Все методы биологических исследований егэ биология

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: 226572

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

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 …

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ПОТОКА ЭЛЕКТРОНОВ

ТРАНСМИССИОННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

ПРИ РАССЕИВАНИИ ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ ОБЪЕКТОМ СОЗДАЕТСЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ФЛУОРЕСЦЕНТНОМ ЭКРАНЕ МИКРОСКОПА

РАСТРОВАЯ (СКАНИРУЮЩАЯ) ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

ПОЗВОЛЯЕТ ИЗУЧИТЬ ТРЕХМЕРНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КЛЕТКИ

МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ

ВВОДЯТ ВЕЩЕСТВО, В КОТОРОМ ОДИН ИЗ АТОМОВ ОПРЕДЕЛЕННОГО ЭЛЕМЕНТА ЗАМЕЩЕН ЕГО РАДИОАКТИВНЫМ ИЗОТОПОМ (КИСЛОРОДА, УГЛЕРОДА, АЗОТА, ФОСФОРА). С ПОМОЩЬЮ ОСОБЫХ ПРИБОРОВ, СПОСОБНЫХ ФИКСИРОВАТЬ ЭТИ ИЗОТОПЫ, ОПРЕДЕЛЯЮТ ЛОКАЛИЗАЦИЮ И ХАРАКТЕР БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, МОЖНО ПРОСЛЕДИТЬ ЗА МИГРАЦИЕЙ ИЗОТОПОВ В КЛЕТКЕ.

МЕТОД ФИКСИРОВАНИЯ ЖИВЫХ ОБЪЕКТОВ

ИСПОЛЬЗУЮТ, ПРИМЕНЯЯ ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА (ФОРМАЛИН, СПИРТЫ И Т. П.), ИЛИ БЫСТРЫМ ЗАМОРАЖИВАНИЕМ, ИЛИ ВЫСУШИВАНИЕМ.

МЕТОД ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ

РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ НА ФРАКЦИИ ПО ПЛОТНОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД

СКРЕЩИВАНИЕ ОРГАНИЗМОВ С ОПРЕДЕЛЕННЫМИ ПРИЗНАКАМИ И АНАЛИЗ ПРОЯВЛЕНИЯ ЭТИХ ПРИЗНАКОВ У ПОТОМСТВА

БЛИЗНЕЦОВЫЙ МЕТОД

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ВЫЯСНЕНИЯ РОЛИ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ ОРГАНИЗМА

ОПИСАТЕЛЬНЫЙ

НАБЛЮДЕНИЕ И ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИЛИ ЯВЛЕНИЙ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ

МЕТОД СОПОСТАВЛЕНИЯ ДВУХ И БОЛЕЕ ОБЪЕКТОВ (ЯВЛЕНИЙ, ИДЕЙ, РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И Т. П.), ВЫДЕЛЕНИЕ В НИХ ОБЩЕГО И РАЗЛИЧНОГО С ЦЕЛЬЮ КЛАССИФИКАЦИИ И ТИПОЛОГИИ

МОНИТОРИНГ

СИСТЕМА ПОСТОЯННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЯВЛЕНИЯМИ И ПРОЦЕССАМИ, ПРОХОДЯЩИМИ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ

ИЗМЕНЕНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЕМ УСЛОВИЙ СУЩЕСТВОВАНИЯ ОБЪЕКТА ОПЫТА, ЕГО СТРОЕНИЯ И НАБЛЮДЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕНЕНИЙ; ДАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ИЗОЛИРОВАННО ИЗУЧАТЬ СВОЙСТВА И ЯВЛЕНИЯ ЖИВОГО, А ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ МНОГОКРАТНО ВОСПРОИЗВЕСТИ ТРЕБУЕМЫЕ УСЛОВИЯ

ИСТОРИЧЕСКИЙ

ПОЗВОЛЯЕТ ОБНАРУЖИТЬ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ, СТАНОВЛЕНИЯ ИХ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИЙ

МОДЕЛИРОВАНИЕ

МЕТОД, ПРИ КОТОРОМ СОЗДАЕТСЯ НЕКИЙ ОБРАЗ ОБЪЕКТА, МОДЕЛЬ С ПОМОЩЬЮ КОТОРОЙ УЧЕНЫЕ ПОЛУЧАЮТ НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТЕ. ПОЗВОЛЯЕТ ИЗУЧАТЬ ОБЪЕКТЫ И ПРОЦЕССЫ, КОТОРЫЕ НЕВОЗМОЖНО НЕПОСРЕДСТВЕННО НАБЛЮДАТЬ ИЛИ ВОССОЗДАТЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО

СТАТИСТИЧЕСКИЙ

ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧИСЛОВЫХ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ ДРУГИХ МЕТОДОВ

СВЕТОВАЯ МИКРОСКОПИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ИЗУЧЕНИИ ХРОМОСОМ ПОД МИКРОСКОПОМ, ЧТО ДАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ОБНАРУЖИТЬ ИХ МУТАЦИИ

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

ПОЗВОЛЯЕТ ИЗУЧИТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ГЕНОВ ИЛИ ХРОМОСОМНЫХ АНОМАЛИЙ В ПОПУЛЯЦИИ, ЕЕ ГЕНЕТИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ.

БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

ВЫЯВЛЯЮТ ВЕЩЕСТВА, НЕСВОЙСТВЕННЫЕ ДАННОМУ ОРГАНИЗМУ. ЭТО ДАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ДИАГНОСТИРОВАТЬ НАСЛЕДСТВЕННОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ, СВЯЗАННОЕ С НАРУШЕНИЕМ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

ЭЛЕКТРОФОРЕЗ

 ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ (КОЛЛОИДНЫХ ИЛИ БЕЛКОВЫХ РАСТВОРОВ) В ЖИДКОЙ ИЛИ ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (РАЗДЕЛЕНИЕ ФРАГМЕНТОВ ДНК ПО ДЛИНЕ В ГЕЛЕ)

МОЛЕКУЛЯРНОЕ КЛОНИРОВАНИЕ

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДВЕ МОЛЕКУЛЫ ДНК — ВСТАВКА, СОДЕРЖАЩАЯ ИНТЕРЕСУЮЩИЙ ГЕН, И ВЕКТОР — ДНК, ВЫСТУПАЮЩАЯ В РОЛИ НОСИТЕЛЯ. ВСТАВКУ «ВШИВАЮТ» В ВЕКТОР ПРИ ПОМОЩИ ФЕРМЕНТОВ, ПОЛУЧАЯ НОВУЮ, РЕКОМБИНАНТНУЮ МОЛЕКУЛУ ДНК, ЗАТЕМ ЭТУ МОЛЕКУЛУ ВНЕДРЯЮТ В КЛЕТКИ-ХОЗЯЕВА, И ЭТИ КЛЕТКИ ОБРАЗУЮТ КОЛОНИИ НА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

МЕТОД ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО БЕЛКА

МОЖНО ИЗУЧАТЬ, НАПРИМЕР, ЛОКАЛИЗАЦИЮ (РАСПОЛОЖЕНИЕ) ЛЮБЫХ ИНТЕРЕСУЮЩИХ БЕЛКОВ В КЛЕТКЕ, ИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ; МОЖНО ПОМЕЧАТЬ КЛЕТКИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ТИПОВ В МНОГОКЛЕТОЧНОМ ОРГАНИЗМЕ

МЕТОД ПОЛИМЕРАЗНОЙ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ (ПЦР)

В ОСНОВЕ ЛЕЖИТ СПОСОБНОСТЬ ДНК-ПОЛИМЕРАЗ ДОСТРАИВАТЬ ВТОРУЮ НИТЬ ДНК ПО КОМПЛЕМЕНТАРНОЙ НИТИ, КАК ЭТО ПРОИСХОДИТ В КЛЕТКАХ ПРИ РЕПЛИКАЦИИ ДНК; ЧИСЛО КОПИЙ ГЕНА УВЕЛИЧИТСЯ БОЛЕЕ ЧЕМ В МИЛЛИОН РАЗ

МЕТОД СЕКВЕНИРОВАНИЯ

ПОЗВОЛЯЕТ ОПРЕДЕЛИТЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НУКЛЕОТИДОВ В ГЕНАХ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ГЕНОВ, ПРОЧИТАТЬ ЦЕЛЫЕ ГЕНОМЫ

ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ

СОСТАВЛЕНИЕ РОДОСЛОВНЫХ С АНАЛИЗОМ НАСЛЕДОВАНИЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ

МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ПОСЛОЙНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА С ПОМОЩЬЮ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ СНИМКОВ

МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ (МРТ)

МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ПОСЛОЙНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

МЕТОД ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР

СОХРАНЕНИЕ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗМНОЖЕНИЯ ОСОБЕЙ С ИНТЕРЕСУЮЩИМИ ПРИЗНАКАМИ

МЕТОДИЧЕСКИЙ ОТБОР

ОТБОР ДЛЯ РАЗМНОЖЕНИЯ ОСОБЕЙ С ЧЁТКО ОПРЕДЕЛЁННЫМИ ПРИЗНАКАМИ, СОГЛАСНО ЦЕЛИ И С УЧЕТОМ ИХ ФЕНОТИПОВ И ГЕНОТИПОВ

ИНБРИДИНГ

СКРЕЩИВАНИЕ БЛИЗКОРОДСТВЕННЫХ ФОРМ: В КАЧЕСТВЕ ИСХОДНЫХ ФОРМ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ БРАТЬЯ И СЕСТРЫ ИЛИ РОДИТЕЛИ И ПОТОМСТВО

АУТБРИДИНГ

НЕРОДСТВЕННОЕ СКРЕЩИВАНИЕ МЕЖДУ ОСОБЯМИ ОДНОЙ ПОРОДЫ ИЛИ РАЗНЫХ ПОРОД ЖИВОТНЫХ В ПРЕДЕЛАХ ОДНОГО ВИДА

ИСКУССТВЕННЫЙ МУТАГЕНЕЗ

ОСНОВАН НА ПРИМЕНЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМ РАСТЕНИЙ С ВЫРАЖЕННЫМИ МУТАЦИЯМИ

ВЫРАЩИВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУР

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ КЛЕТОК В ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ И ПОЛУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ОДНОРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ КЛЕТОК, РАСТУЩИХ В ПОСТОЯННЫХ УСЛОВИЯХ СРЕДЫ. МЕТОД ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МУТАГЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ, КАРТИРОВАНИЯ ХРОМОСОМ, ВЫРАЩИВАНИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК, ПОЛУЧЕНИЯ КАЛЛЮСНЫХ КУЛЬТУР

ГИБРИДИЗАЦИЯ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК

УДАЛЯЮТСЯ КЛЕТОЧНЫЕ ОБОЛОЧКИ И СЛИВАЮТСЯ ПРОТОПЛАСТЫ КЛЕТОК ОРГАНИЗМОВ, ОТНОСЯЩИХСЯ К РАЗНЫМ ВИДАМ

КЛОНИРОВАНИЕ

МЕТОД ПЕРЕСАДКИ ЯДЕР СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК В ЯЙЦЕКЛЕТКИ

СОЗДАНИЕ ХИМЕРНЫХ ЖИВОТНЫХ

СЛИЯНИЕ ЭМБРИОНОВ НА РАННИХ СТАДИЯХ И ПОЛУЧЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ С НЕОБЫЧНЫМ НАБОРОМ ГЕНОВ

ТРАНСГЕНЕЗ

ПЕРЕНОС ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ БАКТЕРИОФАГА

ПОЛИПЛОИДИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ СОРТОВЫХ ПРИЗНАКОВ УМНОЖЕНИЕМ ХРОМОСОМНЫХ НАБОРОВ

РЕДАКТИРОВАНИЕ ГЕНОМА

ИЗМЕНЕНИЕ ДНК С ПОМОЩЬЮ ОСОБЫХ ФЕРМЕНТОВ ПРЯМО В КЛЕТКАХ

НАБЛЮДЕНИЕ

МЕТОД, С ПОМОЩЬЮ КОТОРОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬ СОБИРАЕТ ИНФОРМАЦИЮ ОБ ОБЪЕКТЕ

АБСТРАГИРОВАНИЕ

МЕТОД НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ В ФОРМЕ ОПЕРАЦИИ МЫСЛЕННОГО ОТВЛЕЧЕНИЯ ОТ РЯДА СВОЙСТВ, СВЯЗЕЙ И ОТНОШЕНИЙ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА, КОТОРЫЕ НЕСУЩЕСТВЕННЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ.

МЕТОД КОЛЬЦЕВАНИЯ

МЕТОД МЕЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В ОРНИТОЛОГИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ ДИКИХ ПТИЦ; ПОЗВОЛЯЕТ СУДИТЬ О ПУТЯХ И СРОКАХ МИГРАЦИИ ПТИЦ, ОБ ИХ РАССЕЛЕНИИ, ИЗМЕНЕНИИ ЧИСЛЕННОСТИ, ПРИЧИНАХ ГИБЕЛИ, О ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ. ЭТО ВАЖНО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ ПРАВИЛ ОХРАНЫ ПЕРЕЛЁТНЫХ ПТИЦ В РАЗНЫХ СТРАНАХ, В ИНТЕРЕСАХ ОХОТНИЧЬЕГО ХОЗЯЙСТВА, ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПУТЕЙ ПЕРЕНОСА ПТИЦАМИ ПАРАЗИТОВ И ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ

МЕТОД ХРОМАТОГРАФИИ

МЕТОД ОСНОВАН НА РАЗНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВЕЩЕСТВ СМЕСИ ЧЕРЕЗ АДСОРБЕНТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ.

РАДИОИЗОТОПНЫЙ

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКЕ, ОСНОВАН НА ИЗБИРАТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ РЕАКТИВОВ И КРАСИТЕЛЕЙ НА ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА, СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ТОЙ ИЛИ ИНОЙ КЛЕТОЧНОЙ СТРУКТУРЕ

ГИБРИДИЗАЦИЯ

ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ИЛИ ПОЛУЧЕНИЯ ГИБРИДОВ, В ОСНОВЕ КОТОРОГО ЛЕЖИТ ОБЪЕДИНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА РАЗНЫХ КЛЕТОК В ОДНОЙ КЛЕТКЕ

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА

МОЛЕКУЛЫ, ИМЕЮЩИЕ ОДИНАКОВУЮ СВЯЗЬ И ОБРАЗУЮЩИЕ ОДНУ ГРУППУ, В ИФ ОБЛАСТИ ВЫДАЮТ ПОЛОСЫ ПОГЛОЩЕНИЯ СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ. ДАННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТЫ ПОМОГАЮТ ОПРЕДЕЛИТЬ ПО ПОЛУЧАЕМОМУ СПЕКТРУ ИМЕЮЩИЕСЯ В ИССЛЕДУЕМОЙ ВЗВЕСИ НАЛИЧИЕ ИСКОМЫХ ГРУПП АТОМОВ ИЛИ МОЛЕКУЛ.

 МЕТОД КРИСТАЛЛОГРАФИИ

ПОЗВОЛЯЕТ ВЫРАЩИВАТЬ  КРИСТАЛЛЫ  БОЛЬШИХ  И СЛОЖНЫХ  БИОЛОГИЧЕСКИХ  МАКРОМОЛЕКУЛ И УЗНАТЬ  АТОМНУЮ СТРУКТУРУ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ, БЕЛКОВ И РИБОСОМ.

МЕТОД РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА.

В ОСНОВЕ  МЕТОДА ЛЕЖИТ ЯВЛЕНИЕ ДИФРАКЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ НА ТРЁХМЕРНОЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЁТКЕ.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (ТИТРОВАНИЕ)

МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОГО/МАССОВОГО АНАЛИЗА, ОСНОВАННЫЙ НА ИЗМЕРЕНИИ ОБЪЁМА РАСТВОРА РЕАКТИВА ТОЧНО ИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ, РАСХОДУЕМОГО ДЛЯ РЕАКЦИИ С ОПРЕДЕЛЯЕМЫМ ВЕЩЕСТВОМ.

ФАЗОВО-КОНТРАСТНАЯ МИКРОСКОПИЯ

МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ОПТИЧЕСКИХ МИКРОСКОПАХ, ПРИ КОТОРОМ СДВИГ ФАЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ТРАНСФОРМИРУЕТСЯ В КОНТРАСТ ИНТЕНСИВНОСТИ. ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРОЗРАЧНЫХ ОБЪЕКТОВ.

• 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)

Биология как наука, ее достижения, методы познания живой природы. Роль биологии в формировании современной естественнонаучной картины мира

Биология как наука

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.

Уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы: клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Биологические системы. Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция

Уровневая организация и эволюция

Живая природа — не однородное образование, подобное кристаллу, она представлена бесконечным разнообразием составляющих ее объектов (одних только видов организмов в настоящее время описано около 2 млн). Вместе с тем это разнообразие не является и свидетельством хаоса, царящего в ней, поскольку организмы имеют клеточное строение, организмы одного вида образуют популяции, все популяции, обитающие на одном участке суши или воды, образуют сообщества, а во взаимодействии с телами неживой природы формируют биогеоценозы, в свою очередь составляющие биосферу.

Таким образом, живая природа является системой, компоненты которой можно расположить в строгом порядке: от низших к высшим. Данный принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни и дает комплексное представление о жизни как о природном явлении. На каждом из уровней организации определяют элементарную единицу и элементарное явление. В качестве элементарной единицы рассматривают структуру или объект, изменения которых составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни, тогда как само это изменение является элементарным явлением.

Формирование такой многоуровневой структуры не могло произойти мгновенно — это результат миллиардов лет исторического развития, в процессе которого происходило прогрессивное усложнение форм жизни: от комплексов органических молекул к клеткам, от клеток — к организмам и т. д. Однажды возникнув, эта структура поддерживает свое существование за счет сложной системы регуляции и продолжает развиваться, причем на каждом из уровней организации живой материи происходят соответствующие эволюционные преобразования.

Основные уровни организации живой природы: клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный

В настоящее время выделяют несколько основных уровней организации живой материи: клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.

Клеточный уровень

Хотя проявления некоторых свойств живого обусловлены уже взаимодействием биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и др.), все же единицей строения, функций и развития живого является клетка, способная осуществлять и сопрягать процессы реализации и передачи наследственной информации с обменом веществ и превращения энергии, обеспечивая тем самым функционирование более высоких уровней организации. Элементарной единицей клеточного уровня организации является клетка, а элементарным явлением — реакции клеточного метаболизма.

Организменный уровень

Организм — это целостная система, способная к самостоятельному существованию. По количеству клеток, входящих в состав организмов, их делят на одноклеточные и многоклеточные. Клеточный уровень организации у одноклеточных организмов (амебы обыкновенной, эвглены зеленой и др.) совпадает с организменным. В истории Земли был период, когда все организмы были представлены только одноклеточными формами, но они обеспечивали функционирование как биогеоценозов, так и биосферы в целом. Большинство многоклеточных организмов представлено совокупностью тканей и органов, в свою очередь также имеющих клеточное строение. Органы и ткани приспособлены для выполнения определенных функций. Элементарной единицей данного уровня является особь в ее индивидуальном развитии, или онтогенезе, поэтому организменный уровень также называют онтогенетическим. Элементарным явлением данного уровня являются изменения организма в его индивидуальном развитии.

Популяционно-видовой уровень

Популяция — это совокупность особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и проживающих обособленно от других таких же групп особей.

В популяциях происходит свободный обмен наследственной информацией и ее передача потомкам. Популяция является элементарной единицей популяционно-видового уровня, а элементарным явлением в данном случае являются эволюционные преобразования, например мутации и естественный отбор.

Биогеоценотический уровень

Биогеоценоз представляет собой исторически сложившееся сообщество популяций разных видов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой обменом веществ и энергии.

Биогеоценозы являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Сами биогеоценозы — это элементарные единицы данного уровня, тогда как элементарные явления — это потоки энергии и круговороты веществ в них. Биогеоценозы составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

Биосферный уровень

Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразуемая ими.

Биосфера является самым высоким уровнем организации жизни на планете. Эта оболочка охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы. Биосфера, как и все другие биологические системы, динамична и активно преобразуется живыми существами. Она сама является элементарной единицей биосферного уровня, а в качестве элементарного явления рассматривают процессы круговорота веществ и энергии, происходящие при участии живых организмов.

Как уже было сказано выше, каждый из уровней организации живой материи вносит свою лепту в единый эволюционный процесс: в клетке не только воспроизводится заложенная наследственная информация, но и происходит ее изменение, что приводит к возникновению новых сочетаний признаков и свойств организма, в свою очередь подвергающихся действию естественного отбора на популяционно-видовом уровне и т. д.

Биологические системы

Биологические объекты различной степени сложности (клетки, организмы, популяции и виды, биогеоценозы и саму биосферу) рассматривают в настоящее время в качестве биологических систем.

Система — это единство структурных компонентов, взаимодействие которых порождает новые свойства по сравнению с их механической совокупностью. Так, организмы состоят из органов, органы образованы тканями, а ткани формируют клетки.

Характерными чертами биологических систем являются их целостность, уровневый принцип организации, о чем говорилось выше, и открытость. Целостность биологических систем в значительной степени достигается за счет саморегуляции, функционирующей по принципу обратной связи.

К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ, энергии и информации, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород.

Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция

Биологические системы отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение и эволюция.

Элементарной структурно-функциональной единицей живого является клетка. Даже вирусы, относящиеся к неклеточным формам жизни, неспособны к самовоспроизведению вне клеток.

Различают два типа строения клеток: прокариотические и эукариотические. Прокариотические клетки не имеют сформированного ядра, их генетическая информация сосредоточена в цитоплазме. К прокариотам относят прежде всего бактерии. Генетическая информация в эукариотических клетках хранится в особой структуре — ядре. Эукариотами являются растения, животные и грибы. Если в одноклеточных организмах клетке присущи все проявления живого, то у многоклеточных происходит специализация клеток.

В живых организмах не встречается ни одного химического элемента, которого бы не было в неживой природе, однако их концентрации существенно различаются в первом и во втором случаях. Преобладают в живой природе такие элементы, как углерод, водород и кислород, которые входят в состав органических соединений, тогда как для неживой природы в основном характерны неорганические вещества. Важнейшими органическими соединениями являются нуклеиновые кислоты и белки, которые обеспечивают функции самовоспроизведения и самоподдержания, но ни одно из этих веществ не является носителем жизни, поскольку ни по отдельности, ни в группе они не способны к самовоспроизведению — для этого необходим целостный комплекс молекул и структур, которым и является клетка.

Все живые системы, в том числе клетки и организмы, являются открытыми системами. Однако, в отличие от неживой природы, где в основном происходит перенос веществ с одного места в другое или изменение их агрегатного состояния, живые существа способны к химическому превращению потребляемых веществ и использованию энергии. Обмен веществ и превращения энергии связаны с такими процессами, как питание, дыхание и выделение.

Под питанием обычно понимают поступление в организм, переваривание и усвоение им веществ, необходимых для пополнения энергетических запасов и построения тела организма. По способу питания все организмы делят на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы — это организмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из неорганических.

Гетеротрофы — это организмы, которые потребляют в пищу готовые органические вещества. Автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фотоавтотрофы используют для синтеза органических веществ энергию солнечного света. Процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений называется фотосинтезом. К фотоавтотрофам относится подавляющее большинство растений и некоторые бактерии (например, цианобактерии). В целом фотосинтез не слишком продуктивный процесс, вследствие чего большинство растений вынуждено вести прикрепленный образ жизни. Хемоавтотрофы извлекают энергию для синтеза органических соединений из неорганических соединений. Этот процесс называется хемосинтезом. Типичными хемоавтотрофами являются некоторые бактерии, в том числе серобактерии и железобактерии.

Остальные организмы — животные, грибы и подавляющее большинство бактерий — относятся к гетеротрофам.

Дыханием называют процесс расщепления органических веществ до более простых, при котором выделяется энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности организмов.

Различают аэробное дыхание, требующее кислорода, и анаэробное, протекающее без участия кислорода. Большинство организмов является аэробами, хотя среди бактерий, грибов и животных встречаются и анаэробы. При кислородном дыхании сложные органические вещества могут расщепляться до воды и углекислого газа.

Под выделением обычно понимают выведение из организма конечных продуктов метаболизма и избытка различных веществ (воды, солей и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в нем. Особенно интенсивно процессы выделения протекают у животных, тогда как растения чрезвычайно экономны.

Благодаря обмену веществ и энергии обеспечивается взаимосвязь организма с окружающей средой и поддерживается гомеостаз.

Гомеостаз — это способность биологических систем противостоять изменениям и поддерживать относительное постоянство химического состава, строения и свойств, а также обеспечивать постоянство функционирования в изменяющихся условиях окружающей среды. Приспособление же к изменяющимся условиям среды называется адаптацией.

Раздражимость — это универсальное свойство живого реагировать на внешние и внутренние воздействия, которое лежит в основе приспособления организма к условиям окружающей среды и их выживания. Реакция растений на изменения внешних условий заключается, например, в повороте листовых пластинок к свету, а у большинства животных она имеет более сложные формы, имеющие рефлекторный характер.

Движение — неотъемлемое свойство биологических систем. Оно проявляется не только в виде перемещения тел и их частей в пространстве, например, в ответ на раздражение, но и в процессе роста и развития.

Новые организмы, появляющиеся в результате репродукции, получают от родителей не готовые признаки, а определенные генетические программы, возможность развития тех или иных признаков. Эта наследственная информация реализуется во время индивидуального развития. Индивидуальное развитие выражается, как правило, в количественных и качественных изменениях организма. Количественные изменения организма называются ростом. Они проявляются, например, в виде увеличения массы и линейных размеров организма, что основано на воспроизведении молекул, клеток и других биологических структур.

Развитие организма — это появление качественных различий в структуре, усложнение функций и т. д., что базируется на дифференцировании клеток.

Рост организмов может продолжаться всю жизнь или заканчиваться на каком-то определенном ее этапе. В первом случае говорят о неограниченном, или открытом росте. Он характерен для растений и грибов. Во втором случае мы имеем дело с ограниченным, или закрытым ростом, присущим животным и бактериям.

Продолжительность существования отдельной клетки, организма, вида и других биологических систем ограничена во времени в основном из-за воздействия факторов окружающей среды, поэтому требуется постоянное воспроизведение этих систем. В основе воспроизведения клеток и организмов лежит процесс самоудвоения молекул ДНК. Размножение организмов обеспечивает существование вида, а размножение всех видов, населяющих Землю, обеспечивает существование биосферы.

Наследственностью называют передачу признаков родительских форм в ряду поколений.

Однако, если бы при воспроизведении признаки сохранялись, приспособление к меняющимся условиям окружающей среды было бы невозможным. В связи с этим появилось противоположное наследственности свойство — изменчивость.

Изменчивость — это возможность приобретения в течение жизни новых признаков и свойств, которое обеспечивает эволюцию и выживание наиболее приспособленных видов.

Эволюция — это необратимый процесс исторического развития живого.

Она базируется на прогрессивном размножении, наследственной изменчивости, борьбе за существование и естественном отборе. Действие этих факторов привело к огромному разнообразию форм жизни, приспособленных к различным условиям среды обитания. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней: доклеточных форм, одноклеточных организмов, все усложняющихся многоклеточных вплоть до человека.

Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость — свойства организмов.
Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория
наследственности. Современные представления о гене и геноме

Генетика, ее задачи

Успехи естествознания и клеточной биологии в XVIII–XIX веках позволили ряду ученых высказать предположения о существовании неких наследственных факторов, определяющих, например, развитие наследственных болезней, однако эти предположения не были подкреплены соответствующими доказательствами. Даже сформулированная Х. де Фризом в 1889 году теория внутриклеточного пангенеза, которая предполагала существование в ядре клетки неких «пангенов », определяющих наследственные задатки организма, и выход в протоплазму только тех из них, которые определяют тип клетки, не смогла изменить ситуацию, как и теория «зародышевой плазмы» А. Вейсмана, согласно которой приобретенные в процессе онтогенеза признаки не наследуются.

Лишь труды чешского исследователя Г. Менделя (1822–1884) стали основополагающим камнем современной генетики. Однако, несмотря на то, что его труды цитировались в научных изданиях, современники не обратили на них внимания. И лишь повторное открытие закономерностей независимого наследования сразу тремя учеными — Э. Чермаком, К. Корренсом и Х. де Фризом — вынудило научную общественность обратиться к истокам генетики.

Генетика — это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости и методы управления ими.

Задачами генетики на современном этапе являются исследование качественных и количественных характеристик наследственного материала, анализ структуры и функционирования генотипа, расшифровка тонкой структуры гена и методов регуляции генной активности, поиск генов, вызывающих развитие наследственных болезней человека и методов их «исправления», создание нового поколения лекарственных препаратов по типу ДНК-вакцин, конструирование с помощью средств генной и клеточной инженерии организмов с новыми свойствами, которые могли бы производить необходимые человеку лекарственные препараты и продукты питания, а также полная расшифровка генома человека.

Наследственность и изменчивость — свойства организмов

Наследственность — это способность организмов передавать свои признаки и свойства в ряду поколений.

Изменчивость — свойство организмов приобретать новые признаки в течение жизни.

Признаки — это любые морфологические, физиологические, биохимические и иные особенности организмов, по которым одни из них отличаются от других, например цвет глаз. Свойствами же называют любые функциональные особенности организмов, в основе которых лежит определенный структурный признак или группа элементарных признаков.

Признаки организмов можно разделить на качественные и количественные. Качественные признаки имеют два-три контрастных проявления, которые называют альтернативными признаками, например голубой и карий цвет глаз, тогда как количественные (удойность коров, урожайность пшеницы) не имеют четко выраженных различий.

Материальным носителем наследственности является ДНК. У эукариот различают два типа наследственности: генотипическую и цитоплазматическую. Носители генотипической наследственности локализованы в ядре и далее речь пойдет именно о ней, а носителями цитоплазматической наследственности являются находящиеся в митохондриях и пластидах кольцевые молекулы ДНК. Цитоплазматическая наследственность передается в основном с яйцеклеткой, поэтому называется также материнской.

В митохондриях клеток человека локализовано небольшое количество генов, однако их изменение может оказывать существенное влияние на развитие организма, например приводить к развитию слепоты или постепенному снижению подвижности. Пластиды играют не менее важную роль в жизни растений. Так, в некоторых участках листа могут присутствовать бесхлорофильные клетки, что приводит, с одной стороны, к снижению продуктивности растения, а с другой — такие пестролистные организмы ценятся в декоративном озеленении. Воспроизводятся такие экземпляры в основном бесполым способом, так как при половом размножении чаще получаются обычные зеленые растения.

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.

Основные генетические понятия и символика

Ген — это участок молекулы ДНК, или хромосомы, несущий информацию об определенном признаке или свойстве организма.

Некоторые гены могут оказывать влияние на проявление сразу нескольких признаков. Такое явление называется плейотропией. Например, ген, обусловливающий развитие наследственного заболевания арахнодактилии (паучьи пальцы), вызывает также искривление хрусталика, патологии многих внутренних органов.

Каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место — локус. Так как в соматических клетках большинства эукариотических организмов хромосомы парные (гомологичные), то в каждой из парных хромосом находится по одной копии гена, отвечающего за определенный признак. Такие гены называются аллельными.

Аллельные гены чаще всего существуют в двух вариантах — доминантном и рецессивном. Доминантной называют аллель, которая проявляется вне зависимости от того, какой ген находится в другой хромосоме, и подавляет развитие признака, кодируемого рецессивным геном. Доминантные аллели обозначаются обычно прописными буквами латинского алфавита (A, B, C и др.), а рецессивные — строчными (a, b, c и др.). Рецессивные аллели могут проявляться только в том случае, если они занимают локусы в обеих парных хромосомах.

Организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллели, называется гомозиготным по данному гену, или гомозиготой (AA, aa, ААBB, ааbb и т. д.), а организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся разные варианты гена — доминантный и рецессивный — называется гетерозиготным по данному гену, или гетерозиготой (Aa, АаBb и т. д.).

Ряд генов может иметь три и более структурных варианта, например группы крови по системе AB0 кодируются тремя аллелями — I^A, I^B, i. Такое явление называется множественным аллелизмом. Однако даже в этом случае каждая хромосома из пары несет только одну аллель, то есть все три варианта гена у одного организма не могут быть представлены.

Геном — совокупность генов, характерная для гаплоидного набора хромосом.

Генотип — совокупность генов, характерная для диплоидного набора хромосом.

Фенотип — совокупность признаков и свойств организма, которая является результатом взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Поскольку организмы отличаются между собой многими признаками, установить закономерности их наследования можно только при анализе двух и более признаков в потомстве. Скрещивание, при котором рассматривается наследование и проводится точный количественный учет потомства по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридным, по двум парам — дигибридным, по большему количеству признаков — полигибридным.

По фенотипу особи далеко не всегда можно установить ее генотип, поскольку как гомозиготный по доминантному гену организм (АА), так и гетерозиготный (Аа) будет иметь в фенотипе проявление доминантной аллели. Поэтому для проверки генотипа организма с перекрестным оплодотворением применяют анализирующее скрещивание — скрещивание, при котором организм с доминантным признаком скрещивается с гомозиготным по рецессивному гену. При этом гомозиготный по доминантному гену организм не будет давать расщепления в потомстве, тогда как в потомстве гетерозиготных особей наблюдается равное количество особей с доминантным и рецессивным признаками.

Для записи схем скрещиваний чаще всего применяются следующие условные обозначения:

Р (от лат. парента — родители) — родительские организмы;

$♀$ (алхимический знак Венеры — зеркало с ручкой) — материнская особь;

$♂$ (алхимический знак Марса — щит и копье) — отцовская особь;

$×$ — знак скрещивания;

F₁, F₂, F₃ и т. д. — гибриды первого, второго, третьего и последующих поколений;

F_а — потомство от анализирующего скрещивания.

Хромосомная теория наследственности

Основоположник генетики Г. Мендель, равно как и его ближайшие последователи, не имели ни малейшего представления о материальной основе наследственных задатков, или генов. Однако уже в 1902–1903 годах немецкий биолог Т. Бовери и американский студент У. Сэттон независимо друг от друга предположили, что поведение хромосом при созревании клеток и оплодотворении позволяет объяснить расщепление наследственных факторов по Менделю, т. е., по их мнению, гены должны быть расположены в хромосомах. Данные предположения стали краеугольным камнем хромосомной теории наследственности.

В 1906 году английские генетики У. Бэтсон и Р. Пеннет обнаружили нарушение менделевского расщепления при скрещивании душистого горошка, а их соотечественник Л. Донкастер в экспериментах с бабочкой крыжовенной пяденицей открыл сцепленное с полом наследование. Результаты этих экспериментов явно противоречили менделевским, но если учесть, что к тому времени уже было известно о том, что количество известных признаков для экспериментальных объектов намного превышало количество хромосом, а это наводило на мысль, что каждая хромосома несет более одного гена, а гены одной хромосомы наследуются совместно.

В 1910 году начинаются эксперименты группы Т. Моргана на новом экспериментальном объекте — плодовой мушке дрозофиле. Результаты этих экспериментов позволили к середине 20-х годов XX века сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности, определить порядок расположения генов в хромосомах и расстояния между ними, т. е. составить первые карты хромосом.

Основные положения хромосомной теории наследственности:

1. Гены расположены в хромосомах. Гены одной хромосомы наследуются совместно, или сцепленно, и называются группой сцепления. Число групп сцепления численно равно гаплоидному набору хромосом.
2. Каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место — локус.
3. Гены в хромосомах расположены линейно.
4. Нарушение сцепления генов происходит только в результате кроссинговера.
5. Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.
6. Независимое наследование характерно только для генов негомологичных хромосом.

Современные представления о гене и геноме

В начале 40-х годов ХХ века Дж. Бидл и Э. Тейтум, анализируя результаты генетических исследований, проведенных на грибе нейроспоре, пришли к выводу, что каждый ген контролирует синтез какого-либо фермента, и сформулировали принцип «один ген — один фермент».

Однако уже в 1961 году Ф. Жакобу, Ж. Л. Моно и А. Львову удалось расшифровать структуру гена кишечной палочки и исследовать регуляцию его активности. За это открытие им в 1965 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

В процессе исследования, кроме структурных генов, контролирующих развитие определенных признаков, им удалось выявить и регуляторные, основной функцией которых является проявление признаков, кодируемых другими генами.

Структура прокариотического гена. Структурный ген прокариот имеет сложное строение, поскольку в его состав входят регуляторные участки и кодирующие последовательности. К регуляторным участкам относятся промотор, оператор и терминатор. Промотором называют участок гена, к которому прикрепляется фермент РНК-полимераза, обеспечивающий синтез иРНК в процессе транскрипции. С оператором, располагающимся между промотором и структурной последовательностью, может связываться белок-репрессор, не позволяющий РНК-полимеразе начать считывание наследственной информации с кодирующей последовательности, и только его удаление позволяет начать транскрипцию. Структура репрессора закодирована обычно в регуляторном гене, находящемся в другом участке хромосомы. Считывание информации заканчивается на участке гена, который называется терминатором.

Кодирующая последовательность структурного гена содержит информацию о последовательности аминокислот в соответствующем белке. Кодирующую последовательность у прокариот называют цистроном, а совокупность кодирующих и регуляторных участков гена прокариот — опероном. В целом прокариоты, к которым относится и кишечная палочка, имеют сравнительно небольшое количество генов, расположенных в единственной кольцевой хромосоме.

Цитоплазма прокариот может содержать также дополнительные небольшие кольцевые или незамкнутые молекулы ДНК, которые называются плазмидами. Плазмиды способны встраиваться в хромосомы и передаваться от одной клетки к другой. Они могут нести информацию о половых признаках, патогенности и устойчивости к антибиотикам.

Структура эукариотического гена. В отличие от прокариот, гены эукариот не имеют оперонной структуры, поскольку не содержат оператора, и каждый структурный ген сопровождается только промотором и терминатором. Кроме того, в генах эукариот значащие участки (экзоны) чередуются с незначащими (интронами), которые полностью переписываются на иРНК, а затем вырезаются в процессе их созревания. Биологическая роль интронов состоит в снижении вероятности мутаций в значащих участках. Регуляция генов эукариот намного сложнее, нежели описанная для прокариот.

Геном человека. В каждой клетке человека в 46 хромосомах находится около 2 м ДНК, плотно упакованной в двойную спираль, которая состоит примерно из 3,2 $×$ 10⁹ нуклеотидных пар, что обеспечивает около 10^1900000000 возможных уникальных комбинаций. К концу 80-х годов ХХ века было известно расположение примерно 1500 генов человека, однако их общее количество оценивали примерно в 100 тыс., поскольку только наследственных болезней у человека имеется примерно 10 тыс., не говоря уже о количестве разнообразных белков, содержащихся в клетках.

В 1988 году стартовал международный проект «Геном человека», который к началу XXI века закончился полной расшифровкой последовательности нуклеотидов. Он дал возможность понять, что два разных человека на 99,9 % имеют сходные последовательности нуклеотидов, и лишь остающиеся 0,1 % определяют нашу индивидуальность. Всего было обнаружено примерно 30–40 тыс. структурных генов, однако затем их количество было снижено до 25–30 тыс. Среди этих генов имеются не только уникальные, но и повторяющиеся сотни и тысячи раз. Тем не менее данные гены кодируют гораздо большее количество белков, например десятки тысяч защитных белков — иммуноглобулинов.

97 % нашего генома является генетическим «мусором», который существует только потому, что умеет хорошо воспроизводиться (РНК, которые транскрибируются на этих участках, никогда не покидают ядро). Например, среди наших генов есть не только «человеческие» гены, но и 60 % генов, похожих на гены мушки дрозофилы, а с шимпанзе нас роднит до 99 % генов.

Параллельно с расшифровкой генома происходило и картирование хромосом, вследствие этого удалось не только обнаружить, но и определить расположение некоторых генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов-мишеней лекарственных препаратов.

Расшифровка генома человека пока не дает прямого эффекта, поскольку мы получили своеобразную инструкцию по сборке такого сложного организма, как человек, но не научились изготавливать его или хотя бы исправлять погрешности в нем. Тем не менее эра молекулярной медицины уже на пороге, во всем мире идет разработка так называемых генопрепаратов, которые смогут блокировать, удалять или даже замещать патологические гены у живых людей, а не только в оплодотворенной яйцеклетке.

Не следует забывать и о том, что в эукариотических клетках ДНК содержится не только в ядре, но также в митохондриях и пластидах. В отличие от ядерного генома, организация генов митохондрий и пластид имеет много общего с организацией генома прокариот. Несмотря на то что эти органеллы несут менее 1 % наследственной информации клетки и не кодируют даже полного набора белков, необходимых для их собственного функционирования, они способны существенно влиять на некоторые признаки организма. Так, пестролистность у растений хлорофитума, плюща и других наследует незначительное число потомков даже при скрещивании двух пестролистных растений. Это обусловлено тем, что пластиды и митохондрии передаются большей частью с цитоплазмой яйцеклетки, поэтому такая наследственность называется материнской, или цитоплазматической, в отличие от генотипической, которая локализуется в ядре.

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