Методы биологических исследований

Живую материю на разных уровнях её организации изучают с помощью различных методов, основные из которых - сравнительно-описательный, экспериментальный, мониторинг и моделирование. Полученные результаты обрабатывают с помощью математически-статистического анализа.

Сравнительно-описательный метод - один из древнейших в биологии. Его применял ещё выдающийся древнегреческий учёный Аристотель, который описал примерно 500 известных ему видов. Суть этого метода заключается в том, что определённые формы организмов или явлений не только описывают, но и сравнивают с подобными организмами или явлениями. Это позволяет установить своеобразие объекта исследований. Например, для того чтобы описать новый вид организмов, учёные-систематики должны сравнить его с близкими известными видами и указать на их различия. То же касается и органических соединений, биохимических процессов, строения клеток и т. п.

Итак, для проведения научных исследований любой объект необходимо классифицировать, т. е. определить степень сходства и отличия от других. При этом сравнивают только в пределах определённого уровня организации живой материи, то есть молекулы сравнивают только с молекулами, клетки - с клетками, популяции - с популяциями, виды - с видами и т. д.

Методы биологических исследованийЭкспериментальный метод биологии основан на том, что исследователи изменяют строение объекта исследования, условия его существования, влияют на него с помощью различных факторов и наблюдают за последствиями этих изменений. Такие эксперименты можно проводить как в природе (полевые эксперименты), так и в научно-исследовательских учреждениях (лабораторные эксперименты). В лабораторных экспериментах часто используют подопытные организмы, которых разводят и содержат в специальных помещениях.

Мониторинг (от лат. монитор – тот, кто напоминает, предупреждает) - это постоянное наблюдение за состоянием отдельных биологических объектов, ходом определённых процессов в конкретных биогеоценозах или биосфере. Мониторинг осуществляют преимущественно на популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном уровнях. Он позволяет не только определять состояние объектов исследования, но и прогнозировать возможные изменения, а также анализировать их последствия (например, возможные изменения климата нашей планеты в связи с накоплением в атмосфере двуокиси углерода). Мониторинг позволяет своевременно выявлять негативные изменения в структуре и функционировании отдельных популяций, биогеоценозов или биосфере в целом и своевременно разрабатывать мероприятия по их охране.

Моделирование (от лат. модулюс - устройство, образец) - метод исследования и демонстрации структур, функций, процессов посредством их упрощённого воспроизведения. Этот метод - обязательный этап различных научных исследований, особенно тех, в которых объекты или процессы невозможно непосредственно наблюдать или воспроизводить экспериментально. Любая модель неизбежно упрощена и не отражает всю сложность объектов, процессов или явлений, которые наблюдают в природе, а отражает лишь общие их черты или возможный ход. Однако моделирование имеет исключительное значение, поскольку позволяет прогнозировать возможные последствия различных процессов или явлений.

Особое место здесь принадлежит математическому моделированию, благодаря которому можно проанализировать сложные количественные взаимосвязи и закономерности. Математическая модель - это численное (в виде системы уравнений) выражение парных взаимосвязей (например, зависимость численности популяции растительноядных животных от численности популяции хищника). Изменяя численное значение одного из показателей, введённых в модели, можно определить, как будут изменяться другие. Математическое моделирование, как и другие научные исследования, невозможно без применения современной электронно-вычислительной техники.

Статистический метод биологии. Любые результаты наблюдений, экспериментов или моделирования, требуют статистической (математической) обработки. Математическая обработка нужна для проверки степени достоверности полученных результатов и правильного их обобщения. Применение методов математической статистики в биологии способствовало её превращению из науки описательной в точную науку, основанную на математическом анализе полученных данных.

Научные понятия

Любая наука оперирует определёнными понятиями, такими как научный факт, гипотеза, теория, закон.

Научный факт (от лат. фактум - сделано) - это то, что на самом деле установлено (структура, событие, явление и т. п.), но требует научного объяснения. На научных фактах основываются гипотезы или теории. Однако иногда, даже всеми признанные научные факты внезапно опровергаются или становятся под вопросом, вследствие научного прогресса.

Гипотеза (от греч. гипотезис - предположение) - научно обоснованное предположение, выдвигаемое для объяснения того или иного научного факта, процесса или явления. Гипотеза, подтверждённая научными исследованиями, практикой, становится научной теорией. Научная теория (от греч. теория - наблюдение, исследование) - это обобщение определённой системы фактов и закономерностей. Любую теорию можно считать научной лишь после того, как она подтверждена на практике.

Статистически достоверную закономерность в биологии называют правилом или научным законом. Биологические законы - это закономерности, в основном не имеют исключений и могут толковаться только определённым образом (вспомните законы, которые вы изучали по другим предметам).

Человек и окружающая среда

Методы биологических исследованийОдна из центральных проблем, стоящих перед современной биологией, - проблема взаимоотношений человека и окружающей среды. Уже в древние времена люди понимали, что невозможно долго пренебрегать законами природы, которые поддерживают в равновесии всё огромное биологическое разнообразие нашей планеты. В XVII веке английский философ Френсис Бэкон писал: «Мы не можем управлять природой иначе, чем подчиняясь ей». Необходимость избегания всеобъемлющего экологического кризиса отмечал выдающийся украинский учёный Владимир Иванович Вернадский. В первой половине XX века он создал учение о ноосфере, в основе которого - идея о гармоничном вхождение человека и его хозяйственной деятельности в круговорот веществ природы, который происходит на нашей планете. Для этого необходимо объединить усилия всего человечества, направленные на рациональное использование природных ресурсов, разрабатывать новые прогрессивные технологии, которые не наносят ощутимый вред природе. Идейной основой этого учения является возвращение к экуменическому мировоззрению технически неразвитых обществ прошлого, но уже на новом техногенном уровне. Это позволит решить две, на первый взгляд взаимоисключаемые, проблемы: обеспечить комфортные условия жизни всех людей и сохранить, и улучшить состояние биосферы.




Ключевые разделы: Общая биология / Прикладная биология / Учёные
Дата: 8-08-2014 |