Методы биологии
Биологические науки
и их методы
Анатомия изучает внутреннее строение организмов.
Антропология изучает человека, в том числе его происхождение.
Биотехнология использует биологические системы и процессы в сельском хозяйстве, промышленности и медицине.
Вирусология изучает вирусы, в том числе бактериофаги (вирусы бактерий).
Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости.
Микробиология изучает микроорганизмы (бактерий, простейших, микроскопические грибы).
Микология изучает грибы.
Морфология изучает внешнее строение организмов.
Палеонтология изучает ископаемые остатки организмов.
Селекция занимается выведением новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Систематика (классификация, таксономия) изучает многообразие живых организмов и распределяет их по группам на основании эволюционного родства.
Физиология изучает работу организма.
Цитология (клеточная биология) изучает строение и работу клетки.
Экология изучает взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их средой (в том числе загрязнённой).
Эмбриология изучает развитие организма животного от момента образования зиготы до рождения (начальные стадии онтогенеза).
Общенаучные методы биологии
| Практические (Эмпирические) |
|
|
Частные методы биологии
Каждая частная биологическая наука (ботаника, зоология, анатомия и физиология, цитология, эмбриология, генетика, селекция, экология и другие) пользуется своими методами исследования.
1. Микроскопия – изучения объектов с помощью различных микроскопов. С их помощью получают изображения с различным увеличением.
По устройству микроскопы делят на:
В световой микроскоп ведется наблюдение за живыми и неживыми объектами. Можно увидеть: клетки, вакуоли растений, ядро, хлоропласты, клеточную стенку. Изображения – цветные и ч\б. Недорогостоящий и нетрудоемкий метод.
В электронный микроскоп ведется наблюдение за неживыми объектами с большим увеличением. Через объект проходит поток электронов и создается изображение на фотопластинке. Можно увидеть: рибосомы, микротрубочки, мембраны ЭПС, вирусы. Изображения – ч\б. Дорогостоящий и трудоемкий метод.
2. Окрашивание (цитохимический метод) – способ подготовки материала для морфологического, гистологического и цитологического исследования для повышения информативности световой микроскопии. Например, чтобы выявить изменения в шейке матки опухолевой природы, применяют йодный раствор. Опухолевые и нормальные клетки по-разному воспринимают краситель, что позволяет врачу определить наличие заболевания.
Рисунок. Устройство светового микроскопа: 1 – окуляр; 2 – монокулярная насадка (тубус); 3 – револьверное устройство; 4 – объектив; 5 – предметный столик; 6 – конденсор; 7 – корпус коллекторной линзы; 8 – патрон с лампой; 9 – шарнир; 10 – рукоятка перемещения кронштейна конденсора; 11– рукоятка тонкой фокусировки (микрометрический винт); 12 – рукоятка грубой фокусировки (макрометрический винт); 13 – тубусодержатель;14 – винт для крепления насадки
3. Центрифугирование – разделение смесей на составные части под действием центробежной силы.
Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций (составляющих) органических веществ и т. д. Органоиды клетки разделяются по плотности и молекулярной массе (от тяжелого к легкому): ядро → митохондрии и хлоропласты → лизосомы →рибосомы
Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (например, сепарирование молока). Для исследования высокомолекулярных веществ, биологических систем применяют ультрацентрифуги.
Центрифугирование используют в химической, атомной, пищевой, нефтяной промышленностях.
4. Хроматография – разделение веществ, пигментов или частиц, основанное на различиях в скоростях их перемещения в специальной среде (на абсорбенте) из-за разной их молекулярной массы.
Чтобы смесь разделить на компоненты мы заливаем ее в эту колонну, частицы двух компонентов двигаются вниз. Так как размеры частиц компонентов различаются, чем меньше размер и разветвленность молекул, тем дальше они продвигаются, так происходит разделение. Это мы видим на рисунке и можем сделать вывод, что частицы компонента А меньше частиц компонента В.
Таким методом смогли разделить компоненты сложного растительного пигмента – хлоро
Хроматографию применяют для определения количественного и качественного состава исследуемой смеси (аналитическая хроматография). Метод хроматографии находит широкое применение в таких областях, как химия, нефтехимия, биотехнология, медицина, пищевая промышленность, охрана окружающей среды, производство лекарственных препаратов и во многих других.
5. Электрофорез – близкий к хроматографии метод: разделение веществ происходит в специальном геле, через который пропускают электрический ток, отрицательно заряженные компоненты вещества начинают двигаться в сторону положительно заряженного электрода с разной скоростью и происходит их разделение. Используется для разделения смесей белков, ДНК и др., имеющих разные заряды.
Рисунок 4. Электрофорез в агарозном геле с использованием бромистого этидия для визуализации результатов в ультрафиолете (слева). Вторая слева дорожка — маркер с известными длинами фрагментов. Справа — Установка для проведения электрофореза в геле.
Источник «Электрофорез ДНК»
6. Рентгеноструктурный анализ – метод, основанный на дифракции рентгеновских лучей. Можно изучить строение молекул белков, нуклеиновых кислот, других веществ, входящих в состав цитоплазмы.
На рисунке рентгеноструктурный анализ структуры ДНК (снимок Розалинды Франклин, 1952 г, Лондон)
7. Метод меченых атомов (=радиоизотопный метод) применяется при изучении биохимических процессов, происходящих в живых клетках. Чтобы проследить за превращениями какого-либо вещества, в него вводят радиоактивную метку (радиоактивный изотоп), т. е. заменяют в его молекуле один из атомов соответствующим радиоактивным изотопом.
Например, для позвоночных йод является важным метаболитом, так как он составляет часть гормонов щитовидной железы. Его концентрация в щитовидной железе в 10 000 раз больше, чем в любом другом органе. Человеку ежедневно необходимо лишь очень малое количество йода (приблизительно 100 мкг). Если, однако, он содержится в пище в меньшем количестве, то у человека возникают различные заболевания щитовидной железы.
Радиоактивный Jl3l используют для того, чтобы проследить прохождение йода, начиная с момента его заглатывания, попадания в щитовидную железу, распределения в гормонах, по всему организму и до окончательного выделения. Особенно важным примером является изучение поглощения щитовидной железой йода, введенного внутривенно.
Также этот метод позволил узнать, что кислород, выделяемый при фотосинтезе, происходит из воды, а не углекислого газа.
На рисунке метод меченых атомов
1. Гибридологический – основан на скрещивании организмов и последующим анализом признаков у потомства.
В основе гибридологического анализа лежит способность к рекомбинации, то есть перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов.
На рисунке скрещивание растений ночной красавицы
2. Генеалогический метод – применяется при составлении и изучении родословных людей для выявления характера наследования генетических признаков. Эффективен для исследования генных мутаций.
На рисунке родословная семьи королевыВиктории. Наследование гемофилии
3. Цитогенетический метод (кариотипирование) – применяется в генетике. С помощью микроскопа изучаются хромосомный набор: число, форму хромомосом. Хромосомы можно предварительно окрасить, чтобы их было проще разделить на гомологичные пары.
Этот метод выявляет геномные и хромосомные мутации.
Пример: По кариотипу на рисунке ниже мы можем увидеть количество хромосом, определить пол данного организма (мужской, так как есть Y- хромосома) и заметить мутации (геномные)
4. Близнецовый метод – путём сравнения признаков у однояйцевых близнецов определяют степень влияния условий среды на развитие генетических признаков человека.
5. Биохимический – исследование химических процессов, происходящих в организме. С помощью биохимического метода можно определить концентрацию различных веществ в полученном материале, можно выявить генные мутации.
Например, врач может определить количество глюкозы в крови у пациента, у которого он подозревает сахарный диабет.
6. Популяционно-статистический метод дает возможность рассчитать в популяции частоту встречаемости нормальных и патологических генов, определить соотношение гетерозигот – носителей аномальных генов. С помощью данного метода определяется генетическая структура популяции.
Применяют закон Зарди-Вайнберга.
7. Молекулярно-генетические методы – группа методов по выявлению изменений в структуре участка ДНК (гена, аллелей), определение нуклеотидных последовательностей.
Секвенирование биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) – определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности. Применяется в молекулярной генетике (также см. протеомику и геномику). В результате секвенирование можно получить последовательность мономеров молекулы белка или нуклеиновой кислоты в текстовом виде. Секвенировать можно как отдельные участки, так и полные геномы организмов.
1. Методы генной инженерии — методы, направленные на получение рекомбинантных РНК и ДНК, выделение генов из организма (клеток), осуществление манипуляций с генами, введение их в другие организмы и выращивание искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Методом генной инженерии является создание рекомбинантных ДНК.
2. Метод рекомбинантных ДНК – метод заключается во встраивании фрагментов ДНК, среди которых находится интересующий нас участок, в так называемые векторные молекулы ДНК (или просто векторы) – плазмидные (маленькие кольцевые ДНК бактерии) или вирусные ДНК, которые могут быть перенесены в клетки про- или эукариот и там реплицироваться. На следующем этапе проводится отбор тех клеток, которые несут в себе рекомбинантные ДНК (с помощью маркерных признаков, которыми обладает сам вектор), и затем индивидуальных клонов с интересующим нас сегментом ДНК (используя признаки или пробы, специфичные для данного гена или участка ДНК).
Рисунок 6. Схема клонирования участка ДНК (гена) в бактериях.
Источник сайт biochemistry.ru
3. Хромосомная инженерия – это совокупность методов, позволяющая осуществлять манипуляции с хромосомами. Применяется в селекции растений. Это может быть введение в генотип дополнительных хромосом либо замещение одних хромосом на другие.
4. Методы клеточной инженерии – это методы конструирования (создания) клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. Получение и изучение гибридных клеток позволяет решать многие теоретические вопросы биологии. Также данные методы используются в селекции растений для получения новых сортов. В медицине применяется клеточная инженерия для создания моноклональных антител (для борьбы с раковыми клетками).
Благодаря методам клеточной инженерии становится возможным клонирование (создание генетических копий животных).
5. Метод культуры тканей – метод, который также применяется в нескольких науках и относится к области биотехнологии. Метод заключается в выращивании вне организма культуры полученных от него клеток. Селекционеры могут применить этот метод для бесполого размножения растения, которое не дает семян (например, арбуз без косточек). В медицине пытаются воссоздавать из клеток целые органы для их дальнейшей трансплантации.
Об этом методе: https://poznayka.org/s2059t1.html?ysclid=mcbi7g68on582444371
1. Исторический – установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).
2. Биоиндикация – метод, позволяющий оценить численность и состояние видов-биоиндикаторов, по которым можно судить о степени загрязненности воздуха, воды, почвы.
3. Родственное скрещивание (инбридинг).Применяется с целью сохранения/ закрепления необходимых признаков у сорта/породы. Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта.
4. Неродственное скрещивание (аутбридинг) – неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных в пределах одного вида.
5. Отдаленная гибридизация – получение межвидовых и межродовых гибридов.
6. Палеонтологический – метод, позволяющий выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях.
7. Эмбриологический – изучение зародышей.
8. Метод радиоуглеродного датирования.Метод основан на том, что организмы с пищей могут поглощать радиоактивные изотопы углерода. После гибели животного или растения радиоактивный изотоп С14 постепенно распадается. По его остаточной удельной активности можно оценить время гибели организмов. Данный метод применятся для определения возраста ископаемых останков.
Источники:
Учебники биологии.
https://biomolecula.ru/articles/metody-v-kartinkakh-mikroskopiia
Комментарии
Отправить комментарий