Kõigi koolidistsipliinide ja lihtsalt teaduste seas on bioloogial eriline koht. Lõppude lõpuks on see kõige iidsem, esimene ja loodusteadus, mille vastu huvi tekkis inimese enda ja tema evolutsiooni tulekuga. Selle distsipliini uurimine on eri ajastutel arenenud erinevalt. Bioloogiaalased uuringud viidi läbi üha uute meetoditega. Siiski on endiselt neid, mis olid aktuaalsed algusest peale ega ole oma tähtsust kaotanud. Millised on need teaduse õppimise viisid ja mis see distsipliin üldiselt on, käsitleme selles artiklis.

Bioloogia kui teadus

Kui süveneme sõna "bioloogia" etümoloogiasse, siis ladina keelest tõlgituna kõlab see sõna otseses mõttes kui "eluteadus". Ja tõepoolest on. See määratlus peegeldab kogu kõnealuse teaduse olemust. Just bioloogia uurib kogu meie planeedi elu mitmekesisust ja vajadusel ka väljaspool selle piire.

On mitmeid bioloogilisi, milles kõik biomassi esindajad on ühendatud ühiste morfoloogiliste, anatoomiliste, geneetiliste ja füsioloogiliste tunnuste järgi. Need on kuningriigid:

• Loomad.
• Taimed.
• Seened.
• Viirused.
• Bakterid ehk prokarüootid.

Igaüht neist esindab tohutu hulk liike ja muid taksonoomilisi üksusi, mis taas rõhutab meie planeedi looduse mitmekesisust. nagu teadus – uurida neid kõiki, sünnist surmani. Tuvastage ka evolutsiooni mehhanismid, suhted üksteise ja inimestega, loodus ise.

Bioloogia on lihtsalt üldnimetus, mis hõlmab tervet perekonda subteadusi ja distsipliine, mis tegelevad üksikasjaliku uurimistööga elusolendite ja mis tahes eluilmingute valdkonnas.

Nagu eespool mainitud, on inimesed bioloogiat uurinud iidsetest aegadest peale. Inimest huvitas, kuidas taimed, loomad ja ta ise töötasid. Viidi läbi eluslooduse vaatlusi ja tehti järeldusi, nii kogunes faktilist materjali ja teaduse teoreetiline baas.

Kaasaegse bioloogia saavutused on üldiselt kaugele edasi astunud ja võimaldavad vaadata kõige väiksematesse ja kujuteldamatult keerukatesse struktuuridesse, segada looduslike protsesside kulgu ja muuta nende suunda. Kuidas olete alati suutnud selliseid tulemusi saavutada?

Uurimismeetodid bioloogias

Teadmiste saamiseks on vaja kasutada erinevaid nende hankimise meetodeid. See kehtib ka bioloogiateaduste kohta. Seetõttu on sellel distsipliinil oma meetmete komplekt, mis võimaldab täiendada metoodilist ja faktilist varandust. See uurimismeetod koolis puudutab tingimata seda teemat, sest see küsimus on aluseks. Seetõttu räägitakse nendest meetoditest viiendas klassis loodusloo või bioloogia tundides.

Millised uurimismeetodid on olemas?

1. Kirjeldus.
2. bioloogias.
3. Katse.
4. Võrdlus.
5. Modelleerimismeetod.
6. Ajalooline meetod.
7. Moderniseeritud võimalused, mis põhinevad uusimate tehnoloogiate ja kaasaegsete seadmete kasutamisel. Näiteks: elektronspektroskoopia ja mikroskoopia, värvimismeetod, kromatograafia ja teised.

Kõik need on alati olnud olulised ja jäävad selleks ka tänapäeval. Nende hulgas on aga üks, mis ilmus esimesena ja on siiani kõige olulisem.

Vaatlusmeetod bioloogias

Just see uuringu versioon on määrav, esimene ja oluline. Mis on vaatlus? See on huvipakkuva teabe hankimine objekti kohta meeli kasutades. See tähendab, et saate aru, milline elusolend teie ees on, kasutades kuulmis-, nägemis-, kompimis-, lõhna- ja maitseorganeid.

Nii õppisid meie esivanemad eristama biomassi elemente. Nii jätkuvad bioloogiaalased uuringud tänaseni. Lõppude lõpuks on võimatu teada, kuidas röövik nukkub ja liblikas kookonist väljub, kui te seda oma silmaga ei jälgi, salvestades iga ajahetke.

Ja selliseid näiteid võib tuua sadu. Kõik zooloogid, mükoloogid, botaanikud, algoloogid ja teised teadlased jälgivad valitud objekti ja saavad täielikku teavet selle struktuuri, elustiili, keskkonnaga suhtlemise, füsioloogiliste protsesside iseärasuste ja organisatsiooni muude peensuste kohta.

Seetõttu peetakse vaatlusmeetodit bioloogias kõige olulisemaks, ajalooliselt esimeseks ja olulisemaks. Selle lähedal on teine ​​uurimismeetod - kirjeldus. Lõppude lõpuks ei piisa ainult vaatlemisest, peate ka kirjeldama, mida teil õnnestus näha, see tähendab, et salvestage tulemus. Sellest saab hiljem konkreetse objekti kohta teadmiste teoreetiline baas.

Toome näite. Kui ihtüoloog peaks läbi viima uuringuid konkreetse kalaliigi, näiteks roosa ahvena, alal, siis uurib ta ennekõike juba olemasolevat teoreetilist alust, mis on koostatud tema varasemate teadlaste vaatlustest. Pärast seda hakkab ta ennast jälgima ja registreerib hoolikalt kõik saadud tulemused. Pärast seda viiakse läbi rida katseid ja tulemusi võrreldakse nendega, mis olid juba varem kättesaadavad. See teeb selgeks küsimuse, kus näiteks need kalaliigid kudeda võivad? Milliseid tingimusi nad selleks vajavad ja kui laialt võivad need varieeruda?

On ilmne, et bioloogia vaatlusmeetod, aga ka kirjeldamine, võrdlemine ja eksperiment on tihedalt seotud üheks kompleksiks - eluslooduse uurimise meetoditeks.

Katse

See meetod on tüüpiline mitte ainult bioloogiateadustele, vaid ka keemiale, füüsikale, astronoomiale ja teistele. See võimaldab teil selgelt kontrollida üht või teist teoreetiliselt esitatud oletust. Eksperimendi abil kinnitatakse või lükatakse ümber hüpoteese, luuakse teooriaid ja esitatakse aksioome.

Eksperimentaalselt avastati loomade vereringe, taimede hingamine ja fotosüntees, aga ka hulk muid füsioloogilisi elutähtsaid protsesse.

Simulatsioon ja võrdlus

Võrdlus on meetod, mis võimaldab meil tõmmata iga liigi jaoks evolutsioonilise joone. Just see meetod on aluseks teabe hankimisele, mille alusel koostatakse liikide klassifikatsioon ja ehitatakse elupuid.

Modelleerimine on matemaatilisem meetod, eriti kui räägime mudeli koostamise arvutimeetodist. See meetod hõlmab objekti uurimisel olukordade loomist, mida pole võimalik looduslikes tingimustes jälgida. Näiteks kuidas see või teine ​​ravim inimkeha mõjutab.

Ajalooline meetod

See on aluseks iga organismi päritolu ja moodustumise, selle arengu ja transformatsiooni kindlakstegemisele evolutsiooni käigus. Saadud andmete põhjal ehitatakse teooriaid ja püstitatakse hüpoteese elu tekkimisest Maal ja iga loodusriigi arengust.

Bioloogia 5. klassis

Väga oluline on tekitada õpilastes õigeaegselt huvi kõnealuse teaduse vastu. Täna ilmuvad õpikud "Bioloogia. 5. klass", milles vaatlemine on selle aine õppimise peamine meetod. Nii omandavad lapsed järk-järgult selle teaduse kogu sügavuse, mõistavad selle tähendust ja tähtsust.

Et tunnid oleksid huvitavad ja tekitaksid lastes huvi õpitava vastu, tuleks sellele konkreetsele meetodile rohkem aega pühendada. Lõppude lõpuks, alles siis, kui õpilane ise jälgib rakkude käitumist ja nende struktuuri läbi mikroskoobi, saab ta mõista selle protsessi täielikku huvi ning seda, kui peen ja oluline see kõik on. Seetõttu on kaasaegsete nõuete kohaselt õpilaste eduka teadmiste omandamise võti tegevuspõhine lähenemine aine õppimisele.

Ja kui lapsed märgivad iga uuritava protsessi bioloogia vaatluste päevikusse, siis jääb objekti jälg neile kogu eluks. Nii kujuneb maailm meie ümber.

Teema süvaõpe

Kui me räägime erialatundidest, mille eesmärk on teaduse sügavam ja üksikasjalikum uurimine, siis peaksime rääkima kõige olulisemast. Selliste laste jaoks tuleks välja töötada spetsiaalne bioloogia süvaõppe programm, mis põhineks nii välivaatlustel (suvine praktika), kui ka pidevatel eksperimentaalsetel uuringutel. Lapsed peavad end veenma teoreetilistes teadmistes, mida neile pähe pannakse. Just siis on võimalikud uued avastused, saavutused ja teadusinimeste sünd.

Koolinoorte bioloogilise hariduse roll

Üldiselt ei pea lapsed bioloogiat õppima ainult sellepärast, et loodust tuleb armastada, hoida ja kaitsta. Aga ka seetõttu, et see avardab oluliselt nende silmaringi, võimaldab mõista eluprotsesside mehhanisme, õppida iseennast seestpoolt tundma ja oma tervise eest hoolt kandma.

Kui räägite lastele perioodiliselt kaasaegse bioloogia saavutustest ja sellest, kuidas see inimeste elu mõjutab, mõistavad nad ise teaduse tähtsust ja tähtsust. Nad on läbi imbunud armastusest selle vastu, mis tähendab, et nad armastavad ka selle objekti – elavat loodust.

Kaasaegse bioloogia saavutused

Neid on muidugi palju. Kui seame ajaraamiks vähemalt viiskümmend aastat, võime loetleda järgmised silmapaistvad edusammud kõnealuses teadusvaldkonnas.

1. Loomade, taimede ja inimeste genoomi dekodeerimine.
2. Rakkude jagunemise ja surma mehhanismide paljastamine.
3. Arenevas organismis geneetilise informatsiooni liikumise olemuse paljastamine.
4. Elusolendite kloonimine.
5. Bioloogiliselt aktiivsete ainete, ravimite, antibiootikumide, viirusevastaste ravimite loomine (süntees).

Sellised kaasaegse bioloogia saavutused võimaldavad inimestel kontrollida inimeste ja loomade teatud haigusi, takistades nende arengut. Need võimaldavad meil lahendada paljusid probleeme, mis 21. sajandi inimesi vaevavad: kohutavate viiruste epideemiad, nälg, joogivee puudus, halvad keskkonnatingimused ja muud.

Kümme kümnendi suurimat saavutust bioloogias ja meditsiinis Sõltumatu eksperdi versioon

Uued suure läbilaskevõimega DNA sekveneerimismeetodid – genoomi “hind” langeb

MicroRNA – millest genoom vaikis

Uued suure läbilaskevõimega DNA sekveneerimismeetodid – genoomi “hind” langeb

Üks kuulsa Inteli ettevõtte asutajatest G. Moore sõnastas kunagi empiirilise seaduse, mis kehtib siiani: arvuti tootlikkus kahekordistub iga kahe aasta tagant. DNA ja RNA nukleotiidjärjestuste dešifreerimiseks kasutatavate DNA sekvenaatorite tootlikkus kasvab veelgi kiiremini kui Moore'i seaduse järgi. Seetõttu genoomide lugemise hind langeb.

Seega ulatus 2000. aastal lõppenud inimgenoomi projekti tööde maksumus 13 miljardi dollarini. Hiljem ilmunud uued massisekveneerimistehnoloogiad põhinesid paljude DNA fragmentide paralleelanalüüsil (esmalt mikrosüvendites ja nüüd miljonites mikroskoopilistes tilkades). Selle tulemusena näiteks 2007. aastal 2 miljonit dollarit maksnud kuulsa bioloogi D. Watsoni, ühe DNA struktuuri avastamise autori genoomi dekodeerimine, “maksis” alles kaks aastat hiljem 100 tuhat dollarit.

Moore’i enda genoomi luges 2011. aastal firma Ion torrent, kes pakkus välja uue järjestusmeetodi, mis põhineb DNA polümeraasi ensüümide töö käigus vabanevate vesinikioonide kontsentratsiooni mõõtmisel. Ja kuigi selle töö maksumust pole avalikustatud, lubavad uue tehnoloogia loojad, et ühegi inimese genoomi lugemine ei tohiks tulevikus ületada 1000 dollarit. Ja nende konkurendid, teise uue tehnoloogia, DNA järjestuse nanopoorides loojad, esitlesid juba sel aastal prototüüpi seadmest, millel pärast mitme tuhande dollari kulutamist saab inimese genoomi järjestada 15 minutiga.

Sünteetiline bioloogia ja sünteetiline genoomika – kui lihtne on saada jumalaks

Molekulaarbioloogia poole sajandi arengu jooksul kogutud teave võimaldab teadlastel luua elussüsteeme, mida looduses pole kunagi eksisteerinud. Nagu selgub, pole seda sugugi keeruline teha, eriti kui alustada millestki juba teadaolevast ja piirduda oma väidetega selliste lihtsate organismidega nagu bakterid.

Tänapäeval korraldatakse Ameerika Ühendriikides isegi spetsiaalset võistlust iGEM (International Genetically Engineered Machine), mille raames võistlevad õpilaste meeskonnad, et näha, kes suudab standardgeenide komplekti kasutades välja pakkuda tavaliste bakteritüvede kõige huvitavama modifikatsiooni. Näiteks siirdades hästi tuntud Escherichia coli ( Escherichia coli) üheteistkümnest spetsiifilisest geenist koosnevat komplekti, nende bakterite kolooniaid, mis kasvavad Petri tassil ühtlase kihina, saab panna pidevalt värvi muutma kohas, kus valgus neile langeb. Selle tulemusena on võimalik saada nende ainulaadseid "fotosid", mille eraldusvõime on võrdne bakteri suurusega, st umbes 1 mikroniga. Selle süsteemi loojad andsid sellele nime “Koliroid”, ristades bakteri liiginime ja kuulsa ettevõtte nime “Polaroid”.

Sellel alal on ka oma megaprojektid. Nii sünteesiti genoomika ühe isa, K. Venteri seltsis üksikutest nukleotiididest mükoplasmabakteri genoom, mis ei sarnane ühegi olemasoleva mükoplasma genoomiga. See DNA suleti tapetud mükoplasma "valmis" bakterikestasse ja saadi töötav, s.o. täiesti sünteetilise genoomiga elusorganism.

Vananemisvastased ravimid - tee "keemilise" surematuseni?

Ükskõik kui palju on tuhandete aastate jooksul tehtud katseid vananemise imerohi loomiseks, on legendaarne Makropoulose ravim jäänud tabamatuks. Kuid edusammud ilmnevad ka selles pealtnäha fantastilises suunas.

Nii tekitas eelmise kümnendi alguses ühiskonnas suurt buumi punaste viinamarjade koorest eraldatud aine resveratrool. Esiteks oli selle abiga võimalik oluliselt pikendada pärmirakkude ja seejärel mitmerakuliste loomade, mikroskoopiliste nematoodiusside, puuviljakärbeste ja isegi akvaariumi kalade eluiga. Siis äratas spetsialistide tähelepanu rapamütsiin, antibiootikum, mis eraldati esmakordselt saarelt pärit mullastreptomütseedibakteritest. lihavõtted. Selle abiga oli võimalik pikendada mitte ainult pärmirakkude, vaid isegi laborihiirte eluiga, mis elasid 10-15% kauem.

Tõenäoliselt ei kasutata neid ravimeid iseenesest laialdaselt eluea pikendamiseks: näiteks rapamütsiin pärsib immuunsüsteemi ja suurendab nakkushaiguste riski. Praegu on aga käimas aktiivne uurimine nende ja sarnaste ainete toimemehhanismide kohta. Ja kui see õnnestub, võib unistus ohututest ravimitest elu pikendamiseks täituda.

Tüvirakkude kasutamine meditsiinis – ootame revolutsiooni

Täna on USA riiklike terviseinstituutide kliiniliste uuringute andmebaasis loetletud peaaegu pool tuhat uuringut, milles on kasutatud erinevatel uurimisetappidel tüvirakke.

Siiski on murettekitav, et esimene neist, mis puudutas närvisüsteemi rakkude (oligodendrotsüütide) kasutamist seljaaju vigastuste raviks, katkes 2011. aasta novembris teadmata põhjusel. Pärast seda teatas selle uurimistöö läbi viinud Ameerika ettevõte Geron Corporation, üks tüvebioloogia valdkonna pioneere, et piirab täielikult oma tööd selles valdkonnas.

Tahaks aga uskuda, et tüvirakkude meditsiiniline kasutamine koos kõigi nende maagiliste võimalustega on ukse ees.

Iidne DNA – neandertallastest katkubakteriteni

1993. aastal ilmus film Jurassic Park, kus ekraanil kõndisid koletised, mis loodi merevaigusse immutatud sääse maos säilinud dinosauruse vere DNA jäänustest. Samal aastal nentis paleogeneetika valdkonna üks suuremaid autoriteete, inglise biokeemik T. Lindahl, et isegi kõige soodsamatel tingimustel ei saa fossiilsetest jäänustest eraldada üle 1 miljoni aasta vanust DNA-d. Skeptikul oli õigus – dinosauruste DNA on endiselt kättesaamatu, kuid noorema DNA ekstraheerimise, amplifitseerimise ja järjestamise meetodite tehniliste täiustuste areng viimase kümnendi jooksul on olnud muljetavaldav.

Praeguseks on täielikult või osaliselt läbi loetud neandertallase, hiljuti avastatud Denisovani ja paljude fossiilsete jäänuste genoomid. Homo sapiens, aga ka mammut, mastodon, koopakaru... Mis puutub kaugemasse minevikku, siis uuriti taimede kloroplastide DNA-d, mille vanus ulatub 300-400 tuhande aastani, ja bakterite DNA-d vanuses 400-600 tuhat aastat. .

“Noorema” DNA uuringutest väärib märkimist 1918. aastal kuulsa “hispaania gripi” epideemia põhjustanud gripiviiruse tüve genoomi ja 14. sajandil Euroopat laastanud katku bakteritüve genoomi dekodeerimine; mõlemal juhul eraldati analüüsiks vajalikud materjalid haigusesse surnute maetud säilmetest.

Neuroproteesid – inimene või küborg?

Need saavutused kuuluvad pigem inseneri- kui bioloogilise mõtlemise alla, kuid see ei muuda neid vähem fantastiliseks.

Üldiselt leiutati kõige lihtsam neuroproteesi tüüp – elektrooniline kuuldeaparaat – enam kui pool sajandit tagasi. Selle seadme mikrofon kogub heli ja edastab elektriimpulsid otse kuulmisnärvi või ajutüvesse – nii on võimalik kuulmine taastada ka patsientidel, kelle kesk- ja sisekõrva struktuur on täielikult hävinud.

Mikroelektroonika plahvatuslik areng viimase kümne aasta jooksul on võimaldanud luua seda tüüpi neuroproteese, et on aeg rääkida võimalusest muuta peagi inimene küborgiks. See on tehissilm, mis töötab samal põhimõttel nagu kuulmisseade; ja seljaaju läbivate valuimpulsside elektroonilised summutajad; ja automaatsed tehisjäsemed, mis on võimelised mitte ainult ajust juhtimpulsse vastu võtma ja toiminguid sooritama, vaid ka aistinguid ajju tagasi edastama; ja Parkinsoni tõvest mõjutatud ajupiirkondade elektromagnetilised stimulaatorid.

Tänaseks on juba käimas uuringud, mis puudutavad aju erinevate osade integreerimise võimalust arvutikiipidega, et parandada vaimseid võimeid. Kuigi see idee pole veel kaugeltki täielikult teostatud, on videoklipid, mis näitavad kunstkätega inimesi enesekindlalt nuga ja kahvlit kasutamas ning jalgpalli mängimas, hämmastavad.

Mittelineaarne optika mikroskoopias – nähtamatu nägemine

Füüsikakursusest saavad õpilased kindlalt aru difraktsioonipiiri kontseptsioonist: parima optilise mikroskoobiga on võimatu näha objekti, mille mõõtmed on väiksemad kui pool lainepikkusest jagatuna keskkonna murdumisnäitajaga. Lainepikkusel 400 nm (nähtava spektri violetne piirkond) ja umbes ühtse murdumisnäitaja juures (nagu õhk) on alla 200 nm objektid eristamatud. Nimelt kuuluvad sellesse suurusvahemikku näiteks viirused ja palju huvitavaid rakusiseseid struktuure.

Seetõttu on viimastel aastatel bioloogilises mikroskoopias laialdaselt arenenud mittelineaarse ja fluorestseeruva optika meetodid, mille puhul difraktsioonipiiri kontseptsioon ei ole rakendatav. Tänapäeval on selliste meetodite abil võimalik üksikasjalikult uurida rakkude sisemist struktuuri.

Disainervalgud – evolutsioon in vitro

Nagu sünteetilises bioloogias, räägime ka looduses millegi enneolematu loomisest, ainult et seekord mitte uutest organismidest, vaid üksikutest ebatavaliste omadustega valkudest. Seda on võimalik saavutada nii täiustatud arvutimodelleerimismeetodite kui ka “in vitro evolutsiooni” abil – näiteks tehisvalkude selekteerimisel spetsiaalselt selleks loodud bakteriofaagide pinnal.

2003. aastal lõid Washingtoni ülikooli teadlased arvutistruktuuri ennustamise meetodeid kasutades Top7 valgu – maailma esimese valgu, mille struktuuril pole eluslooduses analooge. Ning nn tsink sõrmede - valkude elementide, mis tunnevad ära erinevate järjestustega DNA sektsioone, teadaolevate struktuuride põhjal oli võimalik luua kunstlikke ensüüme, mis lõhustavad DNA mis tahes etteantud kohas. Selliseid ensüüme kasutatakse tänapäeval laialdaselt genoomiga manipuleerimise vahenditena: näiteks saab nende abil eemaldada inimese raku genoomist defektse geeni ja sundida rakku seda normaalse koopiaga asendama.

Personaliseeritud meditsiin – geenipasside saamine

Arusaam, et erinevad inimesed haigestuvad ja neid tuleks erinevalt kohelda, pole kaugeltki uus. Isegi kui unustame erineva soo, vanuse ja elustiili ning ei võta arvesse geneetiliselt määratud pärilikke haigusi, võib meie individuaalne geenikomplekt ikkagi unikaalselt mõjutada nii paljude haiguste tekkeriski kui ka ravimite toime olemust organismile.

Paljud on kuulnud geenidest, mille defektid suurendavad vähiriski. Teine näide puudutab hormonaalsete rasestumisvastaste vahendite kasutamist: kui naine kannab V-faktori (üks vere hüübimissüsteemi valkudest) Leideni geeni, mis ei ole eurooplaste jaoks haruldane, suureneb tema tromboosirisk järsult, kuna nii hormoonid kui ka see. geenivariant suurendab vere hüübimist.

DNA sekveneerimistehnikate arenedes on saanud võimalikuks individuaalsete geneetiliste tervisekaartide koostamine: on võimalik kindlaks teha, millised teadaolevad haiguse või ravimivastusega seotud geenide variandid esinevad konkreetse inimese genoomis. Sellise analüüsi põhjal saab anda soovitusi sobivaima dieedi, vajalike ennetavate uuringute ja ettevaatusabinõude kohta teatud ravimite kasutamisel.

MicroRNA – millest genoom vaikis

1990. aastatel. Avastati RNA interferentsi fenomen – väikeste kaheahelaliste desoksüribonukleiinhapete võime vähendada geenide aktiivsust nendelt loetud messenger-RNA-de lagunemise tõttu, millel sünteesitakse valke. Selgus, et rakud kasutavad seda regulatsioonirada aktiivselt, sünteesides mikroRNA-sid, mis seejärel lõigatakse vajaliku pikkusega fragmentideks.

Esimene mikroRNA avastati 1993. aastal, teine ​​alles seitse aastat hiljem ning mõlemas uuringus kasutati nematoodi Caenorhabditis elegans, mis on nüüd üks peamisi eksperimentaalseid objekte arengubioloogias. Siis aga sadas avastusi nagu küllusesarvest.

Selgus, et mikroRNA-d osalevad inimese embrüo arengus ning vähi, südame-veresoonkonna ja närvihaiguste patogeneesis. Ja kui sai võimalikuks üheaegselt lugeda kõigi inimraku RNA-de järjestusi, selgus, et tohutu osa meie genoomist, mida varem peeti vaikivaks, kuna see ei sisaldanud valke kodeerivaid geene, toimib tegelikult mall mikroRNA-de ja muude mittekodeerivate RNA-de lugemiseks.

D. b. n. D. O. Žarkov (keemiainstituut
bioloogia ja fundamentaalmeditsiin
SB RAS, Novosibirsk)­

Mis tahes elusobjekti uurimine ühel või teisel viisil puudutab selle bioloogilisi omadusi ja koostoimet välismaailmaga.

Võib öelda, et inimene hakkas bioloogiat õppima kohe, kui ta intelligentseks sai:

1. Zooloogia, botaanika, ökoloogia. Looma- ja taimemaailma uurimine inimühiskonna kui toiduallika, elupaikade ning loomade ja taimede leviku kujunemise esimestel etappidel.
2. Geneetika ja valik. Loomade kodustamine ja uute tõugude aretamine, taimede kodustamine ja uute antud omadustega sortide saamine.
3. Meditsiin, veterinaarmeditsiin, biotehnoloogia ja bioinformaatika. Elusorganismide talitluse uurimine füsioloogiliste parameetrite parandamiseks. Farmaatsiatööstuse ja toiduainetööstuse areng.

Bioloogia tänapäeva maailmas

Nagu iga teadus, on ka bioloogia aja jooksul omandanud arenenumad viisid meid ümbritseva maailma uurimiseks, kuid ei ole kaotanud oma tähtsust nii iga inimese kui ka ühiskonna kui terviku jaoks.

Näited

Mõned bioloogiateaduse saavutused on püsinud praktiliselt muutumatuna alates nende kasutuselevõtust inimellu, mõned on läbi teinud tõsiseid modifikatsioone ja jõudnud tööstuslikule tasemele ning mõned said võimalikuks alles 20. sajandil tänu teaduse ja tehnika arengule.

1. Pärmi ja piimhapet kasutatakse leiva, jookide, piimatoodete ning toidu- ja loomasöödalisandite tootmisel.
2. Hallitusseened ja geneetiliselt muundatud bakterid: ravimid, sidrunhape.
3. Õli lagundavad bakterid aitavad võidelda õlireostusega.
4. Algloomad lagundavad orgaanilisi jäätmeid reoveepuhastites.
5. Hüdropoonika – taimede kasvatamine ilma mullata aitab arendada agrotööstuskompleksi piirkondades, kus põllumajandus on kliima tõttu raskendatud.
6. Raku- ja koekultuuride kasvatamine "in vitro" tundub väga paljutõotav. Toiduainetööstus saab ainult taimede söödavad osad ilma täiendava töötlemiseta. Meditsiini jaoks avanevad tohutud võimalused elundite ja kudede siirdamiseks ilma doonorit otsimata.

Hiljutised edusammud bioloogias on viinud teaduse täiesti uute suundade esilekerkimiseni. Seega oli geenitehnoloogia aluseks geeni molekulaarse olemuse väljaselgitamine - meetodite kogum, mis võimaldab konstrueerida pro- ja eukarüootseid rakke uue geneetilise programmiga. Selle põhjal on loodud antibiootikumide, hormoonide (insuliini), interferooni, vitamiinide, ensüümide ja muude bioloogiliselt aktiivsete ravimite tööstuslik tootmine.
Bioloogia saavutuste hulgas võib märkida suure hulga Maal eksisteerivate elusorganismide liikide kirjeldamist, raku-, evolutsiooni-, kromosoomiteooriate loomist, valkude ja nukleiinhapete struktuuri dešifreerimist jne. Praktikas aitas see kaasa põllumajandusliku tootmise efektiivsuse tõstmisele, meditsiini, biotehnoloogia arengule ning ratsionaalse keskkonnajuhtimise aluste loomisele.

Need, kes järgivad molekulaarbioloogia saavutused, pidi olema juba harjunud, et selles noores teaduses, mis on jõudnud alles kolmandasse kümnendisse, tehakse suuri avastusi sageli, isegi väga sageli. Vaid 17 aastat tagasi pakkusid ameeriklane James Watson ja inglane Francis Crick välja hüpoteesi DNA molekuli struktuuri kohta, mis nende arvates oli geneetilise informatsiooni hoidja, mida tollal enamik biolooge ei jaganud. Üsna pea, fantastiliselt lühikese ajaga, sai eksperimentaalselt tõestatud Watsoni ja Cricki arvamus, et DNA kannab tegelikult kogu organismi geenide registrit. Kuuekümnendate aastate alguseks sai selgeks, et DNA molekulide geneetiline informatsioon kandub üle sarnase struktuuriga RNA molekulidele. Viimased ühenduvad spetsiaalsete rakustruktuuridega – ribosoomidega, milles toimub valgusüntees. Veidi varem lõid G. Gamow (USA), F. Crick jt geneetilise koodi loogiliselt tervikliku mudeli. Kõige olulisem oli see, et oli rangelt näidatud, miks rakk vajab geneetilist teavet (spetsiifiliste valkude süntees, mis määravad elu omadused ja võime täita erinevaid elulisi funktsioone). Samuti näidati, kuidas DNA molekuli üksikud elemendid (Gamow sõnul, millega kõik nõustusid, DNA ahelas paiknevad nukleotiidide kolmikud) kodeerivad ribosoomides sünteesitud valkude struktuuri.
Vähesed inimesed ootasid – isegi väga läbinägelike geneetikute seas –, et juba 1961. aastal hakkavad Crick ja tema kolm assistenti geneetilise koodi üldise olemuse probleemist lahti rääkima. Tõsi, tee aminohappeid kodeerivate üksikute kolmikute koostise dešifreerimiseni avas sama 2000. aasta suvel Moskvas kajastatud M. Nirenbergi ja D. Mattei töö. Ja oli täiesti raske ette kujutada, et vaid kaks ja pool aastat hiljem pakuksid ameeriklased M. Nirenberg ja F. Leder välja meetodi, mis võimaldaks välja selgitada kõigi 64 geenikoodisõna täpse struktuuri. Aastaga teadsid geneetikud looduse päriliku tähestiku.

Kuid nende probleemide lahendamine ei suurendanud meie teadmisi geeni täpse struktuuri, individuaalse teabe molekulide ja transpordi RNA-de täpse struktuuri kohta. Aastatel 1964-1965 dešifreerisid Holly USA-s ja A. Baev Vene Föderatsioonis esimesed, kõige väiksemad geneetilisi saladusi teenivad molekulid – transport-RNA molekulid. 1967. aastal õnnestus USA-s A. Kornbergi laboris pärast pikki aastaid kestnud ebaõnnestunud katseid sünteesida toimiv faagi 0X174 DNA molekul. Aasta hiljem õnnestus G. Koranal (USA-sse kolinud indiaanlane) geniaalse katse käigus sünteesida esimene pärmi ülekande-RNA geen. Ja nüüd, kõigest aasta hiljem, on elust eraldatud puhas geen DNA molekulid!
Paradoksaalsel kombel ei olnud see oma ülesehituse, teostuse ja tagajärgede poolest teadusele suurejooneline eksperiment eesmärk omaette. Geneetilise informatsiooni rakendamise molekulaarsete aluste alal tuntud ekspert Beckwith toob eessõnas välja peamise eesmärgi, mida tema ja ta kolleegid oma tööd alustades taotlesid. Nende jaoks oli oluline leida vihjeid pikaajalise vaidluse lahendamiseks selle üle, millal geenide aktiivsust reguleeritakse. Seal oli kaks lähenemist. Esimese kohaselt võib kümme ise (st rangelt määratletud nukleotiidjärjestusega DNA osa) olla reguleerimise areen. Sel juhul kopeeritakse aktiveeritud geenidest messenger-RNA, kuid represseeritud geenidest sellist kopeerimist ei toimu.

Seega on bioloogia üsna noor, kuid üsna progressiivne teadus, mis on inimestele üsna kasulik.

Loeng:

Bioloogia kui teadus

Bioloogiast sai omaette teadus 19. sajandil, mil mõistet “bioloogia” hakkasid kasutama korraga mitu teadlast – Jean Baptiste Lamarck ja Gottfried Reinhold Treviranus aastal 1802 ning Friedrich Burdach aastal 1800. Enne seda tegelesid loodusloo ja meditsiiniga. elusolendite mõningate aspektide uurimisel.

Bioloogia õppeobjekt on elu kõigis oma ilmingutes - evolutsioon, elusolendite levik planeedil, selle struktuur, funktsioneerimisprotsessid, klassifikatsioon, organismide omavahelised ja keskkonnaga seotud suhted.

Kaasaegse bioloogia aluseks on 5 põhiprintsiipi:

rakuteooria;

geneetika;

evolutsioon;

homöostaas;

Bioloogia meetodid

Bioloogilised meetodid on tehnikad, mida teadlased kasutavad elusorganismide kohta uute teadmiste saamiseks.

Iga teadlase põhireegel on põhimõte "mitte võtta midagi iseenesestmõistetavaks" - iga nähtust tuleb täpselt uurida ja saada selle kohta usaldusväärseid teadmisi.

Bioloogia meetodid on meetodid, mille abil luuakse täpsete teaduslike teadmiste süsteem. Need sisaldavad:

Vaatlus. Teadlaste esimene kokkupuude millegagi, mida pole veel uuritud.

Kirjeldus nähtus, uus organism, selle omadused;

Süstematiseerimine. See on uute teadmiste korrelatsiooniprotsess olemasolevate süsteemidega – äsja avastatud organismi koha evolutsioonipuul, selle keemilise struktuuri, paljunemisomaduste ja muude omaduste kindlaksmääramine juba olemasolevate teadmissüsteemidega;

Võrdlus. Sarnaste nähtuste otsimine, sarnaste tõendite uurimine, millega teised teadlased on juba kokku puutunud, kirjeldused ja lõpetamata uuringud;

Katse. Katsete seeria läbiviimine uue teooria või hüpoteesi kinnitamiseks või ümberlükkamiseks.

Analüütiline meetod. See hõlmab kogu teabe kogumist ja võrdlemist mis tahes probleemi kohta.

Ajalooline meetod. Võimaldab uurida organismide ajaloolise arengu mustreid, pöördudes olemasolevate teadmiste poole.

Modelleerimine. Organismi ehituse, tema elundite talitluse, koostoime teiste elusorganismidega võimalike variantide konstrueerimine ja arvutamine. Need võivad olla arvutimudelid, struktuuri kolmemõõtmelised mudelid või matemaatiline meetod.

Kasutatakse universaalseid, mis on ühised kõigile teadusteleteaduslike teooriate koostamise reeglid:

vaatlus mis tahes nähtus, elusorganismi omadused, selle omadused;

hüpoteesi püstitamine – kuidas ja miks on vaadeldav nähtus võimalik, selle esialgne selgitus varem teadaolevate teadmiste põhjal;

katse– kas nähtus on olemuselt konstantne või juhuslik, kas see avaldub katsetingimuste muutumisel ühtemoodi, millised konkreetsed tingimused seda mõjutavad;

pärast eksperimentaalset kinnitust hüpoteesist saab teooria ;

teooria testimiseks ja otsides küsimustele täpseid vastuseid, viivad teadlased läbi täiendavaid katseid.

Kasutatakse ka iga konkreetse teaduse jaoks spetsiifilisi meetodeid, bioloogia jaoks on need järgmised:

genealoogiline . Esivanemate otsimine, äsjaavastatud organismi korrelatsioon võimalike sugulastega evolutsioonipuul;

koekultuur. Keha füsioloogiliste omaduste, erinevate tegurite mõju uurimiseks viiakse läbi uuringud selle kudede proovidega;

embrüoloogiline. Elusorganismi arenguprotsessi uurimine enne selle sündi;

tsütogeneetiline. Genoomi ja rakustruktuuri uurimine;

biokeemiline. Rakusisu, kudede, sisekeskkonna ja kehaeritiste keemilised uuringud.

Bioloogilisi meetodeid on palju, lisaks ülalloetletutele kasutatakse neid laialdaselt teaduses: hübridiseerimine, paleontoloogiline, tsentrifuugimine ja paljud teised.

Bioloogia roll loodusteadusliku maailmapildi kujunemisel

Teadmised biosfääri kohta aitavad inimkonnal teha prognoose pika- ja lühiajaliste protsesside kohta Maal ning proovida neid juhtida. Seega, teades roheliste taimede rolli planeedi hapnikukeskkonna kujunemisel, mõistab inimene metsade säilitamise tähtsust. Omades teadmisi organismide omavahelistest suhetest, ei luba inimkond praegu enam ohtlikke katseid uute loomade ja taimede viimiseks stabiilsesse ökosüsteemi, see on lausa sätestatud rahvusvahelises seadusandluses. Inimesed ei tee enam selliseid vigu, nagu toovad küülikuid Austraaliasse või kährikuid NSV Liidu Kaug-Itta. Praegu on Californias probleemiks saanud võõrtaimede liigid, mis suruvad alla kohaliku taimestiku väärtuslikke reliktliike.

Bioloogiateadused suudavad lahendada palju probleeme toiduga kindlustatusega. Uute taime- ja loomaliikide aretamine võib tõsta tootlikkust, kaitsta põllukultuure kahjurite eest ja tõsta põllumajanduse tootlikkust.

GeneetikaJafüsioloogia Praegu on neil väga oluline roll meditsiiniliste teadmiste omandamisel, uute ravimeetodite väljatöötamisel, ravimite loomisel, võimaldades võita ravimatuks peetud haigusi ja patoloogiaid, samuti ennetada ja peatada nende arengut. ettemaks.

Kasutades mikrobioloogia Arendatakse vaktsiine ja seerumeid, uusi toiduainete ja jookide sorte.

Dendroloogia ja ökoloogia võimaldada ehitus- ning tselluloosi- ja paberitööstust varustada taastuva loodusressursiga – puiduga.

Entomoloogia ja botaanika – aidata arendada ja täiustada juba tuntud kangatüüpe.

Kõik bioloogiateadused, sealhulgas paleontoloogia ja teised, mis tunduvad ebaolulised, mõjutavad tugevalt teadmiste esitamist planeedi arenguloost, inimese kohast elusorganismide seas, aitavad parandada elukvaliteeti ja kaitsta. kahjulike keskkonnategurite mõju eest.