Методы биологических исследований

Традиционные методы исследования в биологии

Биология — наука, добывающая сведения о живой природе разными методами исследований. Метод (от греч. methodos - «путь к чему-либо») - это способ достижения цели. Методы выражают определенным образом упорядоченную деятельность исследователя в раскрытии сути явлений.

Основа любых биологических исследований — наблюдение, сравнение, описание, измерение, определение и эксперимент. Наблюдение, измерение и описание обеспечивают накопление фактического материала, отражающего предметы и явления природы. Метод сравнения дает возможность выявлять сходство и различия между организмами, видами, другими биосистемами и их частями. Эксперимент позволяет активно изучать природные явления жизни с помощью заранее спланированного опыта, который используется не только для изучения явлений, но и для проверки гипотез, формулируемых на основании результатов, получаемых наблюдением, измерением, сравнением и другими методами исследований. Методы биологических исследований отличаются большим разнообразием и используются комплексно.

Биологические исследования проводят в полевых (природных) условиях и в лаборатории. Все полученные результаты подвергают количественному и качественному анализу.

В полевых условиях можно не только проводить наблюдения, но и ставить эксперимент. Его особенно широко используют растениеводы: создают различные условия минерального питания, меняют сроки посева и способы полива, выявляя агротехнику более эффективного выращивания культивируемых растений.

В экологических исследованиях основными методами выступают методы количественного учета живых организмов, популяций, биогеоценозов.

Широкое распространение в различных областях биологической науки, особенно в анатомии, эмбриологии, палеонтологии, получил сравнительный метод. Его значение велико, так как на его принципах основана классификация видов в системе органического мира и теория эволюции живых организмов. С помощью исторического метода ученые выявляют закономерности возникновения, развития, существования и эволюцию различных форм жизни на Земле в ее разные периоды.

Лабораторные исследования широко применяются во всех отраслях биологии. Главным инструментом при этом был и остается микроскоп. За многолетнюю историю микроскопических исследований накоплен огромный практический опыт, разработана масса методик подготовки препаратов для светового и электронного микроскопов; созданы специальные приборы для приготовления особо тонких срезов, для зарисовок, фотографирования и сканирования ультраструктур живого, для определения размеров клеток и органоидов и множество других. Специальные приборы и реактивы позволяют изучать в лабораториях биохимические процессы в тканях и клетках организмов, электромагнитные свойства органов и тканей, обмен веществ и энергии в живых особях, клонирование клеток и тканей, пересадку генов и многое другое.

Новые методы исследования в биологии

В настоящее время в различных отраслях биологической науки широко используют метод моделирования (от фр. modele - «образец», «прообраз»). Сущность его заключается в следующем: на специально созданной модели воспроизводят характеристики некоторого объекта. При этом между моделью и объектом, интересующим исследователя, должно быть известное подобие. Моделирование широко используется, когда объект исследования очень сложный (многокомпонентный) или труднодоступный для непосредственного наблюдения. В этих случаях моделирование помогает выявить свойства и взаимозависимости изучаемого объекта и представить его характеристики в изменяющихся условиях.

Модель не копирует, а имитирует реальность.

Модель — это абстрактное описание какого-то реального явления, позволяющее делать предсказания об этом явлении. Моделирование дает возможность экспериментировать с объектом, использовать процессы или явления, недоступные для непосредственного наблюдения. Методами имитационного моделирования, особенно с применением компьютеров, изменяя условия для компонентны объекта, можно получить достаточно надежные количественные прогнозы, например изменения численности популяции, математических закономерностей в системах «хищник — жертва», «паразит — хозяин», устойчивости структур биосистем. Моделирование особенно необходимо при исследовании биосферы.

В исследованиях экологического состояния природы широко используется мониторинг (от лат. monitor - «предостерегающий»). Мониторинг — это многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта во времени. Часто мониторинг проводится как контроль за состоянием окружающей среды. Он также используется для выявления изменений в видовом разнообразии естественных биогеоценозов, обнаружения и спасения редких, исчезающих биологических видов на нашей планете. При проведении мониторинга наряду с биологическими используются физические, химические, географические и даже космические (например, зондирование с искусственных спутников, космических кораблей и пр.) методы.

Проведение многих биологических исследований не требует каких-то особых навыков, нужно только внимание, терпение и тщательность.

Этапы проведения исследования

Научное исследование всегда проходит несколько этапов: эмпирическое наблюдение и определение объекта исследования, постановка задачи исследования и формулирование рабочей гипотезы, выдвижение условий воздействия и постановка эксперимента. После этого проводятся предварительный сбор данных, их анализ и сравнение; проверка и корректировка гипотезы, постановка контрольных экспериментов, сравнение и обобщение результатов, описание (фиксация) факта.

Все полученные в ходе исследования факты могут иметь значение для научного открытия или служить руководством к практическому действию, аргументом для доказательства или опровержения определенных идей, взгляда на изучаемое явление.
Однако накапливаемые факты сами по себе обычно не имеют высокой информационной ценности, но, будучи организованными в какую-либо теоретическую конструкцию (гипотезу, теорию, концепцию), они могут иметь или мировоззренческое, или хозяйственно-практическое значение, послужить руководством к непосредственному действию или к продолжению исследования обнаруженного явления.

На заметку исследователю

Каждый исследователь обязательно ведет дневник наблюдений (его также называют полевым дневником). По многовековой традиции принято делать все записи простым карандашом (для полевых записей карандаш привязывают к дневнику веревочкой), так как такие записи не пропадут, даже если дневник намокнет под дождем, упадет в снег, пропитается формалином или долго пролежит на ярком солнце. Никакие чернила не выдержат подобных испытаний.

Значение методов исследования в биологии

С помощью многообразия методов исследования биологи открывают закономерности проявления жизни и ее развития, устанавливают принципы систематизации живых существ, особенности существования и взаимодействия организмов и их сообществ (живых систем) в изменяющихся условиях окружающей среды. Добытые знания биологии жизненно важны для каждого человека, а сама эта наука относится к числу фундаментальных наук, так как ее выводы имеют основополагающее теоретическое и прикладное (практическое) значение.

Методы исследования в биологии позволяют утверждать, что жизнь возникла на Земле и протекает по определенным естественным законам природы. Основанные на этих знаниях сформулированные теории, идеи и гипотезы обеспечивают людям формирование правильной естественнонаучной картины мира.

Биологическое познание свойств живой природы реализуется посредством применения множества различных методов исследования. Это наблюдение, сравнение, описание, измерение, эксперимент, моделирование, мониторинг, проводимые в полевых и лабораторных условиях. Качественный и количественный анализ полученных результатов помогает выявлять закономерности существования живой природы и создавать теоретические обобщения науки.

Биология: