Методы биологических исследований. Значение биологии

       Биология получает знания разными методами на протяжении длительного времени. Человек еще на ранних этапах развития исследовал природу, получал сведения о растительном и животном мире. Это обеспечивало выживание. Наиболее важную информацию об окружающем мире люди запоминали и передавали из поколения в поколение. В более позднее время появились описания полезных растений и животных, их свойств, способов использования. Так зарождалась биология — как один из способов изучения и познания окружающего мира.

           В основе любой науки всегда лежит научный метод, определяющий совокупность приемов и операций, которые используются при построении системы научных знаний.

         Научное исследование состоит из двух этапов: эмпирического и теоретического. На основании собранных фактов ученые формулируют проблему исследования.

Для ее решения выдвигают несколько гипотез, каждая из которых подтверждается или опровергается экспериментально. В ходе этого процесса могут быть получены новые факты. Если факты противоречат выдвинутой гипотезе, то она отвергается. Если полученные факты подтверждают выдвинутую гипотезу, то гипотеза становится теорией. Каждая теория по мере получения новых фактов может уточняться и перерабатываться.

          Какие же научные методы исследования применяются в биологии? К часто используемым методам относят: наблюдение, описание, сравнение, эксперимент, сравнительный метод.

         Методы наблюдения и описания — первые приемы изучения природы. Наблюдение и описание объектов как метод сбора информации очень важны. Они обеспечивают накопление фактического материала, на основе которого можно строить теории, открывать законы, устанавливать закономерности. Карл Линней в основу своей научной деятельности положил эти методы и сделал описание около 1500 видов растений.

           Эти методы не утратили своего значения и сегодня. Наблюдение очень важно для изучения объектов живой природы в естественных условиях существования. Это непосредственное наблюдение за поведением, физиологией, миграцией, размножением организмов в природе. Для этих целей используются бинокль, видеокамеры, микроскопы, биохимические анализаторы, разнообразное измерительное оборудование.

         Орнитолог видит птицу в бинокль, может слышать и фиксировать прибором ее пение. В некоторых случаях используются особые приборы, фиксации звуков, которые не слышит человеческое ухо. Например, звуки летучих мышей, которые они издают при полете и поиске пищи.

        Описание считается основным методом классической биологии, которая базируется на наблюдении.

         Позже описательный метод лег в основу сравнительного и исторического методов биологии. Описание большого количества организмов необходимо было приводить в систему. Путем сопоставления организмов удалось установить их сходства и различия.

            Сравнительный метод впервые стал использоваться в XVIII в. Он заключается в сопоставлении организмов и их частей. Сравнение и сопоставление организмов требуют предельной внимательности. Например, в природе есть насекомые с черно-желтыми полосками на теле, все считают их осами. Однако только внимательный наблюдатель обнаружит у некоторых из них признаки мухи. Для этого необходимо увидеть количество крыльев, которое отличается у мух и пчел. Так работает сравнительный метод на практике.

          Николай Иванович Вавилов открыл закон гомологических рядов благодаря сравнению признаков злаковых растений.

           Именно принципы сравнения в свое время легли в основу начальной систематики, которую создал Жан Батист Ламарк. Применение сравнительного метода в анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других науках способствовало утверждению эволюционных представлений в биологии. На принципах этого метода была основана систематика и сделано одно из крупнейших обобщений — создана клеточная теория. Сравнительный метод постепенно перерос в исторический.

         Он считается более сложным, так как выясняет закономерности появления и развития организмов в ходе эволюционной истории Земли. Существованию исторического метода познания наука обязана Чарльзу Дарвину.

         Эксперимент — это более активная форма изучения биологических объектов. Любой эксперимент предполагает наличие четко сформулированной цели и задачи исследования. Перед тем как использовать метод эксперимента, ученые выдвигают гипотезы. Эксперимент широко используют растениеводы: проверяют условия выращивания ценных культур, роль минерального питания, разрабатывают методы агротехники. В биологии известны эксперименты Франческо Реди и Луи Пастера. Блестящими экспериментаторами были Иван Петрович Павлов и Иван Михайлович Сеченов. Они внесли большой вклад в создание науки о высшей нервной деятельности.

          Самой высокой ступенькой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Моделирование предполагает изучение процесса или явления через воспроизведение его в виде модели. Моделирование считается сложным методом познания, потому что создаваемая модель должна отражать свойства изучаемого явления или процесса.

          Современный метод моделирования можно представить в виде знаковой, или математической модели. При этом эксперимент сводится к определенным математическим расчетам, как правило, с использованием компьютера. Моделирование дает возможность прогнозировать последствия природных и техногенных катастроф, направления смены экологических систем, объемы выращиваемой сельскохозяйственной продукции и многое другое.

          В России осуществляется проект «Марс-500». Он включает научные эксперименты, моделирующие те или иные аспекты межпланетного пилотируемого полета.

      В биологии применяется и мониторинг — длительное наблюдение за состоянием объекта. Мониторинг часто используется для выявления изменений видового разнообразия. В нашей стране осуществляется Государственный мониторинг окружающей среды, в ходе которого ведутся наблюдения за состоянием окружающей среды, делается прогноз изменений под действием природных и антропогенных факторов. В рамках государственного мониторинга ведется отслеживание редких растений и животных.

      В настоящее время проводится государственный мониторинг популяции амурского тигра, снежного барса, синих китов, стерхов, или белых журавлей, дальневосточной черепахи.

          Комплексное использование различных методов позволяет наиболее полно познать явления и объекты природы.

         Познание законов функционирования живых организмов позволяет не только составить точную картину мира, но и использовать знания на практике.

           Развитие биологии на основе научных методов имеет теоретическое и практическое значение. Теоретическое значение биологии заключается в формировании мировоззрения человека. Другая задача биологии состоит в формировании у современного человека экологического мышления, понимания необходимости охранять и рационально использовать природные ресурсы.

         Биология создает научную базу для реализации практических задач. Одной из них является совершенствование технологий производства продовольствия. Ученые установили, что возможности воспроизводства продуктов питания на Земле практически исчерпаны. Огромные площади ежегодно выводятся из сельскохозяйственного использования в результате их засоления, опустынивания. Поэтому современное сельское хозяйство вынуждено развиваться на основе новых интенсивных технологий. В настоящее время достаточно быстро развиваются методы биотехнологии, основанные на генной и клеточной инженерии.

          Особое значение имеет биология для медицины. С использованием новых методов решаются проблемы вирусных и бактериальных заболеваний, исследуется молекулярная природа памяти, изучаются причины старения, формирование механизмов борьбы с зависимостью от никотина, наркотиков, алкоголя.

        Стоит обратить внимание и на производство современных лекарств. В этой сфере химики-фармацевты уступают место молекулярно-клеточным биологам. Методы генной инженерии способны создавать экологически и генетически чистые лекарства.

       Появилась принципиально новая технология размножения клеток и организмов путем клонирования. В 1996 г. в Великобритании родилось первое клонированное млекопитающее — овечка Долли.

             Методы, используемые в биологии, всегда служили основой для развития медицины и сельского хозяйства. Знание биологии является условием существования и устойчивого развития человечества.