Метод — это совокупность приемов (способов) для достижения определенного результата в ходе научного исследования.
Среди методов биологии можно выделить общие и частные. Общие методы используются практически в любом разделе биологии, частные — в каких-либо определенных (например, гибридизация в основном применяется в генетике и селекции).
эмпирические (опытным путем):
Наблюдение — метод, с помощью которого собирают и фиксируют информацию об объекте, явлении или процессе. Выводы, сделанные по его результатам, проверяют либо повторными наблюдениями, либо экспериментально; Мониторинг - длительное регулярное наблюдение и измерение.
Описание - фиксирование наблюдаемых признаков объекта исследования. Описание объекта позволяет анализировать полученные данные, сравнивать их с другими, в том числе в историческом контексте, и находить определённые закономерности.
Измерение - определение численного значения некоторой величины посредством единицы измерения. Важнейшим показателем качества измерения и его научной ценности является точность, характеристикой точности измерения является его погрешность, то есть отклонение от истинного значения (оценить величину этого отклонения можно при помощи статистических методов)
Эксперимент — метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения (гипотезы) и т. д.;
Сравнение — применяется для выявления сходств и отличий между объектами, явлениями и т.п.;
теоретические (логическим путем):
Анализ — это метод, в основе которого лежит процесс разложения предмета на составные части - ученый мысленно разделяет изучаемый объект, т. е. выясняет, из каких частей он состоит, каковы его свойства и признаки.
Синтез представляет собой соединение полученных при анализе частей в нечто целое. В результате применения этого метода происходит объединение знаний в единую систему;
Моделирование — метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте (например, Дж. Уотсон и Ф. Крик создали из отдельных элементов модель — двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических и биохимических исследований);
Систематизация — мыслительная деятельность, в ходе которой исследуемые объекты организуются в некую систему на базе выбранного принципа. Один из основных видов систематизации — классификация, то есть распределение объектов по сходству и различию между ними (например, классификация животных, растений, химических элементов). К систематизации приводит изучение связей между фактами, вычленение главного, что даёт возможность рассматривать объекты как части единой системы. Систематизации предшествует анализ, синтез, обобщение, сравнение.
Мета-анализ — объединение результатов нескольких исследований методами статистики для проверки одной или нескольких взаимосвязанных научных гипотез. В мета-анализе используют либо первичные данные оригинальных исследований, либо обобщают опубликованные (вторичные) результаты исследований, посвященных одной проблеме. Позволяет увеличить выборку и разнообразие данных.
МЕТОДЫ ЦИТОЛОГИИ:
Микроскопия – изучение морфологии клетки, наблюдение очень мелких объектов с помощью увеличительного оборудования
Световая микроскопия
Световая микроскопия занимается изучением клеток с помощью светового микроскопа. С помощью этого метода были впервые описаны сами клетки, а также некоторые их структурные компоненты: ядро, оболочка, крупные органоиды, включения.
Преимущества световой микроскопии:
1. Можно рассматривать живые клетки и некоторые процессы, происходящие в них.
2. Изображение цветное.
3. Относительно несложное приготовление препарата.
4. Не требует сложных навыков владения устройством.
5. Относительно дешевый.
Недостаток — можно увидеть только относительно крупные объекты в клетке: клеточные стенки, вакуоли, ядро, хлоропласты.
Электронная микроскопия. Электронный микроскоп отличается от светового не только внешне, но и принципом работы: через препарат пропускается не поток света, а пучок электронов. Так же, как и световые волны, электроны задерживаются в плотных участках препарата, и здесь формируется затемнение. Преимущество электронного микроскопа — высокая разрешающая способность.
В электронном микроскопе можно увидеть все органоиды клетки и их ультраструктуру, например внутреннее строение хлоропластов и митохондрий. Это возможно, потому что электронный микроскоп имеет высокую разрешающую способность в сравнении со световым, так как длина волны у электрона значительно меньше, чем у видимого света (в световом).
Недостатки электронной микроскопии:
1. Процесс приготовления образца для исследования сложный и трудоемкий.
2. Требует очень сильной обработки объекта, поэтому невозможно наблюдать живые объекты, и в процессе изготовления препарата могут возникнуть дефекты (артефакты).
3. Изображение черно-белое.
4. Электронный микроскоп дорогой, требует специальных навыков в использовании.
Центрифугирование – метод разделения клеточных структур и макромолекул с помощью центрифуги, позволяющий отдельно осаждать клеточные структуры, отличающиеся друг от друга своей массой. Центрифугирование используется для разделения смесей, например, для отделения органоидов клетки друг от друга. Для этого разрушают клеточные мембраны, и содержимое разных клеток сливается в единый гомогенат. Пробирки с ним помещают в центрифугу. При их раскручивании тяжелые и большие органоиды под действием центробежной силы опускаются на дно первыми. И их можно выделить и продолжить разделение смеси. В первую очередь на дно осядут клеточные ядра, далее митохондрии, пластиды и все более и более легкие и мелкие органоиды.
Хроматография – физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ, основанном на разной скорости движения веществ через адсорбент, например, разделение смеси пигментов растений. Основной принцип хроматографии — разная скорость движения растворенных веществ через адсорбент. В процессе молекулы проходят разное расстояние. Это расстояние зависит от массы молекулы и ее пространственной конфигурации (формы). Легкие и компактные молекулы переносятся дальше тяжелых. Это приводит к тому, что молекулы разделяются. Поэтому метод хроматографии можно использовать для разделения смесей. Например, для того чтобы разделить пигменты, выделенные из листа растения. В бумажной хроматографии адсорбентом, через который движется раствор, является фильтровальная бумага.
Электрофорез - физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока, например, разделение смеси белков плазмы крови.
Как и хроматография, электрофорез применяется для разделения смесей. Но в этом случае смесь помещают между электродами в электрическое поле. Электрическое поле вызывает движение заряженных молекул. Например, белки плазмы крови обычно имеют отрицательный заряд на своей поверхности и будут двигаться к положительному электроду (аноду). Так как разные белки имеют различную массу и пространственную конфигурацию (форму), они будут двигаться
с разной скоростью: мелкие, компактные и сильно заряженные молекулы пройдут большее расстояние, чем молекулы с противоположными свойствами. Это приведет к разделению
смеси этих молекул. Обычно средой для движения молекул является специальный гель.
Метод меченых атомов – введение в вещество радиоактивного изотопа химического элемента для изучения путей его превращения в клетке. Метод используется для изучения жизнедеятельности клетки. Меченый атом — это более тяжелый или радиоактивный изотоп какого-либо элемента. Кислород обычно имеет атомную массу 16. Но есть более тяжелый атом с массой 18. Он и выступил в качестве «меченого», например, при изучении фотосинтеза. При фотосинтезе поглощается вода и углекислый газ, синтезируется глюкоза и выделяется кислород. Задача ученых была выяснить, какое происхождение имеет кислород: образуется он из воды или из углекислого газа. Для этого корни растения поместили в специальную воду, содержащую в молекулах тяжелый изотоп 18О. После этого провели анализ кислорода, который выделяло растение. Оказалось, что кислород, выделяемый растением, тоже состоит из тяжелых изотопов. Так было установлено, что свободный кислород образуется в фотосинтезе при разложении молекул воды (фотолизе).
Биохимический метод – метод, используемый в цитологии для обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов, изучение структуры веществ.
Метод культуры клеток и тканей – изучение жизнедеятельности клеток и тканей путем культивирования их на искусственных средах.
Секвенирование - определение последовательности нуклеотидов в ДНК с использованием флуоресцентных меток
ПЦР - В основе метода ПЦР лежит многократное удвоение определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях. В результате нарабатываются количества ДНК, достаточные для визуальной детекции. При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце.
МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ:
Гибридологический – генетический анализ потомства (гибридов), полученного от родителей, отличающихся по одному или нескольким признакам.
Цитогенетический – изучение количества и структуры хромосом с помощью микроскопа, позволяет выявить хромосомные (изменение структуры хромосом) и геномные (изменение количества хромосом) мутации.
Близнецовый – метод сравнительного изучения наследования признаков у близнецов, позволяет установить роль среды и наследственности в определении признака.
Генеалогический – изучение наследование признака на основе анализа родословных, позволяет определять характер наследования признака, а также особенности наследования признаков, обусловленных генными мутациями.
Популяционно-статистический – определение частоты встречаемости различных генов в популяциях организмов.
Текст написан на основе разработок Маян Амировны Шаймухаметовой,
открытых источников сети Интернет и учебников из списка