Теоретические методы в биологии егэ

Биология (от греч. биос — жизнь, логос — слово, наука) — это комплекс наук о живой природе.

Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции живых существ, их разнообразие, происхождение и развитие, а также взаимодействие с окружающей средой. Основная задача биологии как науки состоит в истолковании всех явлений живой природы на научной основе, учитывая при этом, что целостному организму присущи свойства, в корне отличающиеся от его составляющих.

Термин «биология» встречается в трудах немецких анатомов Т. Роозе (1779) и К. Ф. Бурдаха (1800), однако только в 1802 году он был впервые употреблен независимо друг от друга Ж. Б. Ламар ком и Г. Р. Тревиранусом для обозначения науки, изучающей живые организмы.

Биологические науки

В настоящее время в состав биологии включают целый ряд наук, которые можно систематизировать по таким критериям: по предмету и преобладающим методам исследования и по изучаемому уровню организации живой природы. По предмету исследования биологические науки делят на бактериологию, ботанику, вирусологию, зоологию, микологию.

Ботаника — это биологическая наука, комплексно изучающая растения и растительный покров Земли. Зоология — раздел биологии, наука о многообразии, строении, жизнедеятельности, распространении и взаимосвязи животных со средой обитания, их происхождении и развитии. Бактериология — биологическая наука, изучающая строение и жизнедеятельность бактерий, а также их роль в природе. Вирусология — биологическая наука, изучающая вирусы. Основным объектом микологии являются грибы, их строение и особенности жизнедеятельности. Лихенология — биологическая наука, изучающая лишайники. Бактериология, вирусология и некоторые аспекты микологии часто рассматриваются в составе микробиологии — раздела биологии, науке о микроорганизмах (бактериях, вирусах и микроскопических грибах). Систематика, или таксономия, — биологическая наука, которая описывает и классифицирует по группам все живые и вымершие существа.

В свою очередь, каждая из перечисленных биологических наук подразделяется на биохимию, морфологию, анатомию, физиологию, эмбриологию, генетику и систематику (растений, животных или микроорганизмов). Биохимия — это наука о химическом составе живой материи, химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности. Морфология — биологическая наука, изучающая форму и строение организмов, а также закономерности их развития. В широком смысле она включает в себя цитологию, анатомию, гистологию и эмбриологию. Различают морфологию животных и растений. Анатомия — это раздел биологии (точнее — морфологии), наука, изучающая внутреннее строение и форму отдельных органов, систем и организма в целом. Анатомия растений рассматривается в составе ботаники, анатомия животных — в составе зоологии, а анатомия человека является отдельной наукой. Физиология — биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Существуют физиология растений, животных и человека. Эмбриология (биология развития) — раздел биологии, наука об индивидуальном развитии организма, в том числе развитии зародыша.

Объектом генетики являются закономерности наследственности и изменчивости. В настоящее время это одна из наиболее динамично развивающихся биологических наук.

По изучаемому уровню организации живой природы выделяют молекулярную биологию, цитологию, гистологию, органологию, биологию организмов и надорганизменных систем. Молекулярная биология является одним из наиболее молодых разделов биологии, наука, изучающая, в частности, организацию наследственной информации и биосинтез белка. Цитология, или клеточная биология, — биологическая наука, объектом изучения которой являются клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов. Гистология — биологическая наука, раздел морфологии, объектом которой является строение тканей растений и животных. К сфере органологии относят морфологию, анатомию и физиологию различных органов и их систем.

Биология организмов включает все науки, предметом которых являются живые организмы, например, этологию — науку о поведении организмов.

Биология надорганизменных систем подразделяется на биогеографию и экологию. Распространение живых организмов изучает биогеография, тогда как экология — организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы.

По преобладающим методам исследования можно выделить описательную (например, морфологию), экспериментальную (например, физиологию) и теоретическую биологию.

Выявление и объяснение закономерностей строения, функционирования и развития живой природы на различных уровнях ее организации является задачей общей биологии. К ней относят биохимию, молекулярную биологию, цитологию, эмбриологию, генетику, экологию, эволюционное учение и антропологию. Эволюционное учение изучает причины, движущие силы, механизмы и общие закономерности эволюции живых организмов. Одним из его разделов является палеонтология — наука, предметом которой являются ископаемые останки живых организмов. Антропология — раздел общей биологии, наука о происхождении и развитии человека как биологического вида, а также разнообразии популяций современного человека и закономерностях их взаимодействия.

Прикладные аспекты биологии отнесены к сфере биотехнологии, селекции и других быстроразвивающихся наук. Биотехнологией называют биологическую науку, изучающую использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Она широко применяется в пищевой (хлебопечение, сыроделие, пивоварение и др.) и фармацевтической промышленностях (получение антибиотиков, витаминов), для очистки вод и т. п. Селекция — наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.

Прогресс биологии тесно связан с успехами других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Например, микроскопирование, ультразвуковые исследования (УЗИ), томография и другие методы биологии основываются на физических закономерностях, а изучение структуры биологических молекул и процессов, происходящих в живых системах, было бы невозможным без применения химических и физических методов. Применение математических методов позволяет, с одной стороны, выявить наличие закономерной связи между объектами или явлениями, подтвердить достоверность полученных результатов, а с другой — смоделировать явление или процесс. В последнее время все большее значение в биологии приобретают компьютерные методы, например моделирование. На стыке биологии и других наук возник целый ряд новых наук, таких как биофизика, биохимия, бионика и др.

Достижения биологии

Наиболее важными событиями в области биологии, повлиявшими на весь ход ее дальнейшего развития, являются: установление молекулярной структуры ДНК и ее роли в передаче информации в живой материи (Ф. Крик, Дж. Уотсон, М. Уилкинс); расшифровка генетического кода (Р. Холли, Х. Г. Корана, М. Ниренберг); открытие структуры гена и генетической регуляции синтеза белков (А. М. Львов, Ф. Жакоб, Ж. Л. Моно и др.); формулировка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, К. Бэр); исследование закономерностей наследственности и изменчивости (Г. Мендель, Х. де Фриз, Т. Морган и др.); формулировка принципов современной систематики (К. Линней), эволюционной теории (Ч. Дарвин) и учения о биосфере (В. И. Вернадский).

Значимость открытий последних десятилетий еще предстоит оценить, однако наиболее крупными достижениями биологии были признаны: расшифровка генома человека и других организмов, определение механизмов контроля потока генетической информации в клетке и формирующемся организме, механизмов регуляции деления и гибели клеток, клонирование млекопитающих, а также открытие возбудителей «коровьего бешенства» (прионов).

Работы по программе «Геном человека», которые проводились одновременно в нескольких странах и были завершены в начале нынешнего века, привели нас к пониманию того, что у человека имеется около 25–30 тыс. генов, но информация с большей части нашей ДНК не считывается никогда, так как в ней содержится огромное количество участков и генов, кодирующих признаки, утратившие значение для человека (хвост, оволосение тела и др.). Кроме того, был расшифрован ряд генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов-мишеней лекарственных препаратов. Однако практическое применение результатов, полученных в ходе реализации данной программы, откладывается до тех пор, пока не будут расшифрованы геномы значительного количества людей, и тогда станет понятно, в чем же все-таки их различие. Эти цели поставлены перед целым рядом ведущих лабораторий всего мира, работающих над реализацией программы «ENCODE».

Биологические исследования являются фундаментом медицины, фармации, широко используются в сельском и лесном хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях человеческой деятельности.

Хорошо известно, что только «зеленая революция» 1950-х годов позволила хотя бы частично решить проблему обеспечения быстро растущего населения Земли продуктами питания, а животноводство — кормами за счет внедрения новых сортов растений и прогрессивных технологий их выращивания. В связи с тем, что генетически запрограммированные свойства сельскохозяйственных культур уже почти исчерпаны, дальнейшее решение продовольственной проблемы связывают с широким введением в производство генетически модифицированных организмов.

Производство многих продуктов питания, таких как сыры, йогурты, колбасы, хлебобулочные изделия и др., также невозможно без использования бактерий и грибов, что является предметом биотехнологии.

Познание природы возбудителей, процессов течения многих заболеваний, механизмов иммунитета, закономерностей наследственности и изменчивости позволили существенно снизить смертность и даже полностью искоренить ряд болезней, таких, например, как черная оспа. С помощью новейших достижений биологической науки решается и проблема репродукции человека.

Значительная часть современных лекарственных препаратов производится на основе природного сырья, а также благодаря успехам генной инженерии, как, например, инсулин, столь необходимый больным сахарным диабетом, в основном синтезируется бактериями, которым перенесен соответствующий ген.

Не менее значимы биологические исследования для сохранения окружающей среды и разнообразия живых организмов, угроза исчезновения которых ставит под сомнение существование человечества.

Наибольшее значение среди достижений биологии имеет тот факт, что они лежат даже в основе построения нейронных сетей и генетического кода в компьютерных технологиях, а также широко используются в архитектуре и других отраслях. Вне всякого сомнения, наступивший XXI век является веком биологии.

Методы познания живой природы

Как и любая другая наука, биология имеет свой арсенал методов. Помимо научного метода познания, применяемого в других отраслях, в биологии широко используются такие методы, как исторический, сравнительно-описательный и др.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, формулировку гипотез, эксперимент, моделирование, анализ результатов и выведение общих закономерностей.

Наблюдение — это целенаправленное восприятие объектов и явлений с помощью органов чувств или приборов, обусловленное задачей деятельности. Основным условием научного наблюдения является его объективность, т. е. возможность проверки полученных данных путем повторного наблюдения или применения иных методов исследования, например эксперимента. Полученные в результате наблюдения факты называются данными. Они могут быть как качественными (описывающими запах, вкус, цвет, форму и т. д.), так и количественными, причем количественные данные являются более точными, чем качественные.

На основе данных наблюдений формулируется гипотеза — предположительное суждение о закономерной связи явлений. Гипотеза подвергается проверке в серии экспериментов. Экспериментом называется научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить характеристики данного объекта или явления. Высшей формой эксперимента является моделирование — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. По существу это одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования базируется любой метод научного исследования — как теоретический, так и экспериментальный.

Результаты эксперимента и моделирования подвергаются тщательному анализу. Анализом называют метод научного исследования путем разложения предмета на составные части или мысленного расчленения объекта путем логической абстракции. Анализ неразрывно связан с синтезом. Синтез — это метод изучения предмета в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. В результате анализа и синтеза наиболее удачная гипотеза исследования становится рабочей гипотезой, и если она способна устоять при попытках ее опровержения и по-прежнему удачно предсказывает ранее необъясненные факты и взаимосвязи, то она может стать теорией.

Под теорией понимают такую форму научного знания, которая дает целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Общее направление научного исследования состоит в достижении более высоких уровней предсказуемости. Если теорию не способны изменить никакие факты, а встречающиеся отклонения от нее регулярны и предсказуемы, то ее можно возвести в ранг закона — необходимого, существенного, устойчивого, повторяющегося отношения между явлениями в природе.

По мере увеличения совокупности знаний и совершенствования методов исследования гипотезы и прочно укоренившиеся теории могут оспариваться, видоизменяться и даже отвергаться, поскольку сами научные знания по своей природе динамичны и постоянно подвергаются критическому переосмыслению.

Исторический метод выявляет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. В ряде случаев с помощью этого метода новую жизнь обретают гипотезы и теории, ранее считавшиеся ложными. Так, например, произошло с предположениями Ч. Дарвина о природе передачи сигналов по растению в ответ на воздействия окружающей среды.

Сравнительно-описательный метод предусматривает проведение анатомо-морфологического анализа объектов исследования. Он лежит в основе классификации организмов, выявления закономерностей возникновения и развития различных форм жизни.

Мониторинг — это система мероприятий по наблюдению, оценке и прогнозу изменения состояния исследуемого объекта, в частности биосферы.

Проведение наблюдений и экспериментов требует зачастую применения специального оборудования, такого как микроскопы, центрифуги, спектрофотометры и др.

Микроскопия широко применяется в зоологии, ботанике, анатомии человека, гистологии, цитологии, генетике, эмбриологии, палеонтологии, экологии и других разделах биологии. Она позволяет изучить тонкое строение объектов с использованием световых, электронных, рентгеновских и других типов микроскопов.

Устройство светового микроскопа. Световой микроскоп состоит из оптических и механических частей. К первым относятся окуляр, объективы и зеркало, а ко вторым — тубус, штатив, основание, предметный столик и винт.

Общее увеличение микроскопа определяется по формуле:

увеличение объектива $×$ увеличение окуляра $-$ увеличение микроскопа.

Например, если объектив увеличивает объект в $8$ раз, а окуляр — в $7$, то общее увеличение микроскопа равно $56$.

Дифференциальное центрифугирование, или фракционирование, позволяет разделить частицы по их размерам и плотности под действием центробежной силы, что активно используется при изучении строения биологических молекул и клеток.

Арсенал методов биологии постоянно обновляется, и в настоящее время охватить его полностью практически невозможно. Поэтому некоторые методы, используемые в отдельных биологических науках, будут рассмотрены далее.

Роль биологии в формировании современной естественнонаучной картины мира

На этапе становления биология еще не существовала отдельно от других естественных наук и ограничивалась лишь наблюдением, изучением, описанием и классификацией представителей животного и растительного мира, т. е. была описательной наукой. Однако это не помешало античным естествоиспытателям Гиппократу (ок. 460–377 гг. до н. э.), Аристотелю (384–322 гг. до н. э.) и Теофрасту (настоящее имя Тиртам, 372–287 гг. до н. э.) внести значительный вклад в развитие представлений о строении тела человека и животных, а также о биологическом разнообразии животных и растений, заложив тем самым основы анатомии и физиологии человека, зоологии и ботаники.

Углубление познаний о живой природе и систематизация ранее накопленных фактов, происходившие в XVI–XVIII веках, увенчались введением бинарной номенклатуры и созданием стройной систематики растений (К. Линней) и животных (Ж. Б. Ламарк).

Описание значительного числа видов со сходными морфологическими признаками, а также палеонтологические находки стали предпосылками к развитию представлений о происхождении видов и путях исторического развития органического мира. Так, опыты Ф. Реди, Л. Спалланцани и Л. Пастера в XVII–ХIХ веках опровергли гипотезу спонтанного самозарождения, выдвинутую еще Аристотелем и бытовавшую в Средние века, а теория биохимической эволюции А. И. Опарина и Дж. Холдейна, блестяще подтвержденная С. Миллером и Г. Юри, позволила дать ответ на вопрос о происхождении всего живого.

Если процесс возникновения живого из неживых компонентов и его эволюция сами по себе уже не вызывают сомнений, то механизмы, пути и направления исторического развития органического мира все еще до конца не выяснены, поскольку ни одна из двух основных соперничающих между собой теорий эволюции (синтетическая теория эволюции, созданная на основе теории Ч. Дарвина, и теория Ж. Б. Ламарка) все еще не могут предъявить исчерпывающих доказательств.

Применение микроскопии и других методов смежных наук, обусловленное прогрессом в области других естественных наук, а также внедрение практики эксперимента позволило немецким ученым Т. Шванну и М. Шлейдену еще в XIX веке сформулировать клеточную теорию, позднее дополненную Р. Вирховым и К. Бэром. Она стала важнейшим обобщением в биологии, которое краеугольным камнем легло в основу современных представлений о единстве органического мира.

Открытие закономерностей передачи наследственной информации чешским монахом Г. Менделем послужило толчком к дальнейшему бурному развитию биологии в ХХ–ХХI веках и привело не только к открытию универсального носителя наследственности — ДНК, но и генетического кода, а также фундаментальных механизмов контроля, считывания и изменчивости наследственной информации.

Развитие представлений об окружающей среде привело к возникновению такой науки, как экология, и формулировке учения о биосфере как о сложной многокомпонентной планетарной системе связанных между собой огромных биологических комплексов, а также химических и геологических процессов, происходящих на Земле (В. И. Вернадский), что в конечном итоге позволяет хотя бы в небольшой степени уменьшить негативные последствия хозяйственной деятельности человека.

Таким образом, биология сыграла немаловажную роль в становлении современной естественнонаучной картины мира.

Методы генетики

1. Гибридологический метод, или метод скрещиваний, заключается в подборе родительских особей и анализе потомства. При этом о генотипе организма судят по фенотипическим проявлениям генов у потомков, полученных при определенной схеме скрещивания. Это старейший информативный метод генетики, который наиболее полно впервые применил Г. Мендель в сочетании со статистическим методом. Данный метод неприменим в генетике человека по этическим соображениям.

2. Цитогенетический метод основан на исследовании кариотипа: числа, формы и величины хромосом организма. Изучение этих особенностей позволяет выявить различные патологии развития.

3. Биохимический метод позволяет определять содержание различных веществ в организме, в особенности их избыток или недостаток, а также активность целого ряда ферментов.

4. Молекулярно-генетические методы направлены на выявление вариаций в структуре и расшифровку первичной последовательности нуклеотидов исследуемых участков ДНК. Они позволяют выявить гены наследственных болезней даже у эмбрионов, установить отцовство и т. д.

5. Популяционно-статистический метод позволяет определить генетический состав популяции, частоту определенных генов и генотипов, генетический груз, а также наметить перспективы развития популяции.

6. Метод гибридизации соматических клеток в культуре позволяет определить локализацию определенных генов в хромосомах при слиянии клеток различных организмов, например, мыши и хомяка, мыши и человека и т. д.

Клетка как биологическая система

Современная клеточная теория, ее основные положения, роль в формировании современной естественнонаучной картины мира. Развитие знаний о клетке. Клеточное строение организмов — основа единства органического мира, доказательство родства живой природы

Современная клеточная теория, ее основные положения, роль в формировании современной естественнонаучной картины мира

Одним из основополагающих понятий в современной биологии является представление о том, что всем живым организмам присуще клеточное строение. Изучением строения клетки, ее жизнедеятельности и взаимодействия с окружающей средой занимается наука цитология, в настоящее время чаще именуемая клеточной биологией. Своему появлению цитология обязана формулировке клеточной теории (1838–1839 гг., М. Шлейден, Т. Шванн, дополнена в 1855 г. Р. Вирховым).

Клеточная теория является обобщенным представлением о строении и функциях клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Основные положения клеточной теории:

1. Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов — вне клетки жизни нет.
2. Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование.
3. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.
4. Новые клетки образуются только в результате деления материнских клеток («клетка от клетки »).
5. Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, из тканей состоят органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.
6. Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток — дифференцировка.

Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка является мельчайшей единицей жизни, элементарной живой системой, которой присущи все признаки и свойства живого. Формулировка клеточной теории стала важнейшей предпосылкой развития воззрений на наследственность и изменчивость, так как выявление их природы и присущих им закономерностей неизбежно наводило на мысль об универсальности строения живых организмов. Выявление единства химического состава и плана строения клеток послужило толчком и для развития представлений о происхождении живых организмов и их эволюции. Кроме того, происхождение многоклеточных организмов из единственной клетки в процессе эмбрионального развития стало догмой современной эмбриологии.

Развитие знаний о клетке

До XVII века человек вообще ничего не знал о микроструктуре окружающих его предметов и воспринимал мир невооруженным глазом. Прибор для изучения микромира — микроскоп — был изобретен приблизительно в 1590 году голландскими механиками Г. и З. Янсенами, однако его несовершенство не давало возможности рассмотреть достаточно мелкие объекты. Лишь создание на его основе так называемого сложного микроскопа К. Дреббелем (1572–1634) способствовало прогрессу в данной области.

В 1665 году английский ученый-физик Р. Гук (1635–1703) усовершенствовал конструкцию микроскопа и технологию шлифовки линз и, желая убедиться в улучшении качества изображения, рассматривал под ним срезы пробки, древесного угля и живых растений. На срезах он обнаружил мельчайшие поры, напоминающие пчелиные соты, и назвал их клетками (от лат. целлюла — ячейка, клетка). Интересно отметить, что Р. Гук считал главным компонентом клетки клеточную оболочку.

Во второй половине XVII века появились работы виднейших микроскопистов М. Мальпиги (1628–1694) и Н. Грю (1641–1712), также обнаруживших ячеистое строение многих растений.

Чтобы удостовериться, что увиденное Р. Гуком и другими учеными является правдой, не имевший специального образования голландский торговец А. ван Левенгук самостоятельно разработал конструкцию микроскопа, принципиально отличавшуюся от уже существующей, и усовершенствовал технологию изготовления линз. Это позволило ему достичь увеличения в 275–300 раз и рассмотреть такие детали строения, которые были технически недоступны остальным ученым. А. ван Левенгук был непревзойденным наблюдателем: он тщательно зарисовывал и описывал увиденное под микроскопом, но не стремился объяснить этого. Он открыл одноклеточные организмы, в том числе и бактерии, в клетках растений обнаружил ядра, хлоропласты, утолщения клеточных стенок, но оценить его открытия смогли намного позже.

Открытия компонентов внутреннего строения организмов в первой половине XIX века следовали одно за другим. Г. Моль различил в клетках растений живое вещество и водянистую жидкость — клеточный сок, обнаружил поры. Английский ботаник Р. Броун (1773–1858) в 1831 году открыл ядро в клетках орхидей, затем оно было обнаружено во всех растительных клетках. Чешский ученый Я. Пуркинье (1787–1869) для обозначения полужидкого студенистого содержимого клетки без ядра ввел термин «протоплазма» (1840). Дальше всех современников продвинулся бельгийский ботаник М. Шлейден (1804–1881), который, изучая развитие и дифференциацию разнообразных клеточных структур высших растений, доказал, что все растительные организмы ведут свое происхождение от одной клетки. Он же рассмотрел в ядрах клеток чешуи лука округлые тельца-ядрышки (1842).

В 1827 году русский ученый-эмбриолог К. Бэр обнаружил яйцеклетки человека и других млекопитающих, опровергнув тем самым представления о развитии организма исключительно из мужских гамет. Кроме того, он доказал формирование многоклеточного животного организма из единственной клетки — оплодотворенной яйцеклетки, а также сходство стадий зародышевого развития многоклеточных животных, которое наводило на мысль о единстве их происхождения. Сведения, накопленные к середине XIX века, требовали обобщения, которым и стала клеточная теория. Ее формулировке биология обязана немецкому зоологу Т. Шванну (1810–1882), который на основе собственных данных и выводов М. Шлейдена о развитии растений выдвинул предположение о том, что если в каком-либо видимом под микроскопом образовании присутствует ядро, то это образование является клеткой. Основываясь на данном критерии, Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.

Немецкий врач и патолог Р. Вирхов (1821–1902) внес в эту теорию еще одно важное положение: клетки возникают только путем деления исходной клетки, т. е. клетки образуются только из клеток («клетка от клетки»).

Со времени создания клеточной теории учение о клетке как о единице структуры, функции и развития организма непрерывно развивалось. К концу XIX века благодаря успехам микроскопической техники было уточнено строение клетки, описаны органоиды — части клетки, выполняющие различные функции, исследованы способы образования новых клеток (митоз, мейоз) и стало понятным первостепенное значение клеточных структур в передаче наследственных свойств. Применение новейших физико-химических методов исследования позволило углубиться в процессы хранения и передачи наследственной информации, а также исследовать тонкое строение каждой из структур клетки. Все это способствовало выделению науки о клетке в самостоятельную отрасль знания — цитологию.

Клеточное строение организмов, сходство строения клеток всех организмов — основа единства органического мира, доказательства родства живой природы

Все известные на сегодняшний день живые организмы (растения, животные, грибы и бактерии) имеют клеточное строение. Даже вирусы, которые не имеют клеточного строения, могут размножаться только в клетках. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живого, которой присущи все его проявления, в частности, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, рост и развитие, воспроизведение и раздражимость. При этом именно в клетках хранится, перерабатывается и реализуется наследственная информация.

Несмотря на все разнообразие клеток, план строения для них един: все они содержат наследственный аппарат, погруженный в цитоплазму, и окружающую клетку плазматическую мембрану.

Клетка возникла в результате длительной эволюции органического мира. Объединение клеток в многоклеточный организм не является простым суммированием, так как каждая клетка, сохраняя все присущие живому организму признаки, в то же время приобретает новые свойства вследствие выполнения ею определенной функции. С одной стороны, многоклеточный организм можно разделить на составляющие его части — клетки, но с другой стороны, сложив их вновь воедино, невозможно восстановить функции целостного организма, так как лишь во взаимодействии частей системы появляются новые свойства. В этом проявляется одна из основных закономерностей, характеризующих живое, — единство дискретного и целостного. Небольшие размеры и значительное количество клеток создают у многоклеточных организмов большую поверхность, необходимую для обеспечения быстрого обмена веществ. Кроме того, в случае гибели одной части организма его целостность может быть восстановлена за счет воспроизведения клеток. Вне клетки невозможны хранение и передача наследственной информации, хранение и перенос энергии с последующим превращением ее в работу. Наконец, разделение функций между клетками в многоклеточном организме обеспечило широкие возможности приспособления организмов к среде обитания и явилось предпосылкой усложнения их организации.

Таким образом, установление единства плана строения клеток всех живых организмов послужило доказательством единства происхождения всего живого на Земле.

Методы изучения генетики человека

Методы, применяемые в генетике человека, принципиально не отличаются от общепринятых для других объектов — это генеалогический, близнецовый, цитогенетический, дерматоглифический, молекулярно-биологический и популяционно-статистический методы, метод гибридизации соматических клеток и метод моделирования. Их использование в генетике человека учитывает специфику человека как генетического объекта.

Близнецовый метод помогает определить вклад наследственности и влияние условий окружающей среды на проявление признака на основе анализа совпадения этих признаков у однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Так, у большинства однояйцевых близнецов совпадают группы крови, цвет глаз и волос, а также целый ряд других признаков, тогда как корью болеют одновременно оба типа близнецов.

Дерматоглифический метод основан на исследовании индивидуальных особенностей кожных рисунков пальцев рук (дактилоскопия), ладоней и ступней ног. На основе этих особенностей он зачастую позволяет своевременно выявить наследственные заболевания, в частности хромосомные аномалии, такие как синдром Дауна, Шерешевского – Тернера и др.

Генеалогический метод — это метод составления родословных, с помощью которых определяют характер наследования изучаемых признаков, в том числе наследственных болезней, и прогнозируют рождение потомков с соответствующими признаками. Он позволил выявить наследственную природу таких заболеваний, как гемофилия, дальтонизм, хорея Гентингтона и др. еще до открытия основных закономерностей наследственности. При составлении родословных ведут записи о каждом из членов семьи и учитывают степень родства между ними. Далее на основании полученных данных с помощью специальной символики строится родословное древо.

Генеалогический метод можно использовать на одной семье, если есть сведения о достаточном количестве прямых родственников человека, родословная которого составляется — пробанда, — по отцовской и материнской линиям, в противном случае собирают сведения о нескольких семьях, в которых проявляется данный признак. Генеалогический метод позволяет установить не только наследуемость признака, но и характер наследования: доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом и т. д. Так, по портретам австрийских монархов Габсбургов было установлено наследование прогнатии (сильно выпяченной нижней губы) и «королевской гемофилии » у потомков британской королевы Виктории.

Значение генетики для медицины. Наследственные болезни человека, их причины,
профилактика. Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический
аппарат клетки. Защита среды от загрязнения мутагенами. Выявление источников
мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния
на собственный организм

Значение генетики для медицины

Изучение закономерностей наследственности и изменчивости на растительных и животных объектах со временем привело к пониманию того, что наряду с инфекционными заболеваниями человека существует и значительное число (более 4000) наследственных болезней, развитие многих из которых обусловлено взаимодействием генетических программ и условий окружающей среды. Наследственные болезни затрагивают многие стороны обмена веществ, приводят к нарушениям структуры тканей и органов, а также психическим отклонениям.

Если ранее едва ли не единственными средствами профилактики наследственных заболеваний были запрет рожать детей женщинам, уже имеющим детей с отклонениями в развитии, а также принудительная стерилизация, то в настоящее время арсенал медицинских генетиков значительно расширился. Так, определение носительства родителями генов наследственных болезней и ранняя диагностика этих заболеваний еще до рождения ребенка позволяет избежать тяжелых последствий путем планирования семьи. Значительную помощь в этом отношении оказывает медико- генетическое консультирование.

Кроме того, профилактика многих заболеваний, в основе которой лежит исключение тех или иных веществ и продуктов из рациона питания, также позволяет предотвратить аномальное развитие и даже гибель больного.

Открытия в области молекулярной генетики позволили в последнее время совершить прорыв и в направлении исправления и замены патологических генов. Эта отрасль медицинской генетики называется генотерапией. Так, уже родился первый ребенок, у которого прямо в зиготе удалили ген наследственной формы рака.

Методы селекции и их генетические основы

Основные методы селекции — гибридизация и искусственный отбор.

Гибридизация — это процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.

Для достижения результата в процессе гибридизации особое внимание уделяется подбору родительских пар. В селекции растений подбор ведется по определенным признакам с учетом генетической и географической удаленности; в селекции животных — только по хозяйственно ценным признакам, которые определяют по экстерьеру, родословной и потомству.

Выделяют родственную и неродственную гибридизации. Родственное скрещивание, или инбридинг, приводит к появлению чистых линий, но при этом снижается жизнеспособность потомства вследствие перехода различных летальных и полулетальных генов в гомозиготное состояние.

Неродственное скрещивание, или аутбридинг, бывает внутривидовым и межвидовым (в т. ч. отдаленная гибридизация). Аутбридинг в первом поколении дает эффект гетерозиса.

Гетерозис (от греч. гетерозис — изменение, перевоплощение) — явление повышения жизнеспособности и продуктивности у гибридов первого поколения по сравнению с исходными родительскими формами.

Данное явление объясняется благоприятным сочетанием родительских генов, а также переходом сублетальных и летальных аллелей в гетерозиготное состояние. Во втором и последующих поколениях эффект гетерозиса ослабевает вследствие расщепления генов и гомоготизации. У растений его эффект можно закрепить вегетативным или партеногенетическим размножением, удвоением числа хромосом и т. д. Эффект гетерозиса широко применяется в сельском хозяйстве, так как он позволяет существенно повысить урожайность растений (кукурузы, огурцов, томатов) и продуктивность животных (яйценоскость гибридов леггорнов и австралорнов, скорость роста и улучшение качества мяса бройлеров).

Несмотря на то, что с помощью отдаленной гибридизации уже созданы и успешно внедрены в сельскохозяйственное производство высокопродуктивные гибриды растений (пшенично-пырейный, пшеницы и ржи — тритикале, малины и ежевики), у животных (лошади и осла — мул, белуги и стерляди — бестер), основной проблемой данного метода является преодоление бесплодия гибридов. Бесплодие возникает в результате различий размеров, форм и количества хромосом в кариотипе родительских форм, вследствие чего хромосомы утрачивают способность конъюгировать в процессе мейоза. Преодолеть его можно за счет удвоения числа хромосом в кариотипе, и тогда хромосомы каждого из родителей будут конъюгировать с гомологичными им. Первым данный метод апробировал российский селекционер Г. Д. Карпеченко в процессе создания редечнокапустного гибрида с 36 хромосомами, тогда как у каждой из родительских форм их было по 18.

У животных решить проблему данным путем не представляется возможным вследствие увеличения дозы летальных аллелей, поэтому у них только в некоторых случаях один или оба пола плодовиты, как, например, самки гибридов яка с крупным рогатым скотом.

Искусственный отбор — процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путем систематического сохранения и размножения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.

Выделяют две формы искусственного отбора: бессознательный, ведущийся без определенного плана, и методический, производимый с определенной целью. Примером искусственного отбора являются породы домашних голубей, выведенные от дикого скалистого голубя. Также он применяется в форме массового и индивидуального отбора. Массовый отбор является эффективным при высокой наследуемости признака. В основном он используется в селекции растений и микроорганизмов. При индивидуальном отборе учитываются не только показатели продуктивности или иные качества организма, но и наследование данного признака в ряду поколений. В комбинации с инбридингом он позволяет получить чистые линии. Индивидуальный отбор характерен для селекции животных и самоопыляющихся растений.

Теорию искусственного отбора создал великий английский ученый Ч. Дарвин. Основные положения своей теории он изложил в труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» и развил в дальнейшем в книге «Изменения домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания».

Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов

В связи с тем, что генетически запрограммированные резервы продуктивности культурных растений и животных уже практически исчерпаны, создание новых сортов и пород этих организмов требует кардинального изменения подхода к процессу селекции. В первую очередь перед началом селекционного процесса создается модель сорта или породы, которая учитывает современные требования к нему, после чего производится подбор методов, при помощи которых может быть достигнут искомый результат. Помимо описанных выше гибридизации и искусственного отбора, на современном этапе развития селекции широко используются также искусственный мутагенез, методы биотехнологии, клеточной и генной инженерии, клонирование.

Искусственным, или экспериментальным мутагенезом называют получение мутаций с помощью физических или химических агентов, например рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Он позволяет получить как новые полезные генные мутации, так и геномные, в том числе добиться полиплоидизации. Однако далеко не все мутации происходят в ядерном геноме и способны передаваться в ряду поколений, поскольку в клетках животных имеются еще геномы митохондрий, а в клетках растений — митохондрий и пластид. Кроме того, мутации могут затронуть только соматические клетки, но не произойти в половых. В связи с этим многие мутантные формы растений размножаются только вегетативно.

В селекции растений широко применяются различные формы гибридизации и искусственного отбора. Однако гибриды довольно часто являются бесплодными, и поэтому их либо каждый раз выводят заново, либо размножают вегетативно. Для преодоления бесплодия гибридов у растений используется искусственный мутагенез, который позволяет получать полиплоидные сорта, отличающиеся более высокой урожайностью. С его помощью был получен ряд сортов сахарной свеклы, гречихи, редечно-капустный гибрид Г. Д. Карпеченко, а также новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы, сорта растений с декоративными листьями.

В плодоводстве и декоративном цветоводстве невозможно в настоящее время обойтись без методов, разработанных и усовершенствованных одним из самых выдающихся российских селекционеров — И. В. Мичуриным, в особенности методов ментора, вегетативного сближения, посредника, смеси пыльцы и др. Например, метод ментора благодаря сочетанию свойств привоя и подвоя позволил ему вывести сорт груши бере зимняя.

Селекция животных использует те же методы, что и селекция растений, однако она учитывает биологические особенности этих организмов. Так, здесь на определенных стадиях селекционного процесса прибегают к инбридингу, однако весьма в ограниченных масштабах, поскольку это может привести к снижению жизнеспособности особей вследствие перевода летальных аллелей в гомозиготное состояние. Более широко распространенный в животноводстве аутбридинг может давать эффект гетерозиса, как в случае бройлеров — гибридов пород кур корниш и белого плимутрока, но при межвидовой гибридизации гибриды в основном бесплодны и их вегетативное размножение невозможно.

Еще одной трудностью селекционной работы в данной области является то, что у особей одного из полов могут не проявляться хозяйственно ценные признаки, например у петухов — яйценоскость, а у быков — молочность и жирность. В связи с этим от производителей получают «пробных » потомков, и только в том случае, если для последних характерны более высокие показатели исследуемого признака, производителей целесообразно использовать в дальнейшей работе. Для получения от них максимально возможного числа потомков применяют технологии искусственного осеменения, которые предусматривают получение и хранение половых клеток в течение длительного времени, а также искусственного оплодотворения «в пробирке» и пересадки в матку менее ценной в хозяйственном отношении самки — суррогатной матери.

Микроорганизмы в последнее время широко применяются в различных отраслях хозяйственной деятельности. Так, дрожжи используют в хлебопечении, виноделии, пивоварении и т. д. Другие грибы синтезируют в промышленных условиях антибиотики, лимонную кислоту и кормовые белки из отходов растениеводства и даже нефти. С помощью бактерий человек получает витамины, аминокислоты, инсулин, а также извлекает металлы из руд и промышленных отходов. Широко используются микроорганизмы в сельском и лесном хозяйстве для борьбы с вредителями.

Особенности организации и жизнедеятельности микроорганизмов не позволяют применять у них метод гибридизации, тогда как искусственный мутагенез с последующим отбором наиболее продуктивных штаммов дает прекрасные результаты. В некоторых случаях проводят искусственное скрещивание штаммов с помощью бактериофагов, способных переносить наследственную информацию из одной клетки бактерий в другую. Это позволило получить, например, высокопродуктивные штаммы грибов — продуцентов антибиотиков и витаминов.

Значение генетики для селекции

Хотя селекция и возникла как наука для удовлетворения практических потребностей человека, издавна применявшего гибридизацию особей с лучшими сочетаниями признаков для получения новых сортов растений и пород животных (именно на основе сравнения гибридов с родительскими формами начали формироваться основные представления о закономерностях наследования признаков), в настоящее время генетика является теоретической основой селекции. Опираясь на частную генетику различных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. При этом не только используются уже имеющиеся наследственные признаки, но и создаются новые благодаря применению метода искусственного мутагенеза, а также вносятся новые гены с помощью методов биотехнологии, не утрачивает своего значения и явление гетерозиса.

Окраска и структура меха пушных животных наследуются как качественные признаки, в связи с чем селекционеры используют их для выведения новых пород норки, лисицы, кролика и др. Продуктивность растений и крупного рогатого скота, напротив, являются количественными признаками, что также не может не учитываться в процессе выведения новых сортов и пород.

Значительную роль методы искусственного мутагенеза, клеточной и генной инженерии сыграли в выведении новых штаммов микроорганизмов, продуцирующих антибиотики, гормон роста человека, инсулин и др., а также в создании новых сортов растений и животных с измененными свойствами — генетически модифицированных организмов.

Клеточная и генная инженерия, клонирование

Клеточная инженерия — метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования на питательной среде, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры.

Достижения клеточной инженерии растений, которая позволяет сформировать целое растение, в том числе с измененными свойствами, из отдельной клетки, нашли широкое применение в растениеводстве и селекции. Так, стали возможными соматическая гибридизация, клеточная селекция, гаплоидизация, преодоление нескрещиваемости в культуре и другие приемы.

Технологии искусственного оплодотворения, за разработку которых присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины в 2010 году, также базируются на методах клеточной инженерии.

Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Во многих случаях это сводится к переносу необходимых генов от одного вида живых организмов к другому, зачастую очень далекому по происхождению.

Переносу генов предшествует кропотливая работа по выявлению нужного гена в геноме организма- донора (вируса, бактерии, растения, животного, гриба) и его выделению. Это наиболее трудная часть работы, поскольку вместе со структурным геном необходимо перенести и регуляторные. Затем необходимо встроить данный участок молекулы ДНК в генетический вектор (переносчик ДНК). В качестве векторов чаще всего используют вирусы, плазмиды бактерий, хромосомы митохондрий и пластид, а также искусственно сконструированные молекулы ДНК. Процесс введения вектора новой ДНК в клетку-хозяина называется трансформацией. Последний этап работы заключается в размножении организмов-хозяев и отборе тех из них, в которых «прижился» введенный ген. В настоящее время применяют и прямое введение ДНК в клетки эукариот с помощью электрических разрядов, генной пушки и другими способами. Полученные в результате переноса генов организмы называются генетически модифицированными, или трансгенными.

Клонирование — это получение многочисленных копий гена, белка, клетки или организма. Клонирование генов чаще всего осуществляется с помощью бактерий и вирусов, поскольку, например, одна вирусная частица бактериофага, в которой содержится нужный ген, за один день может образовать более 1012 идентичных копий себя и этой молекулы.

Клонирование растений также не представляет значительной трудности, поскольку клетки растений тотипотентны, т. е. из одной клетки можно восстановить целый организм, особенно если культивировать эти клетки на питательной среде со всеми необходимыми веществами.

Массовое размножение генетически идентичных животных долгое время сталкивалось с таким существенным препятствием, как отсутствие способности к бесполому размножению у высших животных. Однако в 1997 году эта проблема была разрешена с получением первого клонированного организма — овцы Долли. Для клонирования были взяты клетки молочной железы ее генетической матери, а также яйцеклетки суррогатной матери. Ядра яйцеклеток удалялись, а на их место вводились ядра клеток молочной железы. После стимуляции развития зиготы электрическим током делящийся зародыш короткий промежуток времени культивировали на питательной среде, а затем вводили в матку суррогатной матери. К сожалению, из пяти пересаженных эмбрионов выжил лишь один.

В настоящее время клонирован уже целый ряд видов животных — мыши, собаки, коровы и др., однако клонирование человека запрещено законодательством многих государств и международными договорами.

Заманчивые перспективы перед человечеством раскрываются в области терапевтического клонирования — воспроизведения отдельных органов. Так, в настоящее время широко используются клонированная кожа, клетки соединительной ткани и другие части организма.

Методы биологии

Метод ис­сле­до­ва­ния — это спо­соб на­уч­но­го по­зна­ния дей­стви­тель­но­сти

Общенаучные методы

Метод	Описание	Пример
Наблюдение	Визуально или с помощью приборов следят за различными объектами для достижения поставленной цели	Изучают сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных
Описание	Устная или письменная характеристика объекта по результатам наблюдений, получение и накопление информации об объектах, процессах	Палеонтолог описывает кости скелета вымершего животного
Измерение	Определение количественных значений тех или иных признаков изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств	Измерение температуры тела человека, линейкой замеряют рост растения за определенный период времени
Сравнение	Сопоставление и нахождение сходств и различий между объектами (организмами, процессами и др.)	Если сравнивать шерсть бурого и белого медведя, то можно прийти к выводу, что по своим свойствам они много в чем схожи друг с другом (густота, длина, ощущения при прикосновении к ней и т. д.), однако различаются в окраске. Используется в систематике для распределения организмов по группам, для установления родства и общего происхождения
Классификация	Распределение объектов по соподчинённым группам в соответствии с определёнными признаками	Кошка на основе строения, физиологии, происхождения относится к классу Млекопитающие
Мониторинг	Проведение регулярных измерений каких-то величин объектов (процессов организмов, популяций, экосистем, биосферы). Позволяет выявлять изменения каких- либо параметров, показателей во времени	Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях
Анализ	Изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам. Мысленное разделение изучаемого объекта, выяснение, из каких частей он состоит, каковы его свойства и признаки	С помощью анализа можно исследовать органеллы внутри клетки, клетку внутри организма, организм внутри биоценоза
Синтез	Процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.	Обобщая знания о строении млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб, можно сделать обобщенный вывод о строении позвоночных. Благодаря синтезу можно изучить целостные характеристики биологических систем (клетки, организма, биоценоза).
Эксперимент	В специальных условиях (управляемых и контролируемых) проводится опыт. Обязательно есть опытная группа, есть контрольная группа. Используется для получения новых научных знаний, закономерностей, для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы	Эксперимент, доказывающий образование крахмала при фотосинтезе. Выращивание  клеток при разных температурах, выявляя оптимум, при котором рост максимально быстрый
Моделирование	Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки, оно менее затратное.	Карта – модель ландшафта
Статистический	Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки. Позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.	Выявление частоты встречаемости определенных генов в популяции
Обобщение	Метод, с помощью которого ученые выявляют из частного общее, формулируют теории, законы.	Формулировка правил, законов на основе сравнения результатов экспериментов
Абстрагирование	Позволяет не учитывать ряд существенных для конкретного исследования свойств и признаков биологических объектов, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны	В исследованиях основных направлений эволюционного процесса главное внимание уделяется усложнению строения органов и систем органов, которое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования

Метод микроскопия (микроскопирование)

Световой микроскоп	Электронный микроскоп
компактный	большой
дешевый	дорогой
цветное изображение	черно-белое изображение
наблюдение за живым объектом	наблюдение за мертвым объектом
легко приготовить препарат	сложно приготовить препарат, используют фиксированный препарат
можно увидеть: ткани, деление клетки, движение цитоплазмы, ядро, вакуоль, митохондрии, хлоропласты	можно увидеть: рибосомы, ЭПС, комплекс Гольджи, микротрубочки, лизосомы, ядерные поры
для создания увеличенного изображения используется световой поток	для создания увеличенного изображения используется  пучок электронов

Примеры формулировок, используемых в тестах ЕГЭ

Метод	Применение метода
биохимический	изучение активности фермента
биохимический	установление состава веществ крови
биохимический	анализ мочи на содержание сахара в ней
биохимический	установление состава веществ лимфы
биохимический (титрование)	определение количества сахара в крови
генеалогический	изучение характера наследования признаков человека
генеалогический	составление родословной человека и изучение характера наследования признака
генная инженерия	конструирование новой комбинации нуклеотидов в гене
искусственное осеменение	получение яйцеклеток и сперматозоидов высокопродуктивных животных, дальнейшее проведение осеменения в пробирке и имплантация эмбрионов в матки беспородных самок
исторический	описание эволюционного развития организмов
клеточная инженерия	конструирование клетки путем соматической гибридизации
клеточная инженерия	реконструкция яйцеклеток и клонирование животных
клеточная инженерия	развитие животного из реконструированной яйцеклетки
клонирование	из яйцеклетки удаляют ядро и в нее пересаживают ядро соматической клетки генетически ценного организма, затем стимулируют дробление реконструированной зиготы электрошоком и трансплантируют эмбрион в матку любой самки того же вида
культура клеток и тканей	изучение факторов размножения, роста клеток в искусственной среде
меченых атомов	введение радиоактивных изотопов элемента в молекулы веществ
меченых атомов	выяснение способа репликации ДНК
микроскопия (микроскопирование)	изучение строения растительной клетки на фиксированном препарате
микроскопия (микроскопирование)	изучение строения органоидов
микроскопия (микроскопирование)	определение структуры митохондрии
молекулярно-генетический	изучение молекулы ДНК
мониторинг	контроль наличия в средах предельно допустимых концентраций вредных для жизни организмов веществ
мониторинг	длительный контроль содержания углекислого газа в атмосфере
наблюдение	сроки впадения в спячку сурков
наблюдение	описание живой природы
наблюдение	регистрация смены месячной температуры
наблюдение	сбор информации о поведении животного
обобщение	формулировка правил, законов на основ сравнения результатов экспериментов
популяционно-статистический	изучение распространения признака в популяции
сравнение	выявление общих закономерностей живой природы
сравнение (обобщение)	сопоставление наблюдаемых свойств биологических объектов
статистический	распространение признака в популяции
флюорография	изменения структуры органов
хроматография (хроматографический)	изучение скорости движения растворенных веществ в адсорбенте
хроматография (хроматографический)	разделение основных пигментов из экстракта листьев
центрифугирование	разделение клеточных структур
центрифугирование	разделение клеточной массы по фракциям
центрифугирование	разделение органоидов клетки по массе и размерам
цитогенетический	исследование хромосомных и геномных мутаций
цитогенетический	синдром Дауна
цитогенетический	микроскопическое исследование количества и морфологии хромосом
цитогенетический, цитологический, кариотипирование, микроскопирование	определение числа хромосом в кариотипе
эксперимент	влияние длины дня на цветение растений
эксперимент	описание жизни организма в лабораторных условиях
эмбриологический	установление закономерностей развития зародышей позвоночных животных

Просмотров: 227097

Метод исследования
— это способ научного познания действительности.

Общие методы исследования

Что
такое метод исследования? Приведите примеры биологических методов
исследования и ситуации, в которых они применяются.

1) Метод исследования —
это способ научного познания действительности.

2) Различают
биологические методы исследования: описание, наблюдение, сравнение,
эксперимент, микроскопия, центрифугирование, гибридологический, близнецовый
метод, биохимический метод и др.

3) Методы
исследования применяются только в определенных случаях и для достижения
определенных целей. Например, гибридологический — для изучения
наследственности применяется в животноводстве и растениеводстве, но не
применяется для человека. Центрифугирование позволяет выделять органоиды
клетки для их изучения.

Метод

Для каких целей применяется

Примеры из ЕГЭ

Общие методы
исследования (как биологические, так и других наук): эксперимент, наблюдение, описание, сравнение,
моделирование.

Методы эмпирического
(практического) исследования (наблюдение,
эксперимент и др.) основаны
на опыте, практике. Суть эмпирических методов состоит в фиксации и описании
явлений, фактов, видимых связей между ними.

Наблюдение и

 описание

 Наблюдение — это целенаправленный процесс
восприятия предметов действительности, результаты которого фиксируются в
описании. Для получения значимых результатов необходимо многократное
наблюдение. Виды: непосредственное наблюдение, которое осуществляется без
применения технических средств; опосредованное наблюдение — с использованием
технических устройств.

·        
Сезонные изменения в живой природе

·        
Слежение за миграцией косяка трески

Эксперимент

Это научно поставленный опыт, наблюдение
исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить
характеристики данного объекта или явления. 

·        
изучение характера пульса после разных
физических нагрузок

·        
лабораторное исследование влияния гиподинамии
на состояние здоровья

Моделирование

Метод, при котором создается некий образ
объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об
объекте

Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из
отдельных элементов модель – двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических
и биохимических исследований

·        
Использовался при выяснении структуры ДНК.

Сравнительный
метод

Сравнительный
метод – позволяет выявить сходство между
организмами и их частями.

Полученные с помощью этого метода сведения
легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу
Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого
сходства, открытого Карлом Бэром.

Исторический
метод 

Выясняет закономерности появления и развития
организмов, становления их структуры и функций. 

Теоретические методы (анализ и синтез,
обобщение (классификация), абстрагирование, конкретизация, моделирование и
др.) связаны с мысленным проникновением в сущность изучаемого явления или
процесса, построением моделей их идеальных состояний.

Методы изучения
клетки

МЕТОДЫ ЦИТОЛОГИИ:

1)        
Микроскопия –
изучение морфологии клетки.

2)        
Хроматография – физико-химический метод, используемый в цитологии
для разделения смеси веществ, основанном на разной скорости движения веществ
через адсорбент, например, разделение смеси пигментов растений.

3)        
Метод меченых атомов – введение в вещество радиоактивного
изотопа химического элемента для изучения путей его превращения в клетке.
Метод используется для изучения жизнедеятельности клетки.

4)        
Центрифугирование –
метод разделения клеточных структур и макромолекул с помощью центрифуги,
позволяющий дифференцировано осаждать клеточные структуры, отличающиеся друг
от друга своей массой.

5)        
Биохимический метод – метод, используемый в цитологии для
обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов,
изучение структуры веществ.

6)        
Электрофорез — физико-химический метод, используемый в
цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока,
например, разделение смеси белков плазмы крови.

7)        
Метод культуры клеток и
тканей – изучение
жизнедеятельности клеток и тканей путем культивирования их на искусственных
средах.

1.Микроскопия или цитологичекий

Метод любых исследований клеток
и тканей с помощью микроскопа

Какие
преимущества имеет световой микроскоп перед электронным?

1) световой микроскоп
легче, компактнее (проще в обращении, значительно дешевле), и не требует
сложной подготовки препаратов;

2) в световой
микроскоп можно рассматривать живые клетки и видеть цветное изображение
(можно видеть движение цитоплазмы с органоидами, стадии деления клетки)

В световой микроскоп можно рассмотреть:

·        
движение цитоплазмы в клетках

·        
строение тканей животных

·        
фазы митоза

·        
движение органоидов

·        
клетки кожицы лука

С помощью электронного
микроскопа:

·        
рибосомы

·        
микротрубочки

·        
эндоплазматическую сеть

·        
организацию аппарата Гольджи

2.Метод хроматографии

Метод основан на разной скорости движения
веществ смеси через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.

Учёный
выделил пигменты фотосинтеза из листа растения. Каким методом он мог бы
разделить их? На чём основан этот метод?

1. метод
хроматографии

2. метод основан на
разделении пигментов из-за различий в скорости движения пигментов в
растворителе (подвижной фазы по неподвижной фазе)

Известно,
что в растительных клетках присутствуют два вида хлорофилла: хлорофилл a и
хлорофилл b. Учёному, для изучения их структуры, необходимо
разделить эти два пигмента. Какой метод он должен использовать для их
разделения? На чём основан этот метод?

1.Целесообразно применить метод
хроматографии. 2.Метод основан на разной скорости движения веществ смеси
через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.

3.Метод меченых атомов

Метод меченых атомов применяется при изучении биохимических процессов,
происходящих в живых клетках. Чтобы проследить за превращениями какого-либо
вещества, в него вводят радиоактивную метку, т. е. заменяют в его молекуле
один из атомов соответствующим радиоактивным изотопом (3Н,32Р,14С). Как
известно, по химическим свойствам изотопы одного и того же элемента не
отличаются друг от друга, но зато радиоактивный изотоп сигнализирует о своем
местонахождении радиоактивным излучением. Это позволяет проследить за
определенным химическим веществом, установить последовательность этапов его
химических превращений, продолжительность их во времени, зависимость от
условий и т. д.

·        
При изучении фотосинтеза ученые использовали метод меченных
атомов и установили, что свободный кислород образуется из воды, а не
углекислого газа. Как был поставлен эксперимент, позволивший обнаружить, что
кислород образуется из воды?

Элементы ответа:

1) Растение поливали
водой, в молекулах которой находится радиоактивный изотоп кислорода.

2) Выделившийся при
фотосинтезе кислород собрали и обнаружили в нем тяжелые изотопы кислорода.

·        
Каким экспериментальным методом можно установить скорость прохождения
веществ через клеточную мембрану при исследовании функции щитовидной железы?
На чём основан этот метод?

1.методом меченых атомов; необходимо ввести пациенту порцию
радиоактивного йода;

2.по химическим свойствам изотопы одного и того же элемента не
отличаются друг от друга, но радиоактивное излучение позволяет отследить
этапы перемещения радиоактивного элемента (йода) и скорость его накопления в
клетках железы.

·        
В эксперименте учёные длительное время выращивали бактерий на
среде, содержащей изотоп азота ¹⁵N, а затем перевели их на
среду с обычным изотопом ¹⁴N. Какой метод применяли эти
учёные? Молекулы каких классов органических веществ можно таким образом
различать?

1.метод меченных атомов;

2.белки, потому что аминокислоты содержат азот, и нуклеиновые
кислоты, потому что нуклеотиды (азотистые основания) содержат азот)

·        
Для обнаружения местоположения определённого гена на хромосоме
можно использовать метод гибридизации. При этом на препарат хромосом
наносится раствор, содержащий фрагмент ДНК исследуемого гена, ковалентно
связанный с молекулой, испускающей свечение в ультрафиолете (флуоресценция).
Какой метод используется в данном случае? За счёт чего добавляемый фрагмент
гена связывается с ДНК хромосомы на препарате?

1.Метод меченых атомов (молекул).

2.За счёт взаимодействия между комплементарными
последовательностями (основаниями).

4.Центрифугирование

Разделение смесей на составные части под
действием центробежной силы; применяется при разделении органоидов клетки,
фракций (составляющих) органических веществ и т.д.

·        
избирательное выделение органоидов клетки для
последующего изучения

·        
разделение органоидов клетки по плотности

1. Для изучения митохондриальных ДНК ученому необходимо выделить
из животных клеток митохондрии методом центрифугирования. На чем основан этот
метод? После обособления каких структур может быть получена митохондриальная
фракция?

Элементы ответа:

1)
Метод основан на разделении объектов, имеющих разную плотность (массу) под
воздействием центробежных сил.

2)
Митохондриальная фракция может быть получена после осаждения ядер.

3)
Плотность митохондрий меньше плотности ядер.

5.Биохимический метод

К биохимическим
методам исследования относят:

·        
электрофорез

·        
рентгено

спектрофотометрию

Биохимический метод исследования позволяет
определять активность ферментов, содержание продуктов метаболизма в различных
биологических жидкостях, а также выявлять нарушения в обмене веществ, которые
обусловлены наследственным фактором.

Объектами диагностики биохимического анализа
являются: кровь; моча; пот и другие биологические жидкости; ткани; клетки.

·        
-определение уровня гемоглобина в крови

·        
-определение количества сахара в крови

·        
-диагностика сахарного диабета

·        
-определение дефектов ферментов

·        
-Применяется при анализах внутренней среды
организма.

·        
-Применяется при выяснении уровня активности
вещества в определённых условиях.

С помощью биохимического метода отличают РНК —
содержащие вирусы от ДНК — содержащих. На чем основан этот метод? Какие
различия в химическом составе вирусов определяются при помощи этого метода?
Ответ поясните.

Элементы ответа:

1) Биохимический метод основан на анализе
химического состава веществ, качественных реакций.

2) РНК-вирусы содержат азотистое основание урацил
и углевод рибозу.

3) ДНК-вирусы содержат азотистое основание тимин
и дезоксирибозу

6.Электрофорез

Электрофорез — это
электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных
или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием
внешнего электрического поля. Электрофорез применяют в лечебных целях в
физиотерапии.

Наиболее часто метод
используют для аналитических целей – для разделения смеси заряженных веществ
на фракции с последующим качественным и количественным их определением. Таким
способом удается разделить, например, белки сыворотки крови на 5 фракций:
альбумин и 4 фракции глобулинов. Эту задачу часто решают в клинической биохимии,
так как соотношение фракций закономерно изменяется при многих патологических
процессах.

Метод подразделяется
на фронтальный или свободный электрофорез (электрофорез в жидкой среде) и
зональный или электрофорез в поддерживающих средах.

7.Метод культуры клеток и тканей 

Изучение жизнедеятельности клеток и тканей
путем культивирования их на искусственных средах

Искусственным
выращиванием биомассы женьшеня из отдельных его клеток на питательных средах
занимается

1) генная инженерия

2) клеточная инженерия

3) микробиология

4) животноводство

Женьшень – это
растение, и выращиванием организма из отдельных клеток (культуры
тканей)занимается клеточная инженерия.

Различные
отрасли народного хозяйства и медицины потребляют ежегодно более 200 тонн
женьшеня. Сбор этого растения в лесах даёт не более 150 килограмм в год.
Культурные плантации не могут удовлетворить потребности человека. Каким
способом удаётся получить необходимое количество сырья и сохранить это
растение в природе? Объясните, в чём заключается этот метод размножения.

1) Растение
размножают микроклональным методом.

2) Методом культуры
ткани, культивируемой на питательной среде, выращивают биомассу женьшеня в
необходимом количестве для получения экстракта этого растения

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ:

1)        
Цитогенетический –
изучение количества и структуры хромосом с помощью микроскопа, позволяет
выявить хромосомные (изменение структуры хромосом) и геномные (изменение
количества хромосом) мутации.

2)        
Генеалогический –
изучение наследование признака на основе анализа родословных, позволяет
определять характер наследования признака, а также особенности наследования
признаков, обусловленных генными мутациями.

3)        
Близнецовый – метод сравнительного изучения
наследования признаков у близнецов, позволяет установить роль среды и
наследственности в определении признака.

4)        
Гибридологический –
генетический анализ потомства (гибридов), полученного от родителей,
отличающихся по одному или нескольким признакам.

5)        
Популяционно-статистический – определение частоты встречаемости
различных генов в популяциях организмов.

6)        
Биохимический

1.Цитогенетический метод

 

С помощью данного метода можно изучать наследственный
материал клетки: совокупность хромосом в целом — число хромосом (кариотипирование)
или наличие и количество Х-хромосом. Цитогенетический метод. Это прежде всего изучение
хромосом под микроскопом. Он позволяет обнаружить геномные мутации (например,
трисомия 21, приводящая к синдрому Дауна), а также крупные перестройки отдельных
хромосом (инверсии, делеции). Для идентификации определенных хромосом
используют метод дифференциального окрашивания хромосом. Обычно при этом
получается определенный рисунок полос разной ширины, который уникален для
каждого конкретного участка хромосом

(например, обнаружить синдром Дауна —
трисомию по 21 хромосоме можно выявить с помощью цитогенетического
метода).

·        
изучение числа хромосом на стадии метафазы
митоза

·        
определение наличия геномных мутаций

·        
определение числа хромосом в кариотипе

Для установления
причины наследственного заболевания исследовали клетки больного и обнаружили
изменение длины одной из хромосом. Какой метод исследования позволил
установить причину данного заболевания? С каким видом мутации оно связано?

1) причина болезни
установлена с помощью цитогенетического метода;

2) заболевание
вызвано хромосомной мутацией – утратой или присоединением фрагмента
хромосомы.

хромосомные
и геномные мутации!!!

2.Генеалогический
метод

Генеалогический метод генетики человека позволяет
определить закономерности наследования признаков

Применяется
при составлении родословных людей, выявление характера наследования некоторых
признаков

·        
составление родословной

·        
исследования наследственности и изменчивости
человека

·        
выявления наследственных заболеваний в роду

·        
устанавливается доминатный признак (характер
наследования признака)

·        
выявляется сцепленность признака с полом
(характер наследования)

С
помощью какого метода было установлено наследование дальтонизма у человека?

 С помощью построения
генеалогического древа.

Наследственное
заболевание сахарный диабет (вызывается рецессивной мутацией) характеризуется
повышением концентрации сахара в крови вследствие отсутствия инсулина.
Человек может передавать этот аллель своим потомкам. Какие методы изучения
наследственности человека позволили выявить причины этой болезни и характер
наследования признака?

1) Биохимический –
изучение состава крови и мочи больных и здоровых людей

2) Генеалогический –
определение характера наследования, анализируя проявление болезни в ряду
поколений.

3.Близнецовый метод

Близнецовый метод состоит в изучении различий
между однояйцевыми близнецами. Этот мeтoд предоставлен самой природой. Он
помогает выявить влияние условий среды на фенотип при одинаковых
генотипах.

Близнецовый метод изучает близнецов, выявляя
влияние генотипа и среды на организм.

 Определение роли
факторов среды в формировании

фенотипа человека

4. Гибридологический метод

Скрещивание организмов с
определенными признаками и анализ проявления этих признаков у потомства

Что
представляет собой гибридологический метод изучения наследственности?

1) Подбор и
скрещивание родительских форм, отличающихся рядом признаков.

2) Анализ
наследования признаков потомством.

Сущность
гибридологического метода заключается в

1)
скрещивании особей, различающихся по нескольким признакам

2)
изучении характера наследования альтернативных признаков

3) использовании
генетических карт

4) применении
массового отбора

5)
количественном учёте фенотипических признаков потомков

6) подборе родителей
по норме реакции признаков

Пояснение.

Гибридологический
метод – метод генетики, связанный с получением потомства
(гибридов) от родительских особей, отличающихся по одному или нескольким
признакам (1) с целью анализа характера наследования признаков (2) гибридным
потомством.

Гибридологический метод предполагает: 1) принадлежность скрещиваемых особей к
одному виду; 2) отличие родительских особей по одному или нескольким
признакам; 3) количественный учет фенотипических признаков потомков (5).

Гибридологический
метод не предполагает использование генетических карт (3),
при подборе родительских пар норма реакции не
учитывается. Массовый отбор (4) – это метод селекции, при
котором проводят отбор целой группы особей с нужными признаками с целью
выведения сортов растений или пород животных.

Ответ: 125.

5.Популяционно-статистический метод

определение частоты
встречаемости различных генов в популяциях организмов.

Изучение распространения признака

в популяции

6.Биохимический

Этот метод помогает обнаружить
ряд заболеваний обмена веществ при помощи исследования биологических
жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости). Причиной этих болезней
является изменение активности определенных ферментов.

Ген-фермент-признак

7.Молекулярный
метод

Технологии прочтения
нуклеотидных последовательностей ДНК — секвенирования ДНК.
В настоящее время они позволяют за относительно короткое время прочитывать
целые геномы сложных организмов. Работа с полученными последовательностями
ДНК («генетическими текстами») легла в основу новой науки — биоинформатики. 

.

Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов в
нуклеиновых кислотах или аминокислотах в белках

Полимеразная цепная реакция основан на многократном избирательном
копировании определенного участка ДНК при помощи специальных ферментов.
Например, диагностика коронавируса

Найдите
три ошибки в приведённом тексте «Методы изучения генетики человека». Укажите
номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.

(1)Для изучения
генетики человека используют специфические методы. (2)Генеалогический метод
основан на составлении родословной и изучении характера наследования
признака. (3)Этот метод эффективен при исследовании хромосомных мутаций.
(4)Близнецовый метод позволяет прогнозировать рождение однояйцевых близнецов.
(5)Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании структуры
хромосом и их количества. (6)Данный метод используется в медицине для
установления геномных и хромосомных мутаций. (7)Характер наследования
гемофилии в королевских фамилиях Европы был установлен биохимическим методом
исследования.

Пояснение.

Ошибки допущены в
предложениях:

1. Предложение 3 —
эффективен при исследовании генных мутаций, (хромосомные мутации можно
исследовать цитогенетическим методом);

2. Предложение 4 —
близнецовый метод не прогнозирует рождение близнецов, а позволяет изучить
взаимодействие генотипа и факторов среды обитания (влияние факторов среды на
развитие фенотипа);

3. Предложение 7 —
характер наследования гемофилии был установлен генеалогическим методом
(биохимический метод изучает заболевания, в основе которых лежит нарушение
обмена веществ).

Методы селекции

Методы селекции:

·        
скрещивание (гибридизация) нужно для выведения новых сортов,
пород или штаммов

·        
инбридинг(родственное скрещивание) необходим чтобы получить
чистые линии ( гомозиготы)

·        
аутбридинг (неродственное скрещивание) — скрещивание разных
сортов, пород. В итоге достигнут гетерозис — повышенная урожайность,
жизнестойкость

·        
отдаленная гибридизация -скрещивание разных видов, потомки не
могут размножаться, устраняется полиплоидией

Методы селекции
микроорганизмов

1. Икусственный мутагенез 

С помощью мутагенов повышают в сотни раз
мутационный процесс у микроорганизмов в целях получения нужных мутаций

Выберите
два верных ответа из пяти. Искусственный мутагенез используют для

1) получения организмов с
новыми свойствами

2) сохранения полезных
свойств организма

3) получения новых пород
млекопитающих животных

4) выведения чистых линий

5) получения новых
штаммов бактерий

Пояснение.

Искусственный
мутагенез — метод селекции бактерий (для
выведения новых штаммов) и селекции растений (для
выведения новых сортов). В результате искусственного мутагенеза
получают организмы с измененным генотипом и новыми свойствами.

(1) получения организмов
с новыми свойствами — используют искусственный мутагенез;

(2) сохранения полезных
свойств организма — не используют искусственный мутагенез, при мутагенезе
свойства изменяются;

(3) получения новых пород
млекопитающих животных — в селекции животных не используют искусственный
мутагенез;

(4) выведения чистых
линий — не используют искусственный мутагенез;

(5) получения новых
штаммов бактерий — используют искусственный мутагенез.

2. Искусственный отбор 

Отбор рас микроорганизмов, наиболее активно
синтезирующих необходимые человеку вещества

3.Генная инженерия

Встраивания в геном микроорганизма новых генов,
гибридизация разных штаммов.

Методы
селекции растений

1.Гибридизация 

-близкородственная (инцухт)

скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов
эффекта гетерозиса; 

-неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения
гибридов, сочетающих признаки двух разных растений

Капустно-редечный гибрид создан методом
отдалённой гибридизации. Отдаленной гибридизацией называется такие
скрещивания, когда подобранные пары принадлежат различным видам или родам, т.
е. являются отдаленными не в географическом, а в родственном отношении.

2.Искусственный отбор 

массовый — отбор по фенотипу
группы особей; 

индивидуальный — отбор единичных
особей

3.Мутагенез 

изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения
полиплоидов и гибридов с новыми признаками

воздействие на семена пшеницы рентгеновскими
лучами в условиях эксперимента

4.Культура клеток и тканей 

выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе
получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов — это современный метод —
относящийся к биотехнологии

КУЛЬТУРА ТКАНИ
Установите последовательность этапов размножения растений с помощью культуры
ткани. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) деление выделенных клеток и получение клеточной массы
2) отделение клеток образовательной ткани растения и помещение их в
питательную среду
3) пересадка молодого растения в грунт
4) дифференцировка тканей и органов
5) обработка клеточной массы фитогормонами для дифференцировки клеток

Ответ

21543

5.Хромосомная инженерия 

внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения
другого сорта (вида)

6.Генная инженерия 

перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения
другого вида (сорта), получение трансгенных растений — это современный метод
— относящийся к биотехнологии

7.Метод ментора

способ направленного развития («воспитания») молодых гибридных
растений при их прививке на другой сорт, разработанный И. В. Мичуриным.

8.Массовый отбор

в выведении новых сортов растений предусматривает опыление сразу
большого количества растений. Чаще всего этот метод применяется при выведении
новых сортов ржи, кукурузы, подсолнечника, пшеницы.

9.Получение полиплоидов

Человек давно использует полиплоидию (кратное увеличение числа
хромосом) для выведения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Методы
селекции животных

1.Гибридизация 

близкородственная (инбридинг)
— скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с
гомозиготным состоянием генов; 

неродственная (аутбридинг) —
скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная
гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация

2. Искусственный отбор

 индивидуальный отбор по хозяйственно полезным
признакам и экстерьеру

3. Испытание родителей по потомству 

для оценки племенных качеств производителей

4. Искусственное осеменение 

для интенсивного использования ценных производителей

5. Полиэмбриония

получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы

6.Клеточное клонирование (клеточная
инженерия)

ядро соматической клетки пересаживают в
лишённую ядра яйцеклетку с последующим выращиванием зародыша во взрослый
организм. 

7. Генная инженерия 

перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида
(породы), получение трансгенных животных

8.Оценка по экстерьеру

Экстерьером называют внешние формы животных.При оценке
экстерьера учитывают как общее сложение животного, его гармоничность и
соответствие с развитием отдельных частей, так и развитие отдельных частей.

Методы
изучения эволюции — это доказательства эволюции живой природы

Палеонтологический 

метод, позволяющий выяснить родство между
древними организмами, останки которых находятся в разных геологических слоях
земной коры.

·        
филогенетический ряд лошади

·        
окаменелости и отпечатки организмов

Морфологические
методы (методы
сравнительной анатомии, гистологии и др.):

Сравнительно-анатомический метод

а) изучение гомологичных (сходных
по строению и происхождению) и аналогичных (сходных по функции) органов;

б) изучение рудиментов (органов и
структур, утративших свое назначение в процессе филогенеза) и атавизмов
(“возврат к предкам” — появление органов, характерных для далеких предков);

в) изучение
сравнительно-анатомических рядов — гомологии органов у специально подобранных
организмов. Например, изменение конечностей в ряду современных
непарнокопытных млекопитающих (тапира, носорога, лошади), показывающих путь
эволюции, приведший к возникновению однопалой ноги у лошади.

·        
колючки кактуса и колючки барбариса

·        
 многососковость у человека

·        
 аппендикс у человека

Биогеографический

·        
сравнение
фаун и флор, а также изучение особенностей развития современных континентов
Земли

·        
изучение
эволюции островных фаун и флор

·        
изучение
реликтовых (виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп
прошлых эпох) и эндемичных (нехарактерных для данной географической зоны)
видов растений и животных

·        
флора и фауна континентов

·        
 эндемики озера Байкал

Эмбриологический

выявление
зародышевого сходства между организмами отдаленными в систематическом
отношении (закон зародышевого сходства К.Бэра)

·        
сходство зародышевого развития хордовых на
ранних этапах развития

·        
закладка жаберных дуг в онтогенезе человека

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека
продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.).

Клеточная инженерия

совокупность методов, используемых для
конструирования новых клеток:

·        
культивирование и клонирование клеток на
специально подобранных средах гибридизацию клеток

·        
пересадку клеточных ядер

КЛЕТОЧНАЯ
ИНЖЕНЕРИЯ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они
указаны. В клеточной инженерии используют следующие методы:
1) клонирование
2) культура клеток и тканей
3) микробиологический синтез
4) пересадка природных генов в ДНК бактерий или грибов
5) центрифугирование

Ответ

12

Генная
инженерия

·        
введение плазмид в бактериальные клетки

·        
получение рекомбинантной ДНК и РНК

Установите последовательность этапов
получения штамма бактерий, содержащих ген животного, с использованием метода
генной инженерии. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание фрагмента ДНК в плазмиду
2) подбор животного, содержащего необходимый аллель
3) размножение прокариотической клетки с гибридной плазмидой
4) введение гибридной плазмиды в клетку бактерии
5) выделение нужного фрагмента ДНК из клетки животного

Ответ

25143

Примеры использования генной инженерии:

• Инсулин
  получают из бактерии кишечной палочки с пересаженным человеческим геном
  инсулина.
• В
  культурное растение пересаживают ген устойчивости к гербициду, при
  обработке поля гербицидом все сорняки погибают, а культурное растение –
  нет.
• В
  культурное растение пересаживают ген яда, убивающего некоторые виды
  насекомых. Поле, засеянное этими растениями, не нужно обрабатывать
  инсектицидами.
• В рапс
  пересажен ген устойчивости к засолению почвы из другого растения.

Установите
соответствие между приёмами и методами биотехнологии: для этого к каждому
элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго
столбца.

А) работа с каллусной тканью Б) введение плазмид в бактериальные клетки В) гибридизация соматических клеток Г) трансплантация ядер клеток Д) получение рекомбинантной ДНК и РНК Ответ: 12112.

МЕТОДЫ 1) клеточная инженерия 2) генная инженерия

Содержание этой темы проверяется одним заданием базового уровня в части 1. Кроме того, знание методов познания может понадобиться при решении заданий повышенной сложности и практико-ориентированного 34 задания во второй части.

Биология — наука, изучающая свойства живых систем. Объектом изучения биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях.

Каждая наука, в том числе и биология, пользуется определенными методами исследования. Есть универсальные методы, которыми пользуются все науки. Например, наблюдение, моделирование, эксперимент. Другие научные методы могут быть использованы только определенной наукой. Такие методы называются частными.

Метод — это путь исследования, который проходит ученый, решая какую-либо научную задачу, проблему.

1. Универсальные:

Моделирование — метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте. Например, Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель — двойную спираль ДНК.

Наблюдение — метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте. Можно визуально наблюдать за поведением животных, с помощью приборов за изменениями в живых объектах, за сезонными изменениями в природе. Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

Эксперимент (опыт) — метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения — гипотезы (получение новых знаний с помощью поставленного опыта). Примером эксперимента является проверка нового лекарства.

Проблема — вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведет к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации.

Гипотеза — предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если … тогда». Гипотеза проверяется экспериментально.

Теория — это обобщение основных идей в какой-либо научной области знания. Со временем теории дополняются новыми данными, развиваются. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой.

2. Частные научные методы:

Каждая частная биологическая наука (ботаника, зоология, анатомия и физиология, цитология, эмбриология, генетика, селекция, экология и другие) пользуется своими методами исследования. Например, генетика использует генеалогический и цитогенетический методы. В цитологии применяют микроскопический метод, метод окрашивания, центрифугирование. Ученые, изучающие эволюцию, используют палеонтологический метод, который, в свою очередь, может включать еще более тонкие методы, например, метод радиоизотопного датирования.

Генеалогический метод — применяется при составлении родословных людей, выявлении характера наследования некоторых признаков. Генеалогический метод применяется в генетике.

Рисунок 1. Родословная семьи королевы Виктории. Наследование гемофилии

Цитогенетический метод — применяется в генетике. С помощью микроскопа изучаются качественные и количественные характеристики хромосомного набора организма. Хромосомы можно предварительно окрасить, чтобы их было проще разделить на гомологичные пары.

Рисунок 2. Кариотип мужчины

Микроскопия — изучения объектов с помощью различных микроскопов. По устройству микроскопы делят на световые, электронные и другие. С их помощью получают изображения с различным увеличением. Микроскопия широко используется в цитологии. Цитология – наука о строении, функциях и развитии клеток.

Рисунок 3. Микроскопия

Окрашивание — способ подготовки материала для морфологического, гистологического и цитологического исследования. В цитологии применяется для повышения информативности световой микроскопии. Также используется для диагностики в медицине. Например, чтобы выявить изменения в шейке матки опухолевой природы, применяют йодный раствор. Опухолевые и нормальные клетки по-разному воспринимают краситель, что позволяет врачу определить наличие заболевания.

Рисунок 4. Световая микроскопия

Центрифугирование — разделение смесей на составные части под действием центробежной силы. Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций (составляющих) органических веществ и т. д.

Рисунок 5. Центрифугирование

Исторический — установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).

Палеонтологический — метод, позволяющий выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях.

Рисунок 6. Археологические раскопки

Многие методы хоть и являются частными, но применяются не одной, а сразу группой наук. Например, биохимический метод применяют и в медицине, и в ботанике, и в зоологии, и в фармацевтике, и т. д.

Биохимический — исследование химических процессов, происходящих в организме. С помощью биохимического метода можно определить концентрацию различных веществ в полученном материале. Например, врач может определить количество глюкозы в крови у пациента, у которого он подозревает сахарный диабет.

Метод культуры тканей — метод, который также применяется в нескольких науках и относится к области биотехнологии. Метод заключается в выращивании вне организма культуры полученных от него клеток. Селекционеры могут применить этот метод для бесполого размножения растения, которое не дает семян (например, арбуз без косточек). В медицине пытаются воссоздавать из клеток целые органы для их дальнейшей трансплантации.

Рисунок 7. Метод культуры тканей

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 240    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 240    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

• Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
• 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
• До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
• Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Методы биологии для ЕГЭ

Общенаучные методы

1. Абстрагирование
2. Анализ
3. Измерение
4. Классификация
5. Моделирование
6. Мониторинг
7. Наблюдение
8. Обобщение
9. Описание
10. Синтез
11. Сравнение
12. Статистический
13. Эксперимент

Методы генетики

1. Близнецовый — метод сравнительного изучения наследования признаков у близнецов, позволяет установить роль среды и наследственности в определении признака.
2. Генеалогический — изучение наследование признака на основе анализа родословных, позволяет определять характер наследования признака, а также особенности наследования признаков, обусловленных генными мутациями.
3. Гибридологический — генетический анализ потомства (гибридов), полученного от родителей, отличающихся по одному или нескольким признакам.
4. Популяционно-статистический — определение частоты встречаемости различных генов в популяциях организмов.
5. Цитогенетический — изучение количества и структуры хромосом с помощью микроскопа, позволяет выявить хромосомные (изменение структуры хромосом) и геномные (изменение количества хромосом) мутации.

Методы цитологии

1. Биохимический метод – метод, используемый в цитологии для обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов, изучение структуры веществ.
2. Метод культуры клеток и тканей – изучение жизнедеятельности клеток и тканей путем культивирования их на искусственных средах.
3. Метод меченых атомов – введение в вещество радиоактивного изотопа химического элемента для изучения путей его превращения в клетке. Метод используется для изучения жизнедеятельности клетки.
4. Микроскопия – изучение морфологии клетки.
5. Хроматография – физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ, основанном на разной скорости движения веществ через адсорбент, например, разделение смеси пигментов растений.
6. Центрифугирование – метод разделения клеточных структур и макромолекул с помощью центрифуги, позволяющий дифференцировано осаждать клеточные структуры, отличающиеся друг от друга своей массой.
7. Электрофорез — физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока, например, разделение смеси белков плазмы крови.

Методы селекции растений

1. Генная инженерия (перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения другого вида (сорта), получение трансгенных растений)
2. Гибридизация (близкородственная (инцухт) — скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов эффекта гетерозиса; неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения гибридов, сочетающих признаки двух разных растений
3. Искусственный отбор (массовый — отбор по фенотипу группы особей; индивидуальный — отбор единичных особей)
4. Культура клеток и тканей (выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов)
5. Мутагенез (изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения полиплоидов и гибридов с новыми признаками)
6. Хромосомная инженерия (внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения другого сорта (вида)

Методы селекции животных

1. Генная инженерия (перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида (породы), получение трансгенных животных)
2. Гибридизация (близкородственная (инбридинг) — скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с гомозиготным состоянием генов; неродственная (аутбридинг) — скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация)
3. Искусственное осеменение для интенсивного использования ценных производителей
4. Искусственный отбор (индивидуальный отбор по хозяйственно полезным признакам и экстерьеру)
5. Испытание родителей по потомству для оценки племенных качеств производителей
6. Клеточное клонирование (клеточная инженерия)
7. Полиэмбриония (получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы)