Виды методов исследования в биологии. Предмет, задачи и методы биологии. В зависимости от изучаемых процессов

Введение.

Астана -2011

По курсу биологии

Сборник лекций

Гуманитарно-юридического колледжа КазГЮУ

Библиотека методического кабинета

Гуманитарно-юридический колледж КазГЮУ

Серия «Опыт и новаторство»

Елеусизова Раушан Хасеновна

Гуманитарно-юридический колледж КазГЮУ

Биология: сборник лекций, Астана, 2011 г.- 94стр.

Данный сборник лекций предназначен для учащихся небиологических специальностей. В данном пособии изложен полный материал по строению и функциям клетки, генетике и селекции, макроэволюции. В конце каждой лекции даны задания для закрепления темы.

Рассмотрено и утверждено на заседании цикловой комиссии естественно-научных дисциплин

Председатель цикловой комиссии___________Жумабаева С.К.

Протокол №____от «___» __________20___г.

Введение....................................................................................................... 5

Раздел 1. Биология- наука о жизни

Лекция №1 Разделы биологии. Методы изучения биологии и значение....................................................................................................................6

Раздел 2. Химический состав клетки.

Лекция № 2 Наука цитология. Предмет и задачи цитологии. Основные положения клеточной теории...............................................................................10

Лекция № 3 Неорганические составляющие клетки: вода и ее свойства. Минеральные соли................................................................................................17

Лекция № 4 Органические соединения клетки. Липиды.Белки. Углеводы................................................................................................................19

Раздел 3. Обмен веществ и энергии в клетке.

Лекция №5 Метаболизм, анаболизм, катаболизм. Дыхание организма.

Синтез АТФ................................................................................................27

Лекция № 6 Фотосинтез. Автотрофные и гетеротрофные клетки.........29

Лекция № 7 Биосинтез белка. Транскрипция и трансляция. Роль ДНК в наследственности.................................................................................................34

Раздел 4. Основы генетики

Лекция № 8 История развития генетики. Г.Мендель и его труды.

Доминантные и рецессивные признаки....................................................39

Лекция № 9 Аллельные гены. Фенотип и генотип. Причины

расщепления признаков.............................................................................49

Лекция №10 Законы Г.Менделя................................................................52

Лекция №11-12 Генетика пола. Скрепленное с полом наследование.

Влияние внешней среды на генотип. Предупреждение наследственных

заболеваний человека, их профилактика.................................................56

Раздел 5. Селекция животных и растений

Лекция № 13 Генетические основы селекции. Подбор и оценка

первичных материалов для селекции............................................... .......63

Лекция № 14 Селекция растений и животных. Мутагенез.

Достижения в селекции животных и растений в РК...............................65

Раздел 6. Учение о микроэволюции.

Лекция № 15 Вид- основной этап эволюции. Критерии вида.

Структура вида...........................................................................................73

Лекция № 16 Естественный отбор- движущая сила эволюции.

Борьба за существование, ее виды............................................................76

Раздел 7. Закономерности и пути развития органического мира.

Лекция № 17 Основные пути и направления эволюции.

Биологический прогресс и регресс...........................................................81

Лекция № 18 Аллогенез, арогенез, категенез..........................................83

Раздел 8. Основы учения о биосфере.

Лекция № 19 Биосфера и свойства биомассы планеты Земля.

В.И.Вернадский и его учения..................................................................85

Лекция №20 Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера............91

Литература………………………………………………………………..94

Анализ учебной литературы для школьников и студентов по биологии, представленной на книжном рынке, показывает, что имеется широкий спектр учебных пособий и учебников соответствующей тематики. Большинство учебных пособий и учебников имеет стандартную форму представления учебного материала- описание отдельных тематических блоков дисциплины. В связи с этим достаточно широкий спектр учебной литературы не решает проблему студентов в использовании конспективных материалов, кратко, но полно излагающих теоретический материал. Актуальным остается разработка учебных материалов обобщающего характера, учитывающего межпредметные связи учебных дисциплин. В своем сборнике лекций я попыталась избежать дубляжа учебного материала (например, химические процессы в биологии), но способствовала формированию целостного восприятия естественно-научной картины мира. В содержании лекций прослеживаются межпредметные связи биологии не только с химией, но и с физикой, математикой, историей, медициной. В конце каждой лекции дан перечень вопросов для закрепления, ответы на которые учащиеся могут найти, внимательно изучив содержание лекции. Поэтому их выполнение не затруднит студента, но даст возможность осуществить самоконтроль усвоения теории.

Названия и количество лекций соответствует тематическому планированию. Содержание лекции соответствует типовой рабочей программе для средних профессиональных учебных заведений.

Биология - наука о живой природе и закономерностях, ею управляющих. Биология изучает все проявления жизни, строе­ние и функции живых существ, а также их сообществ. Она вы­ясняет происхождение, распространение и развитие живых орга­низмов, связи их друг с другом и с неживой природой. Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Г. Р. Тревиранусом и Жаном Батистом Ламарком. В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия.

Живому миру характерно необычайное разнообразие. В на­стоящее время обнаружено и описано примерно 500 тыс. видов растений и более 1 млн. видов животных, более 3 тыс. видов бак­терий и сине-зеленых водорослей, сотни тысяч грибов. Число еще не описанных видов оценивается по меньшей мере в 1-2 млн. Выявление и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия организмов - задача общей биологии.

Основные признаки живого . Каждый организм представляет собой совокупность упорядочение взаимодействующих структур, образующих единое целое, т. е. является системой. Живые орга­низмы обладают признаками, которые отсутствуют у большинст­ва неживых систем. Однако среди этих признаков нет ни одного такого, который был бы присущ только живому. Возможный спо­соб описать жизнь - это перечислить основные свойства живых организмов.

1. Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов - это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и со­держат множество различных сложных молекул.

2. Любая составная часть организма имеет специальное на­значение и выполняет определенные функции. Это относится не только к органам (почки, легкие, сердце и т. д.) и клеткам, но и к внутриклеточным структурам и молекулам.

3. Живые организмы обладают способностью извлекать, пре­образовывать и использовать энергию окружающей среды - либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Благодаря этой энергии и веще­ствам, поступающим из окружающей среды, организмы поддерживают свою целостность (упорядоченность) и осуществляют раз­личные функции, возвращают же в природу продукты распада и преобразованную энергию в виде тепла, т. е. организмы спо­собны к обмену веществом и энергией.

4. Организмы способны специфически реагировать на изме­нения окружающей среды. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство живого.

6. Самая поразительная особенность живых организмов -способность к воспроизведению, т. е. размножению. Потом­ство всегда сходно с родителями. Существуют механизмы передачи информации о признаках, свойствах и функциях организмов из поколения в поколение. В этом проявляется наследственность. Как установлено, механизмы хранения и передачи наслед­ственных свойств одинаковы для всех видов. Однако сходство родителей и потомков никогда не бывает полным: потомки, будучи похожи на родителей, всегда в чем-то отличаются от них. В этом состоит явление изменчивости, основные законы которой также общие для всех видов. Таким образом, живым организ­мам свойственны размножение, наследственность и изменчивость.

7. Для живого характерна способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному. Этот процесс назы­вают эволюцией. В результате эволюции возникло все многооб­разие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования.

Уровни организации жизни . Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми суще­ствует сложное соподчинение. Жизнь на каждом уровне изучают соответствующие разделы биологии: молекулярная биология, ци­тология, генетика, анатомия, физиология, эволюционное учение, экология.

Самый нижний, наиболее древний уровень жизни - это уро­вень молекулярных структур. Здесь проходит граница между живым и неживым. Выше находится клеточный уровень жизни. И клетка, и заключенные в ней молекулярные структуры в глав­ных чертах строения у всех организмов сходны.

Органно-тканевый уровень характерен только для многокле­точных организмов, у которых клетки и образованные из них части организма достигли высокой степени структурной и функ­циональной специализации.

Следующий уровень - это уровень целостного организма. Как бы ни различались организмы между собой, их объединяет то, что они все состоят из клеток.

Вид, объединяющий сходные в основных чертах организмы, составляет более сложный уровень организации жизни. Здесь

действуют свои законы - законы внутривидовых отношений ор­ганизмов.

Наконец, еще более высоким уровнем является уровень био­ценозов,

т. е. сообществ всех видов, населяющих ту или иную территорию или акваторию. На этом уровне действуют законы межвидовых отношений.

Совокупность всего живого, населяющего Землю, составляет биосферу. Это высший уровень организации жизни. Законы, характерные для более высоких уровней организации живого ми­ра, не исключают действия законов, присущих более низким уровням.

Общая биология изучает законы, характерные для всех уров­ней организации жизни.

Методы изучения биологии . Для изучения живой природы биологи применяют различные методы. Наблюдение позволяет выявить объекты и явления. Сравнение дает возможность уста­новить закономерности, общие для разных явлений в живой при­роде. В эксперименте или в опыте создается ситуация, помогаю­щая выявить те или иные свойства биологических объектов. Ис­торический метод позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познавать процессы развития живой природы. Экспериментальный метод был сформулирован английским ученым Френсисом Бэконом. Он дает возможность проникнуть в тайны живой материи. Эксперимент позволяет раскрыть тайны строения и закономерности взаимодействия не только органов и тканей, но и отдельных клеток и даже отдельных молекул. Кроме этих основных методов применяется мно­го других.

При изучении биологических объектов используется самая различная техника: микроскопы, ультрацентрифуги, разнообраз­ные химические анализаторы, компьютеры и множество других приборов, позволяющих раскрыть тайны живой материи. Свой вклад в изучение биологии вносят специалисты, казалось бы, да­лекие от биологии: химики, физики, математики, инженеры и многие другие.

Значение биологии . Биологические знания лежат в основе ме­дицинских и сельскохозяйственных наук. Биология решает важ­нейшие практические задачи. Одна из них- производство про­довольствия. Для того чтобы обеспечить питанием все увеличи­вающееся население нашей планеты, необходимо иметь высоко­продуктивные сорта сельскохозяйственных растений и породы животных, а также совершенные методы их выращивания. Эти проблемы нельзя решить, не зная законов биологии, прежде все­го законов наследственности, и не опираясь на них в агрономии и зоотехнике.

Очень важна задача разработки методов предупреждения и лечения болезней человека, особенно таких тяжелых, как сер­дечно-сосудистые, рак, СПИД. Решение этой задачи требует глубокого исследования жизненных процессов и механизмов, ими управляющих, как в отдельных клетках, так и в организмах и сообществах.

Важнейшая задача нашего времени, которая встала перед человечеством,- охрана природы и приумножение ее богатств. Эта задача продиктована тем, что под влиянием хозяйственной деятельности человека идет процесс загрязнения окружающей среды, вследствие чего происходит сокращение численности и даже гибель видов животных и растений. Загрязнение окружающей среды отрицательно влияет на здоровье человека.

Остановить развитие промышленности и рост городов невоз­можно. Но совершенно необходимо предотвратить угрозу, которую несет этот процесс природе и самому человеку, что также требует глубокого знания законов общей биологии.

Прогресс биологии в XX в., ее возросшая роль среди других наук и для существования человечества определяют и ее значительно более высокий уровень сравнительно с тем, какой она имела 30-40 лет назад. По уровню биологических исследований можно судить о материально-техническом развитии общества, так как биология становится реальной производительной силой, а также научной основой рациональных отношений между чело­веком и природой. Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения, зоология - животных, микробиология - одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология - сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология - основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия - строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология - физические и химические функции органов и тканей, этология - поведение живых существ, экология - взаимозависимость различных организмов и их среды. Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы - палеобиология и эволюционная биология. На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления, как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Вопросы для закрепления темы:

1. Что изучает наука биология?

2. Кто впервые ввел термин биология?

3. Как подразделяется биология?

4. Какие методы исследования живых организмов существуют в биологии?

5. Какие уровни организации жизни вы знаете?

6. Какие основные признаки живого вы знаете?

7. В чем заключается значение биологии?

>> Методы исследования в биологии

1. Чем наука отличается от религии и искусства?
2. Какова основная цель науки?
3. Какие методы исследования, применяемые в биологии , вы знаете?

Наука как сфера человеческой деятельности.

Наука - одна из сфер человеческой деятельности, цель которой - изучение и познание окружающего мира. Для научного познания необходим выбор определенных объектов исследования, проблем и методов их изучения.

Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей

, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

• Создать представления о науке как важнейшей сферы человеческой деятельности.
• Познакомить учащихся с особенностями и разнообразием методов познания живого.
• Основные понятия:научный факт, научный метод, методы биологических наук (описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный).

Средства обучения: презентация, различные приборы или их схемы.

Этапы урока

I. Проверка знаний и умений.

Фронтальная беседа по вопросам.

1) Какие направления в развитии биологии вы можете выделить?

2) Какие великие учёные древности внесли заметный вклад в развитие биологических знаний?

3) Почему в средние века о биологии как науке можно было говорить лишь условно?

4) Почему современную биологию считают комплексной наукой?

5) Какова роль биологии в современном обществе?

II. Изучение нового материала.

1. Рассказ учителя с элементами беседы о науке как одной из сфер человеческой деятельности, её целях и методах; об особенностях научных знаний, научных фактах.

Наука – одна из сфер человеческой деятельности, цель которой – изучение и познание окружающего мира. Для научного познания необходим выбор определённых объектов исследования, проблем и методов их изучения. Каждая наука имеет свои методы исследования. Однако независимо от того, какие методы используются, для каждого учёного важнейшим остаётся принцип “Ничего не принимай на веру”. Главная задача науки – построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания постоянно берутся под сомнение и принимаются лишь при достаточных доказательствах. Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести и подтвердить.

Научный метод – это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

Вся история развития биологии наглядно свидетельствует о том, что она определялась разработкой и применением новых методов исследования.

2. Основными методами исследования, применяемые в биологических науках, являются:

• Наблюдение
• Описание
• Систематизация
• Сравнение
• Эксперимент
• Аналитический метод
• Исторический метод
• Моделирование

Беседа об этих методах с элементами самостоятельной работы учащихся по изучению текста учебника (п.2 стр.10-11) и с использованием презентации.

Фиксирование в тетрадях характерных особенностей методов исследования в биологии.

Итоговая беседа об этапах научного исследования. Может выступить заранее подготовленный ученик с сообщением об этих этапах, сборе фактов, выдвижении гипотезы, проведении экспериментов, оформлении теории с определёнными правилами и законами.

III. Подведение итогов урока в процессе обобщающей беседе:

О задачах и целях науки

О значении методов, для развития науки биологии

О наибольшем распространении экспериментального метода

О применении метода моделирования и т.д.

IV. Домашнее задание:

Изучить параграф 2.Ответить на вопросы на странице 11.Выполнить одно из заданий на странице 12.

Дополнительная информация.

Некоторые учёные осуществляют серьёзные исследования в поисках живых организмов, пока неизвестных и не признанных официальной наукой, таких, как реликтовый гоминид, которого нередко называют снежным человеком. Эти исследования лежат в основе новой отрасли биологической науки – криптозоологии.

Биология – совокупность или система наук о живых системах . Понятие «живые системы» здесь важно подчеркнуть, поскольку жизнь не существует сама по себе, а является свойством определенных систем.

Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:

· строение и функции живых существ и их природных сообществ;

· распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ;

· связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.

Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся:

· наблюдение , позволяющее описать биологическое явление;

· сравнение , дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений;

· эксперимент , в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов;

· исторический метод , позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.

Выше было сказано, что биология является системой наук, которые могут быть классифицированы различным образом.

1. По предмету изучения : ботаника, зоология, микробиология и т.д.

2. По общим свойствам живых организмов :

Генетика (закономерности наследственности)

Биохимия (превращения вещества и энергии)

Экология (взаимоотношения живых существ и их природных сообществ с окружающей средой) и т.п.

3. По уровню организации живой материи, на котором рассматриваются живые системы:

Молекулярная биология;

Цитология;

Гистология и т.п.

Приведенные классификации, разумеется, не носят абсолютного характера. Так, например, исследование клетки (цитология) в настоящее время немыслимо без изучения биохимии клетки.

Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии или, по образному выражению трех образах биологии:

1. Традиционная или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии , поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы ) и со средой обитания (абиотические факторы ).

2. Функционально-химическая биология , отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.

К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.

3. Эволюционная биология. Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.

В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

4. Теоретическая биология. Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии. Рассмотрим некоторые из них:

Аксиомы биологии. Б.М. Медников – видный теоретик и экспериментатор, вывел 4 аксиомы, характеризующие жизнь и отличающие её от «нежизни».

Табл. 1. Аксиомы биологии