Методы биологии. От общих до частных

Для изучения биологических объектов, процессов и явлений используются общенаучные и частнонаучные (специализированные) методы. Первая группа включает методы, использующиеся практически во всех науках, вторая - более узконаправленные.

Совет. Начните повторение материала именно с методов. А потом встраивайте эти знания в другие темы биологии. Например, вспоминая органоиды или фотосинтез, назовите методы, с помощью которых можно изучать эти объекты/процессы. Будет возникать прочная связь между темами, и материал хорошо запомнится.

Общенаучные методы

Делятся на теоретические и практические (эмпирические). Рассмотрим наиболее часто встречающиеся методы.

Теоретические

1. Сравнение. Выявление сходства и различия между двумя объектами, явлениями, процессами.
2. Анализ. Выделение и изучение отдельных частей объекта исследования. То есть мы выбираем одну часть из целого и целенаправленно изучаем только её. Например, изучение свойств отдельно мембраны, цитоплазмы, органоидов клетки.
3. Синтез. Противоположен анализу. Это соединение воедино частей. Метод помогает устанавливать связи между объектами, явлениями и событиями. Например, взаимосвязь работы органоидов клетки.
4. Абстрагирование. Предполагает отвлечение от одних свойств и признаков и сосредоточение на других, являющихся более значимыми. Основано на анализе. Помогает устанавливать общие понятия, взаимосвязи, изучать процессы, занимающие очень много времени, например эволюцию.
5. Моделирование. Создание моделей и макетов для более детального изучения. Например, модель круговорота азота в биосфере, модели внутренних органов.
6. Классификация. Систематизация, деление объектов на группы по признакам сходства. Например, выделение видов, родов, семейств и т.д.
7. Исторический метод. Изучение хода развития исследуемого объекта.
8. Метод прогнозирования. Предсказание будущего объекта, явления или процесса.

Практические (эмпирические)

1. Наблюдение. Целенаправленное восприятие объекта, явления или процесса. При этом мы смотрим, может фиксировать важные моменты, но не вмешиваемся.
2. Эксперимент (опыт). Исследование чего-либо в заданных условиях, здесь, в отличие от наблюдения, мы активно вмешиваемся в происходящее, можем влиять на него.
3. Измерение (инструментальный метод). Например, установление длины объекта, измерение артериального давления и т.д.

Важно. Общенаучные методы встречаются в ЕГЭ, поэтому не забывайте о них. Не во всех примерах экзамена нужно искать сложность.

Частнонаучные методы

Частнонаучные (специализированные) методы биологии можно разделить на несколько групп.

Методы цитологии

1. Микроскопия (световая, электронная). Наиболее стандартный метод, который изучает строение и форму клетки, органоиды, фазы митоза и мейоза. Стоит запомнить, что наиболее мелкие объекты были открыты с помощью электронного микроскопа: рибосомы, микротрубочки, мембраны ЭПС. Подсказка: понятие «препарат» в заданиях на методы однозначно указывает на микроскопию.
2. Центрифугирование. Основано на разной скорости движения (оседания) веществ в смесях под действием центробежной силы (представьте, как оседает мякоть в соке после встряхивания бутылки). Этому всегда предшествует мощное взбалтывание в центрифуге. Таким методом можно разделить клеточные органоиды, макромолекулы и детально изучить их.
3. Хроматография. В основе лежит разная скорость движения веществ через адсорбент в растворе. Каждое вещество обладает разными физическими свойствами, поэтому скорость движения и расстояние, на которое продвинутся молекулы, будут неодинаковыми. Так изучают пигменты (например, хлорофилл), гормоны, ферменты и другие вещества.
4. Меченого атома (авторадиография). В этом методе радиоактивный изотоп работает «под прикрытием». Его внедряют в состав интересующего вещества, чтобы проследить путь и превращения в клетке/организме. Например, так можно изучать процессы фотосинтеза, энергетического обмена, репликации и т.д.
5. Электрофорез. Вещества в смеси разделяются при помощи электрического тока. В биологии с его помощью изучают белки, аминокислоты, ДНК.
6. Рентгеноструктурный анализ. Изучает пространственное положение молекул при помощи рентгеновских лучей. Применяется для установления структуры нуклеиновых кислот (именно так была выявлена структура ДНК – двойная спираль), белков и других макромолекул.

Методы генетики

1. Секвенирование. Установление нуклеотидной последовательности ДНК, РНК. Можно выявить генные мутации.
2. Цитогенетический (кариотипирование). Изучение структуры, размеров, формы и количества хромосом (т.е. изучение кариотипа). Можно выявить хромосомные и геномные мутации.
3. Генеалогический (родословных). Изучение характера наследования признака по схеме родословной. То есть можно узнать, сцеплен ли признак с полом, доминантный он или рецессивный (вспоминаем типичные задачи на анализ родословных). Кроме того, метод родословных позволяет прогнозировать вероятность рождения ребёнка с определённым признаком в конкретной семье.
4. Близнецовый. Изучение влияния окружающей среды на формирование различных качеств человека, а также установление доли участия генотипа. Исследуются пары однояйцевых (монозиготных) близнецов (развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки), генотипы которых полностью идентичны, а также разнояйцевых (дизиготных) близнецов (развиваются из разных яйцеклеток и сперматозоидов).
5. Биохимический. Качественное и количественное исследование биологических жидкостей и материалов, например, крови, лимфы, мочи. Можно изучить состав, установить нарушения обмена веществ, выявить активность ферментов и др.
6. Популяционно-статистический. Позволяет устанавливать частоту встречаемости какого-либо признака (гена, аллеля) в популяции.
   В случае с человеком наиболее актуально изучать частоты встречаемости
   генетических и хромосомных заболеваний. Например, дальтонизма,
   гемофилии, синдрома Дауна и пр.

Методы селекции

1. Искусственный отбор. Наиболее стандартный и древний метод, при котором человек отбирает организмы с полезными свойствами (удойность коров, урожайность яблонь и др.). Бывает бессознательным и методическим, массовым и индивидуальным. В селекции животных также применяют отбор по экстерьеру, испытание родителя по потомству.
2. Гибридологический (гибридизация). Подбор родительских пар с нужными признаками и дальнейший анализ полученного потомства (гибридов). Вспоминаем стандартные генетические задачки. Здесь выделяют инбридинг (близкородственное скрещивание) и аутбридинг (неродственное скрещивание). Также можно выделить анализирующее скрещивание, которое проводится для установления генотипа организма с доминантным проявлением признака.
3. Искусственный мутагенез. Воздействие на организм определёнными мутагенами (например, радиацией, тяжёлыми металлами). Генотипы с полезными мутациями сохраняются и культивируются. С этим методом тесно связан Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Вавилова: виды и роды генетически близкие имеют схожие ряды в наследственной изменчивости. Этот закон позволяет прогнозировать возникновение нужных мутаций у организмов.
4. Полиплоидизация. В основе лежит полиплоидия – кратное гаплоидному увеличение хромосомного набора. То есть увеличение на n: до 3n, 4n, 5n и т.д. Применяется для создания организмов с ценными свойствами (с большей урожайностью, выносливостью и т.д.), а также для преодоления
   стерильности межвидовых растительных гибридов.
5. Метод ментора. В основе этого метода лежит прививка одного растения (привой) на другое (подвой). При этом развитие гибрида происходит направленно, он как бы перенимает признаки уже сформированного растения (это происходит благодаря воздействию химических веществ). С помощью метода ментора можно создавать растения с нужными свойствами, преодолевать недостатки гибридов.

Методы биотехнологии

1. Культуры клеток и тканей (клеточная инженерия). Искусственное выращивание клеток и тканей на питательных средах. С помощью данного метода можно наблюдать рост и размножение вне организма, выявлять, как влияют на эти процессы те или иные вещества. Также можно получать клеточные гибриды путем их слияния частично или полностью, пересаживать ядра и органоиды из одной клетки в другую.
2. Рекомбинантных ДНК (генная инженерия). Метод основывается на «вырезании» определенных генов и их встраивании в ДНК других организмов (преимущественно бактерий). Таким образом можно
   выявлять функции генов, их роль в организме, а также получать
   определённые вещества в промышленных масштабах. Например, бактерии после рекомбинации синтезируют инсулин и соматотропин, которые используются в лечении гормональных заболеваний.
3. Микроклональное выращивание растений. От растения-донора получают клеточный материал (обычно это клетки образовательной ткани/меристемы), который помещают в питательную среду для деления. Полученную массу однородных клеток - каллус - обрабатывают
   различными веществами для дифференцировки (разделения по функциям). В результате формируются полноценные растения, которые далее можно
   высаживать в открытый грунт.
4. Клонирование. Применяется для создания клонов животных, то есть генетически одинаковых особей (вспоминаем овечку Долли). У одного донора берут яйцеклетку, у другого - соматическую клетки. Из яйцеклетки извлекают ядро, затем внедряют диплоидное ядро из соматической клетки,
   стимулируют, чтобы имитировать оплодотворение. Развивающийся эмбрион имплантируют в организм суррогатной матери.

Методы зоологии

1. Кольцевание. Используется в орнитологии для изучения поведения птиц, путей их миграции и др. На цевку птиц надевают специальное кольцо с уникальной идентификационной информацией.

Методы изучения эволюционных процессов

1. Биогеографический. Исследует распространение живых организмов по планете. Сравнение представителей флоры и фауны разных материков, выявление видов-эндемиков (встречающихся только в определённой географической области).
2. Палеонтологический. Изучение ископаемых останков и окаменелостей, выявление переходных форм между организмами, построение филогенетических рядов.
3. Эмбриологический. Основан на изучении зародышей разных организмов (например, позвоночных животных). Также базируется на законе зародышевого сходства Бэра и биогенетическом законе Геккеля и Мюллера. Позволяет устанавливать родство между разными группами организмов.
4. Сравнительно-анатомический. Сравнивает живые организмы разных групп с целью выявления общих черт развития. Это определение гомологичных и аналогичных органов, атавизмов и рудиментов.
5. Изотопный анализ. Изучает изотопный состав объектов, например остатков животных и растений, для определения их возраста. Смотрят на соотношение различных изотопов, продукты их распада. Например, метод радиоуглеродного датирования используется для установления возраста органических остатков, содержащих углерод. Для этого выявляется соотношение радиоактивного изотопа углерода (14С) к стабильному изотопу углерода. Дело в том, что в любом организме присутствуют оба изотопа, но радиоактивный постепенно разлагается. По его остаточному количеству можно судить о возрасте организма.

© Михеева Ксения, 2019-2026