicitatea sau radioactivitatea, schimbarea modului sau a locului de dezvoltare (indepartarea sau transplantul de gene, celule, organe etc. ) . p.) . Metoda experimentală ne permite să identificăm proprietățile ascunse, limitele capacităților adaptative (adaptative) ale sistemelor vii, gradul de flexibilitate, fiabilitate și variabilitate a acestora.
Folosit pe scară largă metode instrumentale : electrografie, radar etc.