Методы научного познания в биологии
Вопрос в начале параграфа
Чем занимается наука?
Наука занимается познанием действительности и получением объективных знаний о мире.
Вернуть оригиналСтр. 21
Практикум
Устройство светового микроскопа
1. Проверьте себя. Помните ли вы, что основными частями микроскопа являются механическая, осветительная и оптическая? Вспомните назначение каждой части микроскопа. Поработайте с рисунком (рис. 12).
Вернуть оригиналОсновными частями микроскопа являются механическая, осветительная и оптическая части.
Вернуть оригиналМеханическая часть (штатив, предметный столик, тубус, винты) служит для крепления, перемещения и фокусировки оптической системы и препарата.
Вернуть оригиналОсветительная часть (зеркало/лампа, конденсор, диафрагма) служит для направления и регулировки интенсивности света, освещающего объект.
Вернуть оригиналОптическая часть (окуляр, объективы) служит для получения увеличенного изображения объекта.
Вернуть оригинал2. Изучите механическую часть светового микроскопа: штатив, предметный столик, тубус, револьвер, макро- и микроскопические винты.
Вернуть оригиналМеханическая часть светового микроскопа включает:
Вернуть оригиналШтатив: Основа микроскопа, к которой крепятся все остальные части, обеспечивает устойчивость.
Вернуть оригиналПредметный столик: Площадка с отверстием в центре, на которую помещают микропрепарат.
Вернуть оригиналТубус: Трубка, соединяющая окуляр и револьвер с объективами.
Вернуть оригиналРевольверная головка: Подвижный диск, к которому прикреплены объективы разного увеличения, служит для их быстрой смены.
Вернуть оригиналМакровинт (винт настройки): Используется для грубой и быстрой фокусировки (подъёма/опускания тубуса или столика).
Вернуть оригиналМикровинт (микроскопический винт): Используется для точной и плавной фокусировки при большом увеличении.
Вернуть оригинал3. Чем представлена осветительная часть микроскопа? Найдите зеркало, конденсор и диафрагму.
Осветительная часть микроскопа представлена:
Вернуть оригиналЗеркалом (или электрической лампой), которое направляет свет на препарат.
Вернуть оригиналКонденсором, который собирает лучи света и фокусирует их на объекте.
Вернуть оригиналДиафрагмой, которая находится под конденсором и служит для регулировки диаметра светового пучка (количества света), падающего на объект.
Вернуть оригинал4. Оптическая часть микроскопа состоит из окуляров и объективов. Найдите цифры на верхней поверхности окуляра. Какова кратность увеличения окуляра вашего микроскопа? При необходимости окуляр можно заменить на другой.
Вернуть оригиналУ объективов тоже разная кратность увеличения. Найдите объективы малого увеличения (х8, х10), большого увеличения (х40), иммерсионный объектив (х90). Подсчитайте, чему будет равно общее увеличение вашего микроскопа.
Вернуть оригиналНа верхней поверхности окуляра обычно написаны цифры, обозначающие его кратность увеличения (например, х8 или х10). Кратность увеличения окуляра моего микроскопа (предположим) — х10. При необходимости окуляр можно заменить на другой.
Вернуть оригиналОбъективы микроскопа имеют разную кратность:
Вернуть оригиналОбъективы малого увеличения: х8 и х10.
Объектив большого увеличения: х40.
Иммерсионный объектив: х90.
Общее увеличение микроскопа равно произведению кратности увеличения окуляра на кратность увеличения объектива.
Вернуть оригиналПодсчёт общего увеличения (при условии, что кратность окуляра х10):
Вернуть оригиналМалое увеличение: 10 · 8 = х80 или 10 · 10 = х100.
Вернуть оригиналБольшое увеличение: 10 · 40 = х400.
Иммерсионное увеличение: 10 · 90 = х900.
Вернуть оригиналСтр. 22
5. Поставьте микроскоп слева (штативом к себе, предметным столиком от себя). Приведите в рабочее положение объектив малого увеличения. Поднимите с помощью макроскопического винта объектив над столиком примерно на 0,5 см, откройте диафрагму и поднимите конденсор. Глядя в окуляр, поворачивайте зеркало до тех пор, пока поле зрения не будет ярко освещено.
Вернуть оригиналДействия выполнены. (Микроскоп установлен, объектив малого увеличения (х8 или х10) установлен, конденсор поднят, зеркалом отрегулировано яркое освещение поля зрения.)
Вернуть оригинал6. Положите на предметный столик выданный вам микропрепарат эритроцитов лягушки покровным стеклом вверх. Медленно опускайте тубус с помощью макровинта, чтобы объектив находился на расстоянии около 3–5 мм от препарата. Смотрите сбоку. Глядя в окуляр, медленно поднимайте тубус с помощью макровинта до тех пор, пока не появится изображение объекта. Двигать микропрепарат после установки на малом увеличении нельзя!
Вернуть оригиналДействия выполнены. (Препарат установлен, изображение эритроцитов лягушки найдено с помощью макровинта на малом увеличении).
Вернуть оригинал7. Вращайте револьвер, чтобы в рабочем положении оказался объектив большого увеличения. Для тонкой фокусировки используйте микроскопический винт.
Вернуть оригиналДействия выполнены. (Вращаем револьвер, устанавливаем объектив большого увеличения (х40). Используем микровинт для точной фокусировки, чтобы увидеть структуру более детально).
Вернуть оригинал8. Изучите микропрепарат. Рассмотрите одиночные клетки эритроцитов лягушки, обратите внимание на крупное овальное ядро.
Действия выполнены. Эритроциты лягушки — овальные клетки с крупным, овальным, чётким ядром в центре. Клетки не имеют окраски (бледно-желтые).
Вернуть оригинал9. Зарисуйте увиденное в рабочей тетради и запишите выводы.

Выводы:
Устройство светового микроскопа состоит из механической (штатив, столик), осветительной (зеркало, конденсор, диафрагма) и оптической (окуляр, объективы) частей.
Вернуть оригиналОбщее увеличение микроскопа равно произведению кратности увеличения объектива и окуляра (например, х10 · х40 = х400).
Вернуть оригиналНаблюдение препарата всегда следует начинать с малого увеличения для поиска объекта, а затем переходить на большое увеличение для детального изучения.
Вернуть оригиналЭритроциты лягушки, в отличие от эритроцитов человека, имеют овальную форму и содержат ядро.
Вернуть оригинал10. После окончания работы снимите микропрепарат с предметного столика. Опустите объектив на расстояние 0,5 см от предметного столика.
Вернуть оригиналДействия выполнены. (Препарат снят, объектив установлен в безопасное положение).
Вернуть оригиналСтр. 23
Вопросы
1. С чего начинается научное исследование?
Научное исследование начинается с возникновения важной научной проблемы, требующей решения, и формулирования темы исследования.
Вернуть оригинал2. Чем гипотеза отличается от закона?
Гипотеза — это предположение о возможных результатах исследования или объяснение явления, которое требует проверки с помощью наблюдения или эксперимента. Закон — это многократно подтверждённый и обобщённый результат, который имеет практическую проверку и считается объективным знанием.
Вернуть оригинал3. Какие методы учёные используют для изучения живой природы?
Учёные используют такие методы для изучения живой природы, как научное познание (включая наблюдение), эксперимент и моделирование, а также специфические методы биологии, такие как микроскопия и биохимические исследования.
Вернуть оригинал4. Как можно производить наблюдения?
Наблюдения можно производить непосредственно с помощью органов чувств или опосредованно с помощью приборов (микроскопов, термометров, весов).
Вернуть оригинал5. Что является целью описания?
Целью описания является фиксация и перечисление признаков объекта, чтобы дать наиболее точное и полное указание изучаемого объекта.
Вернуть оригинал6. Какова структура эксперимента?
Структура эксперимента включает:
Постановка цели и определение задач.
Планирование эксперимента (учёт накопленных знаний).
Вернуть оригиналАктивное получение объективных данных (накопление и регистрация фактов).
Вернуть оригиналАнализ и обобщение полученных результатов.
Вернуть оригиналПрактическая проверка полученных фактов и их интерпретация (закон, теория или рабочая гипотеза).
Вернуть оригиналЗадания
7. Сформулируйте гипотезу, используя количественные данные рисунка 10.
Рисунок 10 показывает, что среднее число птенцов на пару синиц уменьшается при увеличении числа пар на 10 га.
Вернуть оригиналГипотеза: Численность популяции синиц (число пар на 10 га) оказывает отрицательное влияние на репродуктивный успех (среднее число птенцов на пару).
Вернуть оригиналИли: Среднее число птенцов на пару синиц обратно пропорционально плотности их популяции.
Вернуть оригинал8. Назовите универсальные методы науки и специфические методы биологии.
Универсальные методы науки: Наблюдение, Эксперимент, Анализ (расчленение целого на части), Синтез (объединение частей в целое), Описание, Сравнение, Моделирование, Измерение.
Вернуть оригиналСпецифические методы биологии: Микроскопия (световая, электронная, атомно-силовая), Метод культивирования клеток и тканей, Генеалогический метод, Молекулярно-биологические методы (секвенирование ДНК/РНК).
Вернуть оригинал9. Приготовьте микропрепарат из капли воды из аквариума. Исследуйте каплю с помощью микроскопа. Что вы установили? Опишите увиденное. Докажите, что в капле воды имеются клетки.
Вернуть оригиналЦель работы: Доказать наличие клеток в воде из аквариума.
Вернуть оригиналХод работы:
На чистое предметное стекло поместили одну каплю воды из аквариума.
Вернуть оригиналАккуратно накрыли каплю покровным стеклом, избегая попадания пузырьков воздуха.
Вернуть оригиналПоместили препарат на предметный столик микроскопа.
Вернуть оригиналНачали исследование с малого увеличения (объектив 8), нашли объект, а затем перешли на большее увеличение (объектив 40) для детального изучения.
Вернуть оригиналУстановлено и Доказательство наличия клеток:
Вернуть оригиналЯ установил, что в капле воды из аквариума находятся мелкие, подвижные или неподвижные организмы (инфузории, амёбы, одноклеточные водоросли).
Вернуть оригиналДоказательство: Увиденные объекты имеют обособленную структуру с чётко выраженными границами (клеточной мембраной или клеточной стенкой). Внутри этих структур видна цитоплазма, а у некоторых — ядро и органеллы (например, сократительные вакуоли). Наличие мембранной структуры, цитоплазмы и способность к самостоятельной жизнедеятельности (движение, питание) доказывает, что увиденные объекты являются клетками (одноклеточными организмами).
Вернуть оригинал10. Вам необходимо провести исследование по теме «Видовой состав птиц вашего населённого пункта». Сформулируйте цель и задачи исследования.
Вернуть оригиналТема: Видовой состав птиц вашего населённого пункта.
Вернуть оригиналЦель исследования: Определить видовой состав и количественное соотношение (доминирующие виды) птиц, обитающих в данном населённом пункте и его окрестностях, в определённый сезон года.
Вернуть оригиналЗадачи исследования:
Собрать сведения о типичных и мигрирующих видах птиц, характерных для данного региона (изучение литературы).
Вернуть оригиналВыбрать участки для проведения наблюдения (парки, скверы, водоёмы).
Вернуть оригиналПровести систематическое наблюдение за птицами, используя описание и количественный учёт особей в выбранных местах в течение определённого времени.
Вернуть оригиналС помощью определителя идентифицировать наблюдаемые виды и вести журнал наблюдений.
Вернуть оригиналПроанализировать собранные данные и составить список видового состава, а также определить доминирующие виды (с наибольшей численностью).
Вернуть оригиналОбъясните
11. Чем научное знание отличается от обыденного знания?
Научное знание отличается от обыденного знания тем, что оно:
Вернуть оригиналОбъективно: Получено путём строгой проверки с помощью научных методов (эксперимент, наблюдение).
Вернуть оригиналСистематизировано: Упорядочено в виде теорий, законов и гипотез.
Вернуть оригиналДостоверно: Многократно подтверждено и воспроизводимо другими исследователями.
Вернуть оригиналОбыденное знание основано на повседневном опыте, может быть субъективным, непроверенным и часто противоречивым.
Вернуть оригинал12. Чем эксперимент отличается от наблюдения?
Эксперимент отличается от наблюдения тем, что:
Вернуть оригиналАктивность: Эксперимент — это активный метод, при котором исследователь сам создаёт или изменяет условия протекания процесса.
Вернуть оригиналКонтроль: Эксперимент проводится в контролируемых условиях, что позволяет выделить влияние одного конкретного фактора на объект.
Вернуть оригиналЦель: Цель эксперимента — проверка гипотезы и установление причинно-следственных связей.
Вернуть оригиналНаблюдение — это пассивный метод, при котором исследователь фиксирует происходящее в естественных условиях, не вмешиваясь в процесс.
Вернуть оригинал13. В каких случаях теория становится законом?
Теория становится законом в тех случаях, когда основные положения этой теории:
Вернуть оригиналПолучили многократное и убедительное экспериментальное подтверждение в различных условиях и на разных объектах.
Вернуть оригиналБыли обобщены в виде кратких, чётких, универсальных формулировок, которые описывают фундаментальные, объективные и воспроизводимые связи или явления в природе.
Вернуть оригиналБыли признаны научным сообществом как неопровержимое знание.
Вернуть оригиналТемы для дискуссий
14. Может ли наука объяснить чудо?
Наука не может объяснить чудо в традиционном смысле этого слова (как необъяснимое вмешательство высших сил).
Вернуть оригиналОбъяснение: Чудо определяется как явление, противоречащее известным законам природы. Наука же стремится объяснить все явления с помощью объективных, проверяемых законов. Если какое-то явление кажется "чудом", это означает лишь, что:
Вернуть оригиналУчёные ещё не обнаружили законы, которые объясняют это явление.
Вернуть оригиналЯвление является результатом манипуляции или ошибки наблюдения.
Вернуть оригиналТаким образом, цель науки — превратить необъяснимое (чудо) в объяснимое (закон, теорию) путём познания.
Вернуть оригинал15. Взаимодействие информации и биологии. Предложите возможные перспективы и направления.
Взаимодействие информатики и биологии (биоинформатика) имеет огромные перспективы и направления:
Вернуть оригиналГеномика и протеомика: Компьютерный анализ огромных массивов данных о последовательностях ДНК, РНК и белков (геномов). Это позволяет идентифицировать гены, отвечающие за болезни, и понимать эволюционные связи.
Вернуть оригиналМоделирование биологических систем: Создание компьютерных моделей клеток, органов и целых организмов для прогнозирования реакции на лекарства, изучения развития болезней и тестирования новых терапевтических подходов.
Вернуть оригиналРазработка лекарств: Использование искусственного интеллекта для ускоренного поиска и дизайна новых лекарственных молекул, которые будут эффективно связываться с мишенями в клетке (например, с вирусными белками).
Вернуть оригиналСенсоры и диагностика: Разработка на основе биотехнологий и IT-технологий нанороботов и биосенсоров для диагностики и лечения заболеваний на клеточном уровне.
Вернуть оригиналСтр. 24
Кейс. Введение
1 Задание
Вопросы и задания
1. С чем связано такое свойство мембраны?
Такое свойство мембраны, как способность автоматически замыкаться при проколе или сливаться с другой мембраной, связано с её жидкостно-мозаичным строением. Плазматическая мембрана состоит из двойного слоя липидов, которые обладают подвижностью и гидрофобными свойствами, благодаря чему липиды стремятся минимизировать контакт с водой и самопроизвольно восстанавливают целостность структуры.
Вернуть оригинал2. Какое значение это имеет для жизнедеятельности клетки?
Способность мембраны к самозамыканию и слиянию имеет важное значение для жизнедеятельности клетки, обеспечивая её целостность и жизнеспособность после повреждений, а также делая возможными такие процессы, как фагоцитоз, экзоцитоз и деление клетки.
Вернуть оригинал3. Какие ещё свойства плазматической мембраны, связанные с её строением, вам известны?
Другие свойства плазматической мембраны, связанные с её строением, это:
Вернуть оригиналИзбирательная проницаемость: Мембрана пропускает некоторые вещества и не пропускает другие, благодаря чему регулируется обмен веществ с окружающей средой.
Вернуть оригиналПодвижность (текучесть): Липиды и белки могут перемещаться в плоскости мембраны (жидкостно-мозаичная модель).
Вернуть оригиналАсимметричность: Внешний и внутренний слои мембраны отличаются по составу липидов и белков.
Вернуть оригиналРецепторная функция: На поверхности мембраны расположены белки-рецепторы, которые обеспечивают восприятие сигналов извне.
Вернуть оригинал2 Задание
Вопросы и задания
1. Какими по размеру оказались эти клетки: одинаковыми или разными?
Клетки кожного эпителия африканского слона и домовой мыши оказались одинаковыми по размеру, поскольку размер клетки не зависит от размера самого животного, а определяется её функцией и соотношением площади поверхности к объёму.
Вернуть оригинал2. Предположите план строения этих клеток. В чём их сходство?
Эти клетки — эукариотические клетки животных. Их план строения включает:
Вернуть оригиналПлазматическую мембрану, окружающую клетку.
Вернуть оригиналЦитоплазму (гиалоплазму и органеллы).
Ядро, содержащее генетический материал.
Их сходство заключается в едином плане строения, характерном для всех эукариотических клеток животных.
Вернуть оригинал3. Возможно ли деление клетки при отсутствии ядра? Почему?
Деление клетки невозможно при отсутствии ядра, потому что:
Вернуть оригиналВ ядре содержится генетический материал (ДНК), который должен быть удвоен (реплицирован) и точно распределён между дочерними клетками.
Вернуть оригиналЯдро контролирует начало и ход клеточного цикла и деления.
Вернуть оригиналИсключение составляют прокариотические клетки (бактерии), которые делятся, но у них наследственный материал находится в цитоплазме, в области, называемой нуклеоид, который также должен удвоиться перед делением.
Вернуть оригинал3 Задание
Вопросы и задания
1. Почему зимой не погибают озимая пшеница, лягушки, насекомые и многие другие организмы при охлаждении их тела ниже 0 °С?
Вернуть оригиналОзимая пшеница, лягушки, насекомые и другие организмы не погибают при температурах ниже 0°С, потому что:
Вернуть оригиналОни обладают криопротекторными механизмами, которые предотвращают образование крупных кристаллов льда внутри клеток.
Вернуть оригиналЭти организмы удаляют часть воды из клеток и накапливают специальные вещества (например, глицерин, сахара), которые снижают температуру замерзания цитоплазмы (до -20°С и ниже).
Вернуть оригинал2. Действуют ли пониженные температуры на вирионы? Обоснуйте ответ.
Да, пониженные температуры действуют на вирионы, но они не уничтожают их, а лишь временно тормозят или останавливают их жизнедеятельность.
Вернуть оригиналОбоснование: Вирион — это внеклеточная форма вируса, которая не проявляет активности (не размножается и не обменивается веществом) вне клетки-хозяина. При понижении температуры все биохимические реакции в окружающей среде и в самом вирионе замедляются до минимума. Однако, вирусный геном и капсид сохраняют свою структуру, что позволяет вириону восстановить активность и начать размножение при попадании в клетку-хозяина и повышении температуры.
Вернуть оригинал3. Предположите, как могут реагировать на понижение температуры бактерии.
Бактерии могут реагировать на понижение температуры по-разному:
Вернуть оригиналОстановка жизнедеятельности (холодовое оцепенение): Большинство бактерий при низких температурах замедляются или полностью останавливают метаболизм, но не погибают.
Вернуть оригиналОбразование спор: Некоторые виды бактерий могут образовывать споры — очень устойчивые формы, которые могут выживать при экстремально низких температурах в течение длительного времени.
Вернуть оригиналГибель: Некоторые виды, не имеющие защитных механизмов, могут погибнуть из-за образования кристаллов льда внутри клетки и разрушения мембран.
Вернуть оригиналАдаптация: Психрофильные бактерии, обитающие в холодных условиях (например, в Арктике), могут активно жить и размножаться при низких температурах (до 0°С и ниже).
Вернуть оригинал4 Задание
Вопросы и задания
1. Рассмотрите рисунок фрагмента клетки (рис. 13). Назовите ядро и ядерную оболочку.
На Рисунке 13 изображён фрагмент клетки (вероятно, эукариотической).
Вернуть оригиналЯдро — это крупное, округлое или овальное образование в центре рисунка, окружённое двойной мембраной.
Вернуть оригиналЯдерная оболочка — это двойная мембрана, отделяющая ядро от цитоплазмы и пронизанная порами.
Вернуть оригинал2. Предположите, почему произошла замена терминов.
Замена терминов произошла, потому что:
Термин "ядерная оболочка" более точный и научный, чем "образование, окружающее ядро".
Вернуть оригиналОткрытие с помощью электронного микроскопа показало, что оболочка ядра состоит из двух мембран (внешней и внутренней), которые являются частью общей мембранной системы клетки и имеют сложную структуру с ядерными порами. Старый термин был слишком общим и не отражал эту сложную, мембранную природу.
Вернуть оригинал3. Какой из этих биологических терминов более точный? Почему?
Из предложенных терминов, "ядерная оболочка" является более точным биологическим термином, так как он чётко указывает на мембранное строение и функцию структуры, отделяющей ядро от цитоплазмы.
Вернуть оригиналСтр. 26