Методы в биологии таблица: Методы биологии

применение биохимических или экспериментальных методов и какие из них относят к универсальным

На сегодняшний день биология представляет собой отдельную изучаемую науку, но до ХХ века она подходила под понятие «пакет наук». Ее тесно связывают с биохимией, биофизикой, космической и молекулярной биологией, экологией (в данный момент она представляет отдельную науку).

Соответственно все исследовательские методы подразделяются в зависимости от области изучения.

Базовые методы исследования

 

Существует теоретическое разделение биологии на следующие области:

• общую — молекулярная, клеточная, тканевая, раздел органов и систем, раздел популяция и природные сообщества;
• наука организмов — ботаника, зоология, микология, микробиология.

Универсальные пути исследований

Суть любого научного исследования — это использование методов познавательного характера, методологии и экспериментов в общей совокупности. Такие пути изучения предмета позволяют описать, классифицировать, объяснить и частично предположить дальнейший путь развития любого микроорганизма. Классификация методов биологических исследований в таблице:

Метод	Суть метода
Описательный	Применялся учеными в глубокой древности. Состоит в сборе фактического материала, наблюдении, описании различных объектов, явлений и их свойств в определенной среде.
Сравнительный	Сравнение и систематизация полученных при использовании других методов данных. Основное применение — анатомия, эмбриология, клеточная теория, палеонтология и проч. В современных исследованиях сравнительный метод часто заменяют на мониторинг, как более эффективный путь изучения предмета. Мониторинг позволяет проводить постоянное наблюдение, создавая отдельную биосферу или экосистему для конкретного объекта. Тщательное мониторинговое исследование включает в себя аналитику и дальнейший прогноз в отношении изучаемого предмета или явления.
Исторический	Выяснение закономерностей в возникновении живых организмов и их развитии, в становлении как структуры, в функциональности на фоне геологической истории земного шара. Метод позволил создать учение об эволюционном развитии органического мира.
Экспериментальный	Исследование основано на практическом опыте изменения базовых (природных) данных и на результатах наблюдений. Эксперимент может быть полевым или лабораторным. Именно он показывает самую полную и достоверную картину.

Этапы эмпирической стадии

Описываемые в таблице основные методы изучения биологии составляют эмпирическую стадию познания этой естественной науки. Данная стадия состоит из нескольких обязательных шагов. Их соблюдают в определенной последовательности, но перед этим необходимо поставить цель, сформулировать задачу, выдвинуть гипотезу. А далее ученый приступает к сбору доказательств:

1. Наблюдение явления, процесса, объекта или смоделированного эксперимента.
2. Фиксация полученных данных, их максимально строгая оценка.
3. Первичная обработка данных на предмет выявления закономерностей и связей. Классификация информации, описание с помощью специализированной научной терминологии.
4. Сравнительный анализ с ранее полученными данными.

Эмпирическое исследование использует все доступные современной науке методы, именно это делает его максимально информативным.

Теоретическая стадия

В сравнении с основными (универсальными) путями проведения исследования, теоретический подход, так же как и кибернетический, является более современным. Все биологические объекты становятся частью системы со своей иерархией. С учетом того, что все конструкции многоступенчатые, каждая ее часть может рассматриваться и как система, и как элемент более высокого порядка. Такой принцип справедлив для всех уровней — от макромолекул до земной биосферы.

В противоположность эмпирической стадии теоретический уровень предполагает использование вторжение в природу объекта, раскрытия его внутренней текстуры, устройства становления, источников возникновения, описание функционирования.

Статистический путь исследования биологии

Метод основан на использовании полученного материала (моделирования, различных экспериментов, наблюдений), его обработке, всестороннем анализе, выявлении закономерности и окончательном изложении в виде статистического заключения. Это общее определение статистического пути исследования.

Необходимость в данном исследовании возникла как естественный переход от описательного метода, предоставляющего первоначальные данные наблюдений, к его окончательному анализу и выводам. Именно математическая статистика позволяет систематизировать данные и извлечь максимально возможную полезную информацию из всех остальных базовых методов. Исследование проходит в 3 этапа:

1. Наблюдение и сбор первичных данных для составления статистики.
2. Обработка и анализ результатов, группировка полученных результатов. Сведение данных в статистические таблицы. На данном этапе происходит переход от характеристики единичного объекта к сводным характеристикам совокупности в целом или ее группы.
3. Анализирующая статистика. Заключительный этап, на котором методом обобщения всех показателей проводят анализ и осуществляют оценочный прогноз.

Статистический анализ — это заключительный, наиболее важный этап исследования.

Он выявляет особенности и причины данного явления, сравнивает его с другими, принятыми за основу (в результате исторического метода), формулирует выводы, предположения, гипотезы и прогнозы, проводит статистическую проверку по всем указанным данным. Анализ является завершающей стадией статистического (математического) метода.

Метод моделирования

Создание моделей дает техническую возможность для изучения и измерения процессов, явлений и объектов, которые невозможно познать в естественных условиях. Моделирование частично заменяет эксперимент. Но у него есть и несколько дополнительных положительных преимуществ:

1. Имея единичный комплекс данных, возможна разработка некоторого числа моделей, для которых будет применена различная интерпретация исследуемого процесса. В итоге выбирается наиболее перспективная и плодотворная версия для теоретических истолкований.
2. При моделировании можно производить различные изменения, вводить дополнения, использовать упрощение.
3. Возможно совмещение экспериментального метода и теоретического (модельные эксперименты). Пример: синтез аминокислот по Миллеру.
4. В сложных многоструктурных моделях большинство задач выполняют с помощью компьютерных технологий, что существенно упрощает процесс исследования.

В настоящее время моделирование как метод, применяемый в биологии, выполняет самостоятельные задачи и относится к обособленной ступени в ходе создания теории или учения.

Помимо неоспоримых достоинств, у теоретических методов исследования присутствует один, но неоспоримый недостаток: они не могут оказывать воздействие на наблюдаемые процессы, объекты или явления. Они только помогают их обнаружению и выявлению скрытых закономерностей.

Частные исследовательские методы

Как наука, биология формировалась в результате исследований и экспериментов в других областях: физике, математике, химии, т. е. естественных наук. Поэтому некоторые методы применимые для исследований в биологии пришли из смежных, пограничных отраслей: биофизика, биохимия, вирусология, экология.

Любой метод — это, прежде всего, путь для достижения цели, установления истины. И эмпирические, и теоретические способы в полной мере отвечают этим требованиям.

Но в некоторых случаях возникает потребность в получения дополнительных, современных, более достоверных данных. В таком случае средством для достижения целей служит применение специальных конкретных исследований.

К частным методам исследования в биологии относятся:

1. Генеалогический. В сути исследования — изучение и систематический анализ родословной, и выявление наследственной природы некоторых явлений и возможности развития патологий.
2. Палеонтологический. Выясняет родство между объектами, организмами и явлениями с помощью исследований земной коры в разных геологических слоях. Данный метод бывает филогенетический и биогенетический (сравнительно-эмбриологический или сравнительно-анатомический). Первый исследует историческое развитие целой формы, второй — отдельного организма.
3. Центрифугирование. Технический способ выявить отдельные элементы в общей смеси под воздействие скоростной центробежной силы. Объектовой формой выступает центрифуга, в ней с помощью сепарации материал разделяется на отдельные фракции согласно коэффициенту плотности.
4. Цитологический (микроскопирование или цитогенетический метод). Микробиологическое исследование клетки с помощью микроскопа. Назначение — выявление хромосомных, генных, митохондриальных мутаций, онкопатологий и т. д. Клетка с аномалией становится предшественницей развития целой колонии клеток, которые со временем сформируются в опухоль или стигму дизэмбриогенеза. Своевременное исследование способствует установлению диагноза на раннем сроке и принятию тактического решения о схеме лечения.
5. Биохимический. Задача — изучение химико-биологических процессов в организме, с помощью исследования различных жидкостей, выявление нарушений обмена веществ, происходящих в результате наследственных причин. Это наиболее точный метод диагностики, на конечную картину которого не может повлиять даже прием различных препаратов или имеющееся заболевание. При этом не требуется забора большого количества материала, метод применим многократно, все анализы проводятся в самые кратчайшие сроки. Самым простым примером биохимического исследования является известный всем общий анализ крови.

Все перечисленные биологические методы имеют тесную связь друг с другом, между ними невозможно провести четкую границу. Они применимы либо последовательно друг за другом, либо одновременно в сочетании. Только так можно получить четкую картину изучаемого явления или процесса.

Многолетняя история развития науки позволила накопить невероятно большой практический, эмпирический и теоретический опыт, разработано множество методик, например, подготовки препаратов (фиксация объектов химикатами — спирт, формалин, хлороформ и проч.), окрашивание эозином, йодом, гематоксилином и проч.

Созданные для исследований приборы уже сами по себе являются результатом научного прогресса. Они позволяют производить изучение биохимических, молекулярных, электромагнитных и других процессов в живых клетках, тканях, органах и т. д.

Перед учеными всех времен регулярно ставятся все новые и новые задачи, которые требуют решения. Для этого им приходится изучать полученные данные, собирать материалы, выдвигать гипотезы, проводить анализы. Все это в совокупности и носит название «научное исследование». И именно такие исследования позволяют в итоге создавать целостную биологическую картину мира.

Источник: https://nauka.club/biologiya/metody-biologicheskikh-issledovaniy.html

Методы исследования в биологии

Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. А с развитием цивилизации люди начали изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так зародилось научное познание, науки и биологическая наука в частности. Этот урок о становлении методов изучения биологии.

Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. В процессе трудовой деятельности люди приобрели способность обобщать свойства предметов и явлений, не заостряя внимания на их особенностях.

Например, двое учеников свободно могут разговаривать о реке Днепр, которая протекает, может быть, за десятки и сотни километров от беседующих. Они её не видят, не слышат плеска волн. Но каждый из собеседников на основе обобщения знаком с понятием «река».

Каждый связывает со словом «Днепр» понятие об одной из крупных рек Европы. Поэтому они понимают друг друга, хотя на Днепре никогда не были. Такое понимание и отличает нас с вами от животных.

Последние могут устанавливать простейшие связи между предметами, изготавливать простейшие орудия труда… Но они не имеют понятий, не способны уяснить причин явлений и вытекающих из них последствий. От умения первобытных людей приспособиться к среде обитания зависела, непосредственно, их жизнь.

С развитием цивилизации человек начал изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так и зародилась наука — одна из сфер человеческой деятельности, цель которой — изучение и познание окружающего мира. Цель познания — знания.

Они нужны для ориентации человека в окружающем мире, объяснения и предвидения событий, планирования и реализации деятельности. Для удовлетворения собственного интереса, в конце концов. Вместе с тем познание совсем не обязательно может быть научным. Оно может быть обыденным, художественным, мифологическим или религиозным.

Но, возвращаясь к теме нашего урока, — мы с вами ведём разговор о биологии. Биология — это наука. Соответственно, предмет нашего рассмотрения — научное познание.

В чём его отличие от ненаучного? Наверное, у каждого есть свой ответ на этот вопрос. Давайте попробуем обобщить и конкретно сформулировать саму суть. Будьте внимательны.

Научное познание — это процесс получения объективного… истинного… знания, направленного на отражение закономерностей действительности.

В научном познании выбирают определённые объекты исследования, проблемы и методы их изучения. Конечно, каждая наука имеет свои методы исследования. Однако, независимо от выбранного метода, для каждого учёного важнейшим всегда остаётся принцип «нельзя ничего принимать на веру».

Потому как главной задачей науки является построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые, в свою очередь, можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания всегда могут быть взяты под сомнение и принимаются только при достаточных или даже избыточных доказательствах.

Такие знания переходят в ранг научных фактов (от греческого factum — сделанное) — фактов, которые можно воспроизвести и подтвердить.

Как любой человек в своей жизни не может обходиться без воздуха, так любой учёный в своих исследованиях не может обходиться без научных фактов.

Для их получения применяются научные методы (греческое слово methodos — путь исследования) — совокупность тех приёмов и операций, которые используются при построении системы научных знаний. История любой науки и биологии в частности — это история разработки и применения новых методов исследования.

В биологической науке основными методами исследования в разное время являлись и являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

Описательный метод в методологии современного познания занимает первичные позиции. Он широко применялся ещё учёными древности… Которым ничего не оставалось, кроме как собирать фактический материал и описывать его. В основе описательного метода лежит наблюдение — первоисточник всех научных данных.

И немудрено. Наблюдение опирается на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление). Однако, именно по этой причине многие учёные расценивают этот тип исследования как весьма ненадёжный. Да и результаты описательных исследований невозможно повторить и повторно проанализировать.

Вплоть до XVIII столетия естествоиспытатели занимались описанием растений и животных, а также пытались систематизировать накопленный описательный материал. Однако, этот метод не утратил своей актуальности и сегодня.

Например, зоологи открывают новые виды животных, специалисты в области гистологии наблюдают с помощью микроскопа зафиксированные и окрашенные срезы тканей, а молекулярные биологи фиксируют изменение концентрации фермента в пробирке.

Научное наблюдение, в отличие от обыденного — не простое, но целенаправленное изучение природных объектов или явлений. Оно ведётся исключительно для решения поставленной задачи, и при этом внимание наблюдателя не должно рассеиваться.

Если мы, например, изучаем сезонные миграции белого аиста, то будем отмечать время его появления в местах гнездования, и ничего более. То есть выделять определённую часть из действительности и включать её в изучаемую систему. В наблюдении важны точность, аккуратность, активность исследователя. А также его непредвзятость, знания, опыт и правильный выбор технических средств.

Собранный при помощи описательного метода фактический материал может и должен быть подвергнут сравнению. Сравнительный метод, благодаря которому выявляются сходства и различия между организмами и их частями, биологи стали применять с XVII-го века. Так появились данные, необходимые для классификации растений и животных.

А в XIX веке применение сравнительного метода привело к разработке клеточной теории Шванна/Шлейдена и обоснования теории Дарвина. Которая, в свою очередь, вызвала перестройку целого ряда биологических наук.

Методы сравнительного подхода приводят к тому, что могут быть пересмотрены уже сложившиеся взгляды на те или иные явления и факты. При сравнении также могут быть открыты особенности, которые специфичны для конкретного объекта или явления, однако ранее не были известны исследователям.

Таким образом, сравнение способствует более глубокому изучению и познанию объектов и явлений, а также поиску их отличительных особенностей и различий на разных уровнях исследования.

Сравнительный метод широко применяется в различных биологических дисциплинах и в наше время. Но использование только описательного и сравнительного методов в биологии привело бы к тому, что она так бы и осталась в рамках констатирующей науки. А мы с вами никогда бы не увидели реальных кибернетических организмов — киборгов.

Идём дальше. Сравнительный метод, который мы разобрали, впоследствии перерастает в исторический. Почему? Человек отличается от животных, кроме всего прочего, тем, что может накапливать, сохранять и анализировать информацию, которая досталась ему от предыдущих поколений.

То есть передавать свои знания. Сопоставление с ранее полученными знаниями помогает осмыслить новые полученные факты. Исторический метод начал применяться во второй половине XIX века во многом благодаря работам Чарлза Дарвина.

Человек, перевернувший в 1859 году всё естествознание того времени, научно обосновал закономерности появления и развития организмов. Раскрыл механизм становления их структур и функций во времени и пространстве.

С тех пор исторический метод превратил биологию из науки описательной в науку, которая объясняет то, как появились и функционируют многообразные живые системы.

Говоря научным языком, эксперимент представляет собой воссоздание выделенного аспекта действительности в специально создаваемых и контролируемых условиях, что обеспечивает критерий воспроизводимости, то есть позволяет восстановить ход явления при повторении условий.

Полный цикл эксперимента состоит из нескольких стадий: чётко сформулированной цели исследования и плана (постановка эксперимента), конкретных приёмов и средств технического воплощения и контроля (проведение эксперимента) и обработки результатов.

В биологии применение экспериментального метода связывают с именем Уильяма Гарвея. В 1628 году этот английский основоположник физиологии впервые сформулировал свою теорию кровообращения, которая основывалась на собственных экспериментальных доказательствах.

Измерив величину систолического объёма, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через него проходит количество крови, равное весу животного.

Отсюда следовало, что, вопреки бесспорным на то время утверждениям Галена о поступлении к сердцу всё новых и новых порций крови от вырабатывающих её органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу. Замкнутость же цикла обеспечивают мельчайшие трубочки — капилляры, соединяющие артерии и вены.

Однако широко применяться в биологии эксперимент начал лишь в XIX веке. Классическим образцом методологии экспериментальной науки стала работа Грегора Менделя по изучению наследственности и изменчивости организмов.

Как Гарвей предсказал наличие в организме животных капилляров, которых никто не видел и не мог увидеть в то время, так и Мендель благодаря свои экспериментам с горохом предсказал наличие генов у всех живых организмов.

Эпохальное событие в биологии

С XX века экспериментальный метод становится ведущим в биологической науке. Это было обусловлено появлением новых приборов для исследований. Например, таких сложных, как электронный микроскоп, созданный в 1932 году, томограф, сконструированный в 1969-м. Кроме того, в биологии начали активно применяться методы физики и химии.

Это и различные виды микроскопии, а также биохимические методы, метод меченых атомов, самые разнообразные способы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей, органов, рентгеноструктурный анализ, хроматография, ультрацентрифугирование и другие.

Не спешите пугаться сложных названий, через несколько уроков вы их освоите. Так вот, ко второй половине XX века в биологии развивается целое направление, которое предусматривает разработку методов исследования и создание новейших приборов.

В последнее время в биологических исследованиях всё больше применяют моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений. Моделирование является как бы высшей формой биологического эксперимента.

Объектом моделирования может стать любая биологическая система. От мельчайшей, например, молекула ДНК — хромосома — ядро клетки — сама клетка… до огромной — вся биосфера.

Такая глобальная информация о поведении живой природы на Земле используется, например, в случае глобальных техногенных или климатических изменений.

Экспериментальный метод коренным образом преобразил биологию. Он смог многократно расширить её познавательные возможности и открыл новые пути для использования биологических знаний во всех сферах деятельности человека.

И в заключение несколько слов об этапах проведения научного исследования. Как мы уже сказали, первоисточником всех научных данных является наблюдение. После обобщения фактов выдвигаются гипотезы, которые могут объяснить наблюдение. Далее эти данные перепроверяются в ходе новых наблюдений и экспериментов. За этим этапом обязательно следует контрольный опыт.

Условия контрольного опыта, в свою очередь, обязательно должны отличаться одним фактором. После анализа результатов эксперимента научные данные переходят в ранг научных фактов, а проверенная гипотеза становится теорией или законом. Это говорит о её универсальности, неоспоримости и достоверности. Однако даже верная теория по мере накопления новых фактов может пересматриваться и уточняться. Например, теория эволюции.

Источник: https://videouroki.net/blog/mietody-issliedovaniia-v-biologhii.html

Какие бывают методы биологических исследований

Методы биологических исследований в биологии разделяют на эмпирические (от греч. эмпириа — опыт) — описательный, сравнительный, экспериментальный, исторический, и теоретические — статистический и моделирования. Описательный и сравнительный методы основаны на наблюдении.

Описательный

Описательный метод — древнейший, связанный с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.

Сравнительный

Сравнительный метод основан, чтобы сравнить полученные наблюдения, описания с другими. В последнее время часто применяют мониторинг (от лат. mоnitor -предупреждающий, напоминающий).

Это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных экосистемах, биосфере в целом или за состоянием конкретных биологических объектов. Осуществляют его на высших уровнях организации живой материи.

Мониторинг позволяет прогнозировать и анализировать возможные изменения, их следствия. Например, изменения растительности в связи с кислотными дождями и т. п.

Экспериментальный

Экспериментальный (от лат. ехреrimentum — опыт, практика) метод состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.

В естественных условиях проводят полевые эксперименты. Лабораторные эксперименты проводят в специально оборудованных лабораториях. В лабораторных условиях используют микроскопы, ядерно-магнитный резонанс, рентгенологический метод и т. п.

Исторический

Исторический метод позволяет обнаружить закономерности возникновения и развития живых существ. Моделирование и статистический метод невозможны без применения электронно-вычислительной техники.

Моделирование

Моделирование (от лат. modulus — устройство, образец) —  метод, который позволяет работать не с самими объектами, а изучает представления о них или их модели. Моделирование позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воссоздать экспериментально.

Разновидностью этого метода является математическое моделирование. Это численное выражение в виде уравнений четных связей. При изменениях числовых значений можно увидеть, как работает система при определенных условиях. Примером математической модели могут быть соотношения численности в системе «хищник-жертва».

Статистический

Статистический (математический) метод применяется для обработки числовых данных, полученных с помощью других методов (эмпирических). Используют также для проверки степени достоверности полученных результатов.

Источник: https://xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai/obshchaya-biologiya/metody-biologicheskih-issledovanij/

Методы биологических исследований

Когда мы говорим о биологии, мы говорим о науке, которая занимается исследованием всего живого. Все живые существа, включая ареал их обитания, изучаются. Начиная от строения клеток и заканчивая сложными биологическими процессами, все это является предметом биологии. Рассмотрим методы исследования в биологии, которые на данный момент используются.
Методы биологических исследований включают в себя:

• Эмпирические/экспериментальные методы
• Описательные методы
• Сравнительные методы
• Статистические методы
• Моделирование
• Исторические  методы

Эмпирические методы заключаются в том, что объект опыта подвергается изменению условий его существования, а потом, учитываются полученные результаты.

Эксперименты бывают двух видов в зависимости от их места проведения: лабораторные эксперименты и полевые эксперименты. Для проведения полевых экспериментов используются естественные условия, а для проведения лабораторных экспериментов, используется специальное лабораторное оборудование.

Описательные методы основываются на наблюдение, с последующим анализом и описанием феномена. Этот метод позволяет выделить особенности биологических явлений и систем. Это один из самых древних методов.

Сравнительные методы подразумевают сравнение полученных фактов и явлений с другими фактами и явлениями. Сведения получаются путем наблюдения. В последнее время стало популярно применять мониторинг. Мониторинг это постоянное наблюдение, которое позволяет собрать данные, на основе которых будет проводиться анализ, а потом прогнозирование.

Статистические методы также известны под названием математические методы, и используются для того, чтобы обработать данные числового характера, которые были получены в ходе эксперимента. Кроме этого, данный метод применяется для того, чтобы убедиться в достоверности определенных данных.

Моделирование это метод, который в последнее время принимает большие обороты и подразумевает работать с объектами путем представления их в моделях. То, что нельзя анализировать и изучать впоследствии эксперимента, то можно узнать путем моделирования. Частично используется не только обычное моделирование, а также математическое моделирование.

Исторические методы основываются на изучение предыдущих фактов, и позволяют определить существующие закономерности. Но так как не всегда один метод оказывается достаточно эффективным, принято эти методы совмещать для получения лучших результатов.

Источник: https://reshit.ru/metody-biologicheskix-issledovanij

Методы исследования в биологии — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс)

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

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

Методы, универсальные для всех биологических наук: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

• Описательный метод. В основе его лежит наблюдение. Он широко применялся ещё учёными древности, занимавшимися сбором фактического материала и его описанием (изучение и описание животных и растений), а также применяется в настоящее время (например, при открытии новых видов).

Наблюдение — метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (восприятие природных объектов с помощью органов чувств).

Пример: наблюдать можно визуально, например за поведением животных.

Можно наблюдать с помощью приборов за изменениями, происходящими в живых объектах: например, при снятии кардиограммы в течение суток, при замерах веса телёнка в течение месяца.

Наблюдать можно за сезонными изменениями в природе, за линькой животных и т. д. Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

• Сравнительный метод стал применяться в (XVII) в. Он позволяет выявлять сходства и различия между организмами и их частями (систематизация растений и животных, разработка клеточной теории). В наше время сравнительный метод также широко применяется в различных биологических науках.
• Исторический метод — установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет). Этот метод помогает осмыслить полученные факты, сопоставить их с ранее известными результатами. Этот метод стал широко применяться во второй половине (XIX) века (обоснование теории эволюции Ч. Дарвина). Применение исторического метода позволило превратить биологию из науки описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы.
• Экспериментальный метод — это получение новых знаний (изучение явления) с помощью поставленного опыта.

Эксперимент — метод исследования в биологии, при котором экспериментатор сознательно изменяет условия и наблюдает, как они влияют на живые организмы. Эксперимент можно проводить как в лаборатории, так и на открытом воздухе.

Экспериментальный метод начал применять в своих исследованиях при изучении кровообращения Уильям Гарвей ((1578)–(1657) гг.), а широко использоваться в биологии (при изучении физиологических процессов) он начал с (XIX) в. Г. Мендель, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые применил эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основании получаемых результатов. В (XX) в., благодаря появлению новых приборов для биологических исследований (электронный микроскоп, томограф, и др.), экспериментальный метод стал ведущим в биологии.

• Моделирование, которое считают высшей формой эксперимента, также применяют в современной биологии (ведутся активные работы по компьютерному моделированию важнейших биологических процессов, основных направлений эволюции, развития экосистем и всей биосферы).

Биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология и множество других наук. Поэтому наряду с общебиологическими методами выделяют методы, которые используются частными биологическими науками:

• генетика — генеалогический метод изучения родословных,
• селекция — метод гибридизации,
• гистология — метод культуры тканей и т. д.

Научный факт — это форма научного знания, в которой фиксируется некоторое  конкретное явление,  событие; результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов.

Гипотеза — предположение или догадка; утверждение, предполагающее доказательство, в отличие от аксиом, постулатов, не требующих доказательств.

Теория — наиболее развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определённой области действительности; учение, система идей или принципов, является совокупностью обобщённых положений, образующих науку или её раздел.

Источник: https://www.yaklass.ru/p/biologia/obschie-biologicheskie-zakonomernosti/biologiia-kak-nauka-16129/istoriia-razvitiia-biologii-16130/re-3d8654b7-e941-4578-aa7f-85ee8fcbbec0

Методы исследования в биологии

Изучать природу – сложная задача. С давних времён люди говорили о «научном методе», используемом ими для этого. Сегодня учёные склоняются к мысли, что в понимании природных явлений нет никакого научного метода. Исследователи пытаются быть объективными при анализе собранных ими данных. Но поскольку сами учёные являются людьми, это не всегда получается. Однако наука – дело коллективное. Результаты одного человека всегда перепроверяются другими людьми. И если они не могут быть повторены, то отвергаются. Методы исследования в биологии похожи на методы всех наук, изучающих природу. Поиск истины – нескончаемая дорога длиною в период существование человечества. Как же биологи изучают природу? Какими путями они двигаются к истине?

При помощи описания

Классическое видение научного метода состоит в том, что наблюдения ведут к гипотезам, которые в свою очередь дают экспериментально проверяемые теории. Это и есть основные и самые старые методы исследования в биологии. Так беспристрастно оцениваются идеи, чтобы прийти к точным взглядам на природу. Однако большая часть науки является чисто описательной: чтобы понять что-то, нужно первым делом это что-то описать как можно подробнее. Описание предполагает наблюдение, сравнение, прослеживание изменения объекта или явления в историческом плане, применение приборов: микроскопов, радиолокаторов, центрифуг и др.

Методы биологии как науки
Общие с другими науками		Специфические
Эмпирические (полученные через органы чувств, идущие от опыта)	Теоретические	Оптическая, флуоресцентная и электронная микроскопия Хроматография Электрофорез Центрифугирование Метод меченных атомов Культура клеток и тканей Рекомбинантных ДНК Гибридологический Цитогенетический
Наблюдение – целенаправленное действие, направленное на изучение объектов или явлений, без вмешательства в их жизнь. Сравнение (в том числе измерение). Эксперимент – создание специальных условий для изучений объектов или явлений.	Анализ, синтез, обобщение Классификация Моделирование Математическая обработка Индукция Дедукция

Примером описательной науки является изучение биоразнообразия. В настоящее время предпринимается попытка классификации всего живого на Земле. И этот проект является чисто описательным.

Одним из важных достижений биологии на заре ХХI века была расшифровка последовательности генов в геноме человека. Много новых гипотез о природе человека возникло и ещё возникнет после этого. Для их изучения потребуется много экспериментов. Но сама расшифровка генома – пример описательного метода исследования в биологии.

Методы дедукции и индукции при исследованиях в биологии

Прийти к логическому выводу можно двумя прямо противоположными путями: при помощи дедуктивных и индуктивных рассуждений. Биология использует оба этих метода, хотя дедукция первоначально должна иметь базу из гипотез.

Дедуктивные рассуждения как метод исследования в биологии

При дедуктивном рассуждении объект рассматривается от общего к частному. Более 2200 лет назад греческий мыслитель Эратосфен, используя эвклидову геометрию и дедуктивные рассуждения, точно высчитал окружность Земли. Дедуктивные рассуждения – это мышление, основанное на достижениях математики и философии, оно используется для проверки обоснованности общих идей для всех отраслей знаний.

Например, если вы знаете, что все млекопитающие имеют волосы, а вы найдёте животное, у которого нет волос, тогда вы можете заключить, что изучаемый вами организм не является млекопитающим. Биолог использует дедуктивные рассуждения, чтобы исключить образец из общего, используя характеристики ранее изученной группы.

Индуктивные и дедуктивные рассуждения

Индуктивные рассуждения

 

В индуктивном рассуждении логика течёт в противоположном направлении, от частного к общему. При этом используются общие научные наблюдения для построения научных принципов. Например, если у пуделя есть волосы, у терьера есть волосы и у каждой собаки, которую мы наблюдаем, есть волосы, тогда мы можем заключить, что у всех собак есть волосы.

Индукция приводит к обобщениям, которые затем можно проверить. Индуктивные рассуждения стали важны в науке с 1600 годов, когда Френсис Бэкон, Исаак Ньютон и другие начали использовать результаты конкретных экспериментов для получения общих выводов об устройстве мира.

Наука основывается на гипотезах

Основываясь на гипотезах, наука проверяет прогнозы. Тестируя альтернативные предложения, она находят истинные утверждения. Если предположения не подтверждаются экспериментально, то они отвергаются как несоответствующие действительности. Методы исследования в биологии и других науках применяют для доказательства этих гипотез.  Рассмотрим последовательность доказательства гипотез.

Рождение гипотез

• После тщательного наблюдения, учёные строят гипотезу. Гипотеза – это предположение, которое может быть истинным. Те из них, которые пока не опровергнуты, являются правильными. Они полезны, потому что соответствуют известным фактам. Но от них отказываются,  если в свете новой информации они будут признаны неправильными.

Гипотезы постоянно уточняются новыми данными. Например, генетики Джордж Бидл и Эдвард Тейтум выдвинули гипотезу, что информацию об одном ферменте кодирует один ген. Позже молекулярная гипотеза была изменена. Оказалось, что фермент может состоять не из одного, а из нескольких полипептидов. Под влиянием новых данных гипотеза изменилась: «один ген – один полипептид». Другие исследователи доказали, что один ген может кодировать информацию не об одном, а о нескольких белках и гипотеза снова была уточнена.

2. Проверка гипотезы. Проверяют гипотезы при помощи эксперимента. Предположим, что вы входите в тёмную комнату. Чтобы понять, почему там темно, вы предполагаете несколько гипотез. Первая может быть: «В комнате нет света, потому что выключен выключатель». Альтернативная гипотеза может быть такой: «В комнате нет света, потому что сгорела лампочка». Третья гипотеза: «Я ослеп». Чтобы проверить эти гипотезы, вы проведёте эксперимент, предназначенный для устранения одного из предположений. Повернув выключатель и не увидев света, вы убедитесь, что первая из гипотез неверна. Однако это не доказывает, что любое из оставшихся двух предположений верно, а только позволяет точно исключить и отвергнуть одно из них. При изучении биологии вы будете сталкиваться со многими гипотезами, выдержавшими испытание экспериментом. Многие из них будут пересмотрены в будущем по мере поступления новых данных. Биология, как и любая наука, находится в постоянном движении. С появлением новых идей, старые уточняются или заменяются.

3. Уточняющий эксперимент. Часто учёные исследуют процессы, которые зависят от многих факторов или переменных. При проверке одной переменной во время эксперимента изменяют только её, остальные переменные оставляют такими как были. При этом проводят параллельно два эксперимента: тестовый и контрольный. В тестовом эксперименте проверяемую переменную изменяют, в контрольном оставляют прежней. Любая разница в результатах этих экспериментов произойдёт под влиянием изменения исследуемой переменной. Большая часть проблем экспериментальной науки возникает из-за изолирования исследуемой переменной от других привычных факторов, которые влияют на процесс.

2. Полезность гипотезы. Научная гипотеза должна быть не только обоснованной, но и полезной, она должна дать нам те знания, которые нам нужны. Гипотеза наиболее полезна, если её можно подтвердить экспериментально и лучше, если проверки она выдержит не один раз. Если проверка даёт результаты несовместимые с первыми данными, то гипотеза должна быть отклонена или изменена.

Пример: в ранней истории микробиологии учёные заметили, что бульон, оставленный открытым на воздухе, портится. Для объяснения явления были предложены две гипотезы: жизнь зарождается в нём самопроизвольно или микробы попали в него из воздуха. Гипотезы были проверены экспериментами, которые включали фильтрацию воздуха и кипячение бульона. Окончательный эксперимент был проведён Луи Пастером. Он соорудил колбу с изогнутым носиком, который пропускал воздух, но препятствовал проникновению любых бактерий. Бульон в колбе кипятили для стерилизации, он оставался чистым. Но стоило отломить носик, как он снова загрязнялся. Так была окончательно опровергнута гипотеза спонтанного зарождения жизни.

Редукция больших систем на составные части

Чтобы понять сложную систему, учёные исследуют её составные части. Такой подход применила биохимия при успешной разгадке сложного механизма функционирования клеточной мембраны. Она сконцентрировала внимание на транспорте веществ и специфических ферментах. Путём анализа всех отдельных данных учёные получили общую картину работы мембраны.

Редукционизм имеет ограничение в применении относительно живых систем. Например ферменты нельзя изучать в изоляции от живой клетки и организма в целом. Есть такие системы, функции которых нельзя предсказать на основе работы их деталей. Например работу полисом нельзя предсказать на основе анализа отдельных белков и РНК, являющихся их составными частями. А изучение одного голубя не приведёт к познанию жизнедеятельности всей голубиной стаи.

Эта область системной биологии использует математические и вычислительные модели, чтобы имея дело с целым, понимать его взаимодействующие части.

 

Изучаем части, чтобы понять целое

Метод моделирования в исследовании в  биологии

Модели используются в биологии для объяснения жизнедеятельности живых систем. Генетики строят модели взаимодействующих сетей белков и контролирующую их экспрессию генов. Они даже рисуют смешные мультяшные фигуры, чтобы представлять то, что невозможно увидеть.

 

Популяционные биологи создают модели того, как происходят эволюционные изменения. Цитологи строят модели путей передачи сигнала и событий, ведущих от внешних сигналов к внутренним процессам клетки. Молекулярные биологи строят модели структуры белков и микромолекулярных комплексов клетки. Для уточнения и тестирования модели проводят эксперимент.

Природа научных теорий

Слово теория используется учёными в двух случаях:

• если она является объяснением некоторых природных явлений, часто основанных на общих принципах. Например, принцип, впервые предложенный Ньютоном – теория гравитации. Словом теория часто объединяют понятия, которые раньше считались несвязанными;
• как совокупность взаимосвязанных концепций, поддерживаемых научным мышлением и доказанных экспериментом, объясняющим факты в какой-либо области исследования. Такая теория обеспечивает основу для дальнейшего получения знаний. Например, квантовая теория в физике объединяет набор представлений о природе мироздания, объясняет экспериментальные факты и служит руководством к дальнейшим поискам ответов на вопросы при помощи экспериментов.

Для учёного теория является прочной основой науки, несущей идеи, в которых мы больше всего уверены. Широкая публика в слове теория понимает обратное – догадку, неуверенность в знаниях. Эта разница часто приводит к путанице. Некоторые «критики» за пределами науки, пытаются дискредитировать эволюцию, говоря, что это «всего лишь теория».  Имея в виду, что это гипотеза о том, что эволюция произошла, а не то, что подкреплено неопровержимыми доказательствами.

Современная эволюционная теория – это сложный комплекс идей, важность которых распространяется далеко за пределы самой эволюции. Её ответвления пронизывают все отделы биологии, она обеспечивает концептуальные рамки, которые объединяют науку биологию в целом. Суть в том, что эволюционная теория основывается на достоверных фактах наблюдения и доказана неоднократными экспериментами.

Фундаментальные и прикладные исследования

В прошлом было модно говорить о «научном методе изучения биологии», который состоит из упорядоченной последовательности логических шагов. Каждое из двух предположений проверяется, а тестирование приводит к определённому научному ответу. Если бы это было так, то хорошим учёным стал бы компьютер. Но наука не делается компьютерами. Человек обладает способностью к воображению, он может предположить то, что правда может быть. Из-за того, что у одних людей принципиальность и воображение развиты намного сильнее, чем у других, они выделяются среди учёных, как Клод Моне выделяется среди художников.

Одни учёные проводят исследования, призванные расширить границы того, что мы знаем. Такие исследования называются фундаментальными. Они работают в университетах и их работы обычно поддерживаются грантами. Информация, полученная в результате фундаментальных исследований, способствует расширению научных знаний, обеспечивает фундамент фонда, используемого прикладными науками.

Проведение прикладных изысканий используется в практических целях, например ради производства пищевых добавок, создания новых лекарств или тестирования качества окружающей среды. Результаты исследования записываются и представляются общественности. Они проверяются и допускаются для использования на практике.

Конкретные методы исследования в биологии

Вам будет интересно