Czym zajmuje się biologia, jak się robi porządne badanie, czym się różni obserwacja od doświadczenia i jak działa mikroskop. Cały pierwszy rozdział wyłożony od zera, z klikanym mikroskopem, kalkulatorem powiększenia i quizem na koniec.
Biologia to nauka o budowie, czynnościach życiowych i środowisku organizmów. Do jej zadań należy też badanie pokrewieństwa i klasyfikowanie organizmów, czyli porządkowanie, kto komu jest bliższy. Przedmiotem badań są organizmy, czyli cała przyroda ożywiona.
Klasyczne pytanie: „podaj trzy cechy charakterystyczne dla wszystkich organizmów”. Oto pełna lista.
| Dziedzina | Przykłady zastosowania odkryć biologicznych |
|---|---|
| Medycyna i farmakologia | diagnozowanie i leczenie chorób, operacje ratujące życie, produkcja szczepionek, antybiotyków, insuliny |
| Ochrona środowiska | oczyszczanie ścieków, produkcja biogazu, tworzywa biodegradowalne, biopaliwa |
| Psychologia i pedagogika | badanie biologicznych podstaw uczenia się i zapamiętywania, wpływ genów i środowiska na zdrowie psychiczne |
| Leśnictwo, ogrodnictwo i rolnictwo | tworzenie nowych odmian roślin i zwierząt, lepsze plony, ochrona przed szkodnikami |
| Przemysł kosmetyczny | kremy z białkami (kolagen, elastyna), kompozycje zapachowe, perfumy |
| Kryminalistyka | ustalanie tożsamości ofiary lub sprawcy na podstawie DNA, rekonstrukcja wyglądu zmarłych, określanie czasu i miejsca śmierci |
| Rok | Odkrycie | Dlaczego ważne |
|---|---|---|
| 1953 | model przestrzennej budowy DNA | Watson i Crick, na podstawie badań Rosalind Franklin. Zrozumiano, jak przekazywana jest informacja genetyczna. |
| 1982 | insulina z bakterii | Pierwszy lek wyprodukowany metodami inżynierii genetycznej, w komórkach bakterii Escherichia coli. |
| 1996 | owca Dolly | Pierwszy ssak sklonowany z komórki dorosłego osobnika. |
| 2003 | sekwencja genomu człowieka | Human Genome Project ustalił 99% sekwencji nukleotydów w ludzkim DNA. |
| 2006 | odróżnicowanie komórek | Shinya Yamanaka pokazał, jak z dojrzałych komórek uzyskać komórki macierzyste. Nagroda Nobla w 2012 r. |
| 2020 | przewidywanie struktury białek przez sztuczną inteligencję | Program poznał strukturę około 200 mln białek, co przyspiesza prace nad lekami. |
Dostęp do informacji jest dziś ogromny, ale nie każda jest prawdziwa i obiektywna. Zanim uznasz coś za fakt, przejdź listę:
Najbardziej wiarygodne źródła biologiczne: artykuły naukowe w renomowanych czasopismach (trudne, pisane dla badaczy), podręczniki akademickie (pisane przystępniej, ale wymagają podstaw), czasopisma i strony popularnonaukowe (redagowane przez dziennikarzy naukowych, prostsze, ale uproszczone).
Ciekawostka z podręcznika: w 2017 r. Nagrodę Nobla przyznano za wyjaśnienie mechanizmów zegara biologicznego, czyli rytmu okołodobowego. Rozregulowany rytm (na przykład przez zmianę stref czasowych albo nocne siedzenie w telefonie) obniża wydajność i pogarsza samopoczucie. Tak, to naukowe potwierdzenie, że siedzenie do trzeciej nad ranem nie jest optymalne.
Biolodzy używają dwóch metod. To rozróżnienie jest najczęściej sprawdzane na sprawdzianach, więc warto je mieć w małym palcu.
Metoda naukowa polegająca na poszukiwaniu informacji o obiektach za pomocą zmysłów i narzędzi, na przykład mikroskopu. Badacz nie wpływa na badany obiekt ani proces, tylko patrzy i notuje.
Przykład: liczenie żab na danym odcinku drogi, obserwacja gatunków owadów zapylających kwiaty jabłoni.
Metoda naukowa, w której badacz celowo zmienia jeden lub kilka czynników i sprawdza, co z tego wynika. Najczęściej przeprowadza się je w warunkach laboratoryjnych, żeby kontrolować wszystko inne.
Przykład: sprawdzanie, jak pH gleby wpływa na wzrost fasoli, albo czy sok z cytryny hamuje ciemnienie jabłka.
Kliknij opis, potem kliknij pudełko. Podpowiedź: pytanie brzmi zawsze „czy badacz coś celowo zmienił?”.
Ta sama kolejność obowiązuje w obserwacji i w doświadczeniu. Przykład prowadzony przez wszystkie etapy pochodzi z podręcznika: wpływ jednostronnego oświetlenia na wzrost pieprzycy siewnej, czyli rzeżuchy.
Tu leży cała różnica między badaniem a zabawą. Jeśli ktoś podleje jedną doniczkę nawozem i powie „działa”, to nie jest badanie, tylko anegdota.
Zestaw doświadczalny, w którym przedmiot badań poddaje się działaniu badanego czynnika. To tu sprawdzamy, czy czynnik coś zmienia.
Przykład: 20 nasion rzeżuchy oświetlanych jednostronnie przez 2 dni.
Taki sam zestaw doświadczalny jak próba badawcza, ale bez działania badanego czynnika. Służy do porównania: dzięki niej wiemy, czy obserwowany efekt naprawdę wynika z tego czynnika, a nie z czegoś innego.
Przykład: 20 nasion rzeżuchy oświetlanych równomiernie, w tej samej temperaturze i wilgotności.
W badaniach często stosuje się dwa rodzaje prób kontrolnych. Łatwo je zapamiętać na przykładzie wykrywania skrobi płynem Lugola (jodyną), który w obecności skrobi barwi się na granatowo.
| Próba | Co zawiera | Wynik | Po co |
|---|---|---|---|
| Badawcza | rozdrobniona bułka z wodą | granatowa | to jest to, co właściwie badamy |
| Kontrolna pozytywna | zawiesina skrobi | granatowa | dowód, że odczynnik działa i że tak wygląda wynik dodatni |
| Kontrolna negatywna | sama woda destylowana | bez zmiany barwy | dowód, że bez skrobi nic się nie barwi, czyli że wynik nie jest przypadkiem |
Wniosek z tego doświadczenia: w bułce występuje skrobia. Wyjaśnienie, którego oczekuje nauczyciel: próba kontrolna pozytywna pokazała, jaki wynik uzyskujemy, gdy skrobia jest obecna, a kontrolna negatywna, gdy jej nie ma. Dzięki temu wynik próby badawczej da się jednoznacznie odczytać.
Pojedynczy wynik może być przypadkiem: jedno nasiono było słabe, jedna doniczka stała bliżej kaloryfera. Dlatego badanie powtarza się co najmniej trzy razy, a w warunkach szkolnych tym bardziej. Im więcej prób i powtórzeń, tym mniejsze ryzyko przypadkowego wyniku i tym bardziej wiarygodny rezultat. W nauce poważne badania obejmują kilkaset, a nawet więcej powtórzeń.
Z wielu wyników liczy się średnią arytmetyczną: suma wyników podzielona przez ich liczbę.
Gołym okiem człowiek rozróżnia obiekty o rozmiarze około 0,01 mm i większe. Wszystko mniejsze wymaga sprzętu. Obserwacje dzielimy na makroskopowe (dotyczą dużych obiektów, widocznych gołym okiem, czasem przez lornetkę lub lupę) i mikroskopowe (dotyczą obiektów bardzo małych, oglądanych przez mikroskop).
Powiększenie mikroskopu to powiększenie okularu pomnożone przez powiększenie obiektywu. Klasyczne zadanie na sprawdzianie, a liczy się je w pamięci.
Przesuń suwak. Pokaże, jak duży jest obiekt i jakim narzędziem da się go zobaczyć.
Powiększa do około 1000 razy. Widać komórki, ich większe elementy, ziarna pyłku. Obraz jest odwrócony, czyli litera „p” wygląda jak „d”.
Powiększa do około 1 000 000 razy. Widać wirusy i wnętrze komórki. SEM (skaningowy) daje obraz trójwymiarowy, powierzchniowy. TEM (transmisyjny) daje obraz dwuwymiarowy, przekrój przez obiekt.
Rysunek: wykonaj ołówkiem, przedstaw to, co naprawdę widzisz, możesz uprościć (nie musisz rysować wszystkich komórek, wystarczy kilka albo jedna). Zamieść tytuł, opis i informację o powiększeniu.
Zdjęcie: przyłóż obiektyw aparatu telefonu do okularu, ustaw obraz tak, żeby był widoczny na ekranie, zrób zdjęcie.
Przykład prawidłowego podpisu: „komórka ziemniaka, powiększenie 400x”. Bez powiększenia rysunek jest niewiele wart, bo nie wiadomo, czy to komórka, czy całe drzewo.
Kliknij zadanie, żeby zobaczyć rozwiązanie. Najpierw spróbuj sama, bo inaczej to tylko czytanie.
Kliknij kartę, żeby ją odwrócić. Najpierw odpowiedz w głowie.
15 pytań z całego rozdziału, z wyjaśnieniem po każdej odpowiedzi.