Тема методов биологических исследований стабильно входит в кодификатор ЕГЭ. Чаще всего ошибаются в терминологии и путают переменные в условиях экспериментов. В этой статье подробно разберём ключевые научные подходы, логику работы лабораторных приборов и пошаговый алгоритм поиска зависимых и независимых величин. Изучив этот материал, ты перестанешь ошибаться в базовых тестах и уверенно будешь решать сложные аналитические задачи.
Классификация базовых методов
Биологи делят способы познания на несколько крупных групп.
Эмпирические практические подходы
Такие подходы подразумевают прямое взаимодействие биолога с изучаемым объектом в полевых или лабораторных условиях:
- Научное наблюдение — целенаправленное восприятие биологических объектов без вмешательства в их естественную жизнь. Учёный только фиксирует внешний вид животного или изменения в его поведении.
- Сравнение помогает выявить сходство и различие между организмами или процессами.
- Измерение используется для получения точных количественных показателей объекта с помощью приборов.
- Эксперимент — процесс искусственного создания контролируемых условий для проверки гипотезы. Отличается от наблюдения именно наличием активного вмешательства испытателя.
Подробнее остановимся на плане проведения эксперимента
- Выбрать тему исследования и выдвинуть гипотезу.
Гипотеза — предположение, требующее проверки.
Нулевая гипотеза — принимаемое по умолчанию предположение, что не существует связи между двумя наблюдаемыми событиями.
Альтернативная гипотеза — выдвигаемое научное предположение о том, что существует связь между двумя наблюдаемыми событиями, достоверность которой ещё не доказана опытным путём.
- Определить объект исследования и переменные.
Независимая переменная — это параметр, который задаётся экспериментатором, не зависит от того, что происходит в эксперименте.
Зависимая переменная — это параметр, который меняется в ходе эксперимента, зависит от независимой переменной.
- Проведение эксперимента.
В эксперименте обязательно должна быть экспериментальная и контрольная группа.
Контрольная группа — группа, на которую не оказывается изучаемого воздействия.
Экспериментальная группа — группа, на которую оказывается изучаемое воздействие.
Отрицательный контроль — это экспериментальный контроль, при котором изучаемый объект не подвергается экспериментальному воздействию. Используется для подтверждения отсутствия реакции на какой-либо фактор и даёт отрицательный результат в конце эксперимента для того, чтобы доказать, что результаты эксперимента зависят только от действия изучаемого фактора, а остальные факторы не влияют на результат эксперимента. Для отрицательного контроля используется контрольная группа.
Положительный контроль используется для получения ожидаемого результата и даёт положительный результат в конце эксперимента. Проверяет то, что эксперимент проведён корректно, оборудование работает.
- Анализ и обработка полученных данных.
Специальные частные подходы
Эти подходы разработаны для решения узких задач цитологии, биохимии и генетики при помощи специализированного оборудования.
Микроскопия позволяет визуально изучать объекты, которые невозможно рассмотреть невооружённым глазом. Делится на световую и электронную. Световая микроскопия даёт возможность наблюдать за живыми клетками и их делением, однако имеет предел увеличения. Электронная микроскопия пропускает через объект пучок электронов, что обеспечивает колоссальное увеличение. Этот способ подходит только для изучения мёртвых, специально подготовленных клеток.
Центрифугирование применяется для разделения клеточных органоидов по их плотности и массе. Клетки предварительно разрушают, помещают в центрифугу и раскручивают с огромной скоростью. Первыми на дно пробирки оседают самые тяжёлые структуры — ядра. Затем оседают пластиды и митохондрии, а в самом конце — лёгкие рибосомы.
Хроматография служит для разделения смесей различных веществ. Метод основан на разной скорости движения молекул через определённую среду под действием растворителя. Именно так разделяют растительные пигменты (хлорофилл и каротин).
Электрофорез необходим для разделения макромолекул в электрическом поле. Молекулы белков или нуклеиновых кислот помещают в специальный гель и подают ток. Фрагменты ДНК двигаются к положительному полюсу с разной скоростью в зависимости от своего размера.
Метод меченых атомов помогает отследить путь химических элементов внутри организма. Учёные вводят в молекулы радиоактивный изотоп элемента и следят за его перемещением с помощью приборов. Этот метод помог доказать, что кислород при фотосинтезе выделяется из молекулы воды.
Генетические и селекционные методы
- Гибридологический метод основывается на целенаправленном скрещивании организмов и математическом анализе свойств их потомства.
- Генеалогический метод используется для составления и анализа родословных. Чаще всего применяется к человеку для выявления характера наследования генетических заболеваний.
- Близнецовый метод предполагает изучение идентичных однояйцевых близнецов, чтобы выявить влияние факторов среды на развитие их признаков.
- Цитогенетический метод помогает изучить количество, форму и размеры хромосом под световым микроскопом. Он выявляет такие патологии, как синдром Дауна.
Решаем задачи с ЕГЭ
Рассмотрим алгоритм на примере задания ЕГЭ, требующего заполнения пропусков в таблице.
Задание 1
Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.
| Метод | Применения метода |
|---|---|
| Цитогенетический | Изучение хромосомного набора с помощью микроскопа |
| ? | Разделение частей клетки под действием центробежной силы |
Решение:
За счёт центробежной силы, создаваемой в центрифуге, происходит разделение клеточных структур по их массе. В результате самые тяжёлые органоиды оседают на дно пробирки либо находятся в нижних слоях разделяемого вещества, а самые лёгкие остаются в его верхних слоях.
Ответ: центрифугирование.
Задание 2
Экспериментатор решил установить зависимость количества хлорофилла в листьях растения от степени освёщенности, при которой это растение растет. Он посадил в горшочки растения одного вида клевера, а горшочки поставил в тёмные помещения с единственным источником света. По окончании эксперимента оценивалось, насколько темный зелёный оттенок имеют листья. Все источники света имели разную интенсивность. Какой параметр в данном эксперименте задавался экспериментатором (независимая переменная), а какой параметр менялся в зависимости от этого (зависимая переменная)?
Пояснение:
- Независимая (задаваемая) переменная — интенсивность источника света (степень освещенности). Это тот параметр, который экспериментатор устанавливает и изменяет по своему желанию.
- Зависимая (изменяющаяся) переменная — количество хлорофилла в листьях (оттенок зелёного цвета). Данный показатель меняется сам в ответ на то, как именно экспериментатор отрегулировал освещение
Ответ:
Независимая (задаваемая экспериментатором) переменная — интенсивность света/ освещенность; зависимая (изменяющаяся в результате эксперимента) — интенсивность/насыщенность зелёной окраски листьев.
Практикум
Задание 1
Рассмотрите таблицу «Методы биологических исследований» и заполните ячейку, вписав соответствующий термин.
| Методы | Применение методов |
|---|---|
| Микроскопия | Изучение особенностей фаз митоза |
| ? | Скрещивание представителей чистых линий для определения доминантных признаков |
Пояснение: при скрещивании различных особей получаются гибриды, поэтому метод, когда проводят скрещивания чистых линий, называется гибридологический.
Варианты ответов:
1: гибридологический
2: гибридизация
Задание 2
Экспериментатор изменил рН межмембранного пространства в митохондриях в условиях отсутствия кислорода и наблюдал увеличение количества синтезируемой АТФ в единицу времени. Какая переменная в этом эксперименте будет зависимой (изменяющейся), а какая — независимой (задаваемой)? Объясните, как в данном эксперименте можно поставить отрицательный контроль. С какой целью необходимо такой контроль ставить?
*Отрицательный контроль — это экспериментальный контроль, при котором изучаемый объект не подвергается экспериментальному воздействию.
1. Независимая переменная — изменение рН межмембранного пространства митохондрий.
Зависимая переменная — изменение количества синтезируемой АТФ в единицу времени.
2. Отрицательный контроль: нужно взять митохондрии из тех же клеток, не изменять рН межмембранного пространства в митохондриях.
3. Не изменять все остальные параметры: температуру, количество питательных веществ, отсутствие кислорода и другие.
4. Отрицательный контроль позволит установить, действительно ли изменение рН межмембранного пространства в митохондриях при анаэробных условиях приводит к увеличению количества синтезируемых АТФ в единицу времени.
Заключение
После изучения этого материала можно уверенно приступать к решению заданий по методам биологии в первой и второй частях ЕГЭ. Теперь ты умеешь:
- классифицировать научные подходы исследований;
- понимать принципы работы лабораторного оборудования;
- находить независимые и зависимые переменные в условиях экспериментальных задач.
Чтобы окончательно закрепить теорию, рекомендуем решить 8–10 разнотипных задач из открытого банка, уделяя внимание прочтению условий.
