Конспект уроку: Методи біологічних досліджень. Рівні організації життя. Значення досягнень біологічної науки в житті людини і суспільства

Що таке біологія і що вона вивчає?

Які науки відносяться до біологічних?

Чи існують зв’язки біології з іншими науками, якщо так, то наведіть приклади?

Які ви можете назвати завдання сучасної біології?

Повідомлення учням класу теми і мети уроку.

Проблемне питання:

- Чи потрібно вивчати біологію? Якщо так, то навіщо?

Методи біологічних досліджень

В будь якій науці основою наукового пізнання являється побудова системи достовірного знання, яка ґрунтується на фактах. А фактом являється спостереження чи експеримент, що може бути відтворений і підтверджений. Однак, тлумачити одне та те саме спостереження різні учені можуть по-різному.

Основна послідовність етапів наукового дослідження являється наступною:

• накопичення фактів;
• постановка головної проблеми;
• формування гіпотези, що пояснює факти;
• перевірка даної гіпотези за допомогою нових фактів.

В тому випадку, якщо нові факти не підтверджують гіпотезу, то висувається вже нова гіпотеза. Коли гіпотеза добре узгоджується із наявними фактами та дозволяє робити прогнози, які згодом підтверджуються, то, в такому випадку, вона стає науковою теорією.

Однак виникнення наукової теорії ще не означає, що вона буде вічною. Нові дані, які отримані в майбутньому, можуть вимагати її корегування.

Так для отримання нових фактів і формування гіпотез та теорій сучасна біологія використовує різні наукові методи. Ці методи можна розділити на 2 великі групи — це емпіричні і теоретичні.

При застосуванні емпіричних методів біологи працюють з природними об’єктами, визначаючи їхні властивості. До подібних методів належить спостереження і експеримент. В ході спостереження вчений тільки реєструє хід природних процесів, однак не втручаючись в нього. В тому випадку, коли спостереження за певним біологічним об’єктом проводиться окремо - такий тип спостереження називається описовим. Коли ж під час спостереження дослідник працює відразу із декількома об’єктами, а далі порівнює результати - такий тип спостереження іменують порівняльним. Головна перевага описових досліджень полягає в тому, що спостерігач ніяк не впливає на об’єкт свого спостережень. Однак в цьому випадку йому важко визначити роль певних факторів на вплив різних природних процесів.

В ході експерименту вчений активно втручається в природні процеси. В ньому він штучно формує всі умови, в яких буде відбуватися експеримент. Все це дозволяє створити певну ситуацію, коли він може дослідити дію на певні біологічні процеси тільки одного фактора, залишаючи поза увагою інші фактори. Недоліком такого типу є те, що деякі штучно створені умови експерименту здатні відбиватися на нормальному функціонуванні певних біологічних об’єктів. В разі теоретичних методів науковці не працюють із об’єктом дослідження безпосередньо. Дослідники досліджують фізичні або математичні моделі природних об’єктів.

В теоретичних методах вчені виділяють моделювання і математичну обробку даних, тобто статистичний метод. Така математична обробка інформації відбувається після припинення спостереження чи експерименту. Вона дозволяє досліднику на основі отриманих даних виявити зв’язки між окремими параметрами в біологічній системі, виявити вплив окремих факторів на різні біологічні системи і особливості їх взаємодії.

Головною основою моделювання являється створення теорії щодо тієї або іншої біологічної системи, яка містить правила, згідно яких відбуваються зміни в даних біологічних системах, які аналізуються. Після створення даної теорії задаються початкові параметри - визначається початковий стан системи. Далі, зазвичай із використанням потужних комп’ютерів, проводиться аналіз того, як буде змінюватися система в випадку впливу правил висунутої теорії. Отримані результати співставляються із реальними фактами для існуючих в природі біологічних систем. В випадку коли відхилення від природних процесів являється незначними, то в теорію та модель вносять певні правки і продовжують дослідження. Коли ж відхилення отримуються суттєві, то створену теорію відкидають та пропонують нову.

Спосіб моделювання широко застосовується в тих ситуаціях, якщо проведення реального експерименту неможливе. Наприклад, досліджують певні еволюційні процеси або ж зміни екосистем в планетарному масштабі і т.п.

Рівні організації життя

Рекомендується, перед тим як приступити до розгляду рівнів організації живих систем, нагадати учням класу визначення поняття «система» Згідно якого, система — ціле, те що складається із взаємопов’язаних частин. Всі властивості системи не зводяться до певної суми властивостей її складових. Наприклад, живі системи являються живими лише тоді, коли є результат взаємодії складових. Причому кожний із елементів такої живої системи, виділений окремо, не може бути живим.

Можливість різнорівневої організації різних живих організмів заключається в тому, що частини біологічних систем в багатьох випадках самі являються окремими системами.

В живих системах головними рівнями організації вважають наступні:

1. молекулярний;

2. клітинний;

3. органо-тканинний;

4. організмений;

5. екосистемний;

6. біосферний

Досить цікаво, що не завжди у біологічних системах легко виділити всі з зазначених рівнів. Наприклад, в одноклітинних організмах відсутній органо-тканинний рівень організації, а їхній організмений рівень співпадає з клітинним.

Деколи для зручності учені виділяють ще додаткові рівні організації, такі як, рівень органел, систем органів, популяційний і т. п. Необхідність цього виділення зазвичай визначається особливостями проведених досліджень або поставлених завдань.

Також слід звернути особливу увагу учнів на наступне: особливості організменого та органо-тканинного рівнів вони докладно вивчили у попередніх класах. В цьому навчальному році учні будуть розглядати головним чином молекулярний і клітинний рівні організації, а із екосистемним та біосферним більш детальніше ознайомляться дещо пізніше. Однак усі рівні організації живих систем міцно пов’язані між собою й під час вивчення одного з них доведеться користуватися знаннями про інші рівні.

Значення досягнень біологічної науки у житті людини та суспільства

Значний бурхливий розвиток вчення про життя в другій половині 20 ст. сприяв багатьом відкриттям в галузі біології. Зокрема, відкриття та розшифрування генетичного коду істот, головних ланок синтезу білка, великої кількості процесів обміну речовин в живій клітині, крім цього триває інтенсивна робота із розшифрування геному людства, рослин та тварин.

За участі вчених-біологів досягли значного прогресу в своєчасному встановленні основних причин (діагностуванні) різних захворювань людини, тварин та культурних рослин, їх профілактиці й лікуванні. На базі біологічно активних речовин, що виробляють різні організми, вчені створюють ефективні фармацевтичні препарати. Сучасні дослідники здатні штучно видозмінювати спадковий матеріал різних організмів.

Так, до клітин бактерії кишкової палички було введено гени, які відповідають за формування гормонів, які необхідні для лікування великої кількості захворювань людини (наприклад, карликовість, цукровий діабет і т. п.), (пригадайте причини подібних захворювань). Дещо раніше подібні речовини видобували із тварин в невеликих кількостях, але тепер їх можна отримувати також в мікробіологічних лабораторіях відповідно потребам.

Організми з зміненим спадковим матеріалом, ще їх називають генетично модифікованими, відрізняються стійкістю до різних захворювань, високою продуктивністю і т. п.. Проте застосування даних організмів тепер обмежене, тому що досконало ще не досліджено вплив їх вживання на організм людини і свійських тварин.

Сучасні експерименти в галузі молекулярної біології і генетики надають змогу виявляти дефектні гени, що спричиняють спадкові захворювання, й замінювати їх уже на нормальні копії.

Наука екологія покликана своїми дослідженнями переконати всіх людей в необхідності дбайливого відношення до природи, жити за законами природи, а не старатися їх змінити у будь-який спосіб. Саме тому вона слугує певною теоретичною базою для планування, а також здійснення охорони навколишнього середовища. На базі різноманітних екологічних досліджень створюються все нові напрями охорони окремих видів організмів і їхніх угруповань.

Головні завдання сучасної біології полягають в розв'язанні найважливіших проблем людства:

• стрімке збільшення продовольчого потенціалу нашої планети;
• поліпшення екологічного стану навколишнього середовища для життя людини, збереження здоров'я людства і довголіття;
• отримання альтернативних джерел енергії.

Саме тому актуальними будуть:

• встановлення повного контролю над самовідновленням всіх біоресурсів;
• проектування штучних біологічних систем із потрібними людині компонентами, при цьому не порушуючи екологічної рівноваги;
• дослідження складних фізіолого-генетичних функцій людського організму для подолання й попередження онкологічних і інших життєво небезпечних захворювань людини;
• широке використання в господарстві генетично модифікованих організмів с цілю одержання від них різних білків, гормонів, антитіл, ферментів, вакцин і препаратів для медицини та ветеринарії;
• дослідження енергетичних та синтетичних процесів в клітині для перетворення їх в промислові біотехнології.

Що таке життя?

Які головні ознаки живого?

Які існують рівні життя?

Які методи біологічних досліджень вам відомі?

Яке значення має біологія в повсякденному житті людини?

- прочитати параграф,

- дати відповідь на запитання,

- інше.