Pidruchnyk_Kostikov_1_chastyna

11

§4. Науковий метод у біології

Ви дізнаєтесь, що таке науковий метод, наукове припущення, наукова гіпотеза та наукова теорія.

Як працюють учені?

Вивчення організмів завжди починається зі спостереження. Якщо дослідник стикається з незрозумілими чи невідомими властивостями організму, він ретельно їх описує й намагається знайти подібні вже відомі властивості в інших організмів. Під час такого пошуку дослідник порівнює власні дані з уже відомими і формулює в ході порівняння можливі припущення щодо сутності виявленого ним організму або його властивостей.

Будь-яке наукове припущення потребує перевірки. Для цього на основі припущення створюється прогноз, який має бути перевірений експериментом або багаторазовими новими спостереженнями. Якщо в ході перевірки прогноз справджується, припущення вважається доведеним і науково обґрунтованим. Якщо ні, припущення визнається хибним.

Такий метод дослідження називається науковим. А знання, отримані на його основі, вважаються науковими.

Припущення, в яких прогнози підтверджуються багаторазовими новими спостереженнями, але не пройшли перевірки експериментом, називають науковими гіпотезами. Гіпотези, які підтверджені численними експериментами, стають теоріями.

Застосування наукового методу вче- ними-біологами можна пояснити на прикладі досліджень дерев, які скидають або не скидають листя взимку.

Нас з вами оточують різноманітні рослини. У деяких з них (наприклад, береза) при настанні несприятливих для росту умов (зменшення світлового дня та температури взимку), відбувається відмирання та опадання всіх

листків. Такі рослини називаються

листопадними.

12

Існують також і вічнозелені рослини. Їхні листочки (голки) замінюються поступово, але всі повністю не опадають протягом усього періоду життя (наприклад, сосна).

Першим етапом наукового дослідження процесів опадання листків у дерев були тривалі спостереження за березами та соснами у наших кліматичних умовах.

Спостерігаючи за березою і сосною, учені також вивчали ці властивості в інших рослин нашого краю і ретельно описували результати своїх спостережень.

Вивчаючи це явище у рослин різних географічних широт, учені визначали риси подібності й відмінності з результатами, які були отримані раніше для рослин нашого регіону. Порівняння результатів спостережень — це наступний етап наукового дослідження.

На основі своїх спостережень, їх опису та порівняння, учені висунули припущення про можливі причини цих явищ у листопадних і вічнозелених рослин.

На основі припущень були створені прогнози результатів нових досліджень.

Ці прогнози перевірились спочатку багаторазовими новими спостереженнями, що привело до виникнення гіпотези про причини існування листопадних і вічнозелених рослин.

Пізніше прогнози підтвердились багаторазовими експериментами, у ході яких учені виявили, чому і під дією яких чинників природи відбуваються явища опадання листків, і висунута ними раніше гіпотеза стала науковою теорією.

Висновки

1. Біологія спирається на науковий метод.

Терміни і поняття, які потрібно засвоїти

Науковий метод, гіпотеза, теорія.

Контрольні запитання

1.Виконання яких кроків потребує науковий метод?

2.Чим гіпотеза відрізняється від теорії?

Тема 1.

клітинА

Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтесь:

з яких найменших живих «цеглинок» складаються організми, як вони побудовані та як працюють;

про сутність процесів живлення, травлення, фотосинтезу, дихання та виділення;

як правильно працювати з мікроскопом

15

мікроскопічні водорості та тварини, одноклітинні мікроскопічні гриби — дріжджі. Левенгук також відкрив клітини крові, описав мертві клітини шкіри та будову м’язів людини, деталі ока комах та клітинну будову коренів водної рослини ряски.

Omnis cellula e cellula

16

На межі XVIII та XIX ст. було винайдено спосіб виготовлення дуже якісних об’єктивів, які за великого збільшення не спотворювали зображення. За допомогою такого удосконаленого об’єктива англійський ботанік Роберт Броун у 1831 р. відкрив у рослинних клітинах нову структуру — ядро. Тогочасні біологи також звернули увагу на те, що ядро знаходиться у в’язкій рідині, якою заповнена клітина. Ця рідина, що утворює внутрішнє середовище клітини, отримала назву цитоплазма (від грецького «цитос» — клітина та «плазма» — вміст).

У 1838–1839 рр. ботанік Матіас Шлейден та зоолог Теодор Шванн дійшли висновку, що основним і обов’язковим елементом будьякого живого організму є клітина. Вони сформулювали три положення, які склали основу запропонованої ними клітинної теорії:

1.Всі рослини та тварини складаються з клітин.

2.Рослини та тварини ростуть за рахунок утворення нових клітин.

3.Клітина є найменшою живою одиницею, і поза клітиною життя не існує.

4.Клітини різних організмів загалом подібні за будовою. Автори клітинної теорії не змогли правильно пояснити, яким чи-

ном утворюються нові клітини. На це питання в 1858 р. відповів видатний німецький вчений Рудольф Вірхов (1821–1902 рр.). Він зробив висновок, що нові клітини виникають лише внаслідок поділу вже існуючих клітин. Р. Вірхову належить крилатий вислів, який перекладається з латини так: «Кожна клітина — від клітини».

Зі створенням клітинної теорії виникла нова наука — цитологія (від грецького «цитос» — клітина, вмістилище, та «логос» — вчення, наука), або наука про клітину.

в

Рис. 4. Деякі «анімалькулі», відкриті та зарисовані Левенгуком (XVII ст.) та їх мікрофотографії, зроблені на сучасних оптичних мікроскопах (XXI ст.):

а— прісноводна мікроскопічна одноклітинна тварина (інфузорія колепс);

б— прісноводна мікроскопічна багатоклітинна тварина (коловратка);

в— прісноводна мікроскопічна зелена водорість (вольвокс),

г— різноманітні бактерії

17

У другій половині XIX ст. цитологія розвивалася стрімко, при цьому оптичні мікроскопи постійно вдосконалювались, дозволяючи спостерігати структури, розмір яких становив лише 0,2 мкм, що приблизно у 400 разів менше від товщини людської волосини.

У 1931 р. в Німеччині фізиком Е. Рускою було створено прототип електронного мікроскопа

(рис. 5). Це привело до того, що з’явилась можливість побачити структури у тисячу разів менші від тих, які помітні в оптичний мікроскоп.

Завдяки електронному мікроскопу в 50–60-х роках ХХ ст. в біології відбулася справжня революція: було з’ясовано внутрішню будову клітини, виявлено спільні та відмінні риси клітин рослин, тварин, грибів та бактерій.

Ці дослідження дали змогу не лише побачити як побудована клітина, а й зрозуміти, як вона працює.

Висновки

1.Вдосконалення методів мікроскопії було необхідною умовою розвитку біології.

2.Оптичний мікроскоп дав змогу побачити клітину.

3.Завдяки оптичному мікроскопу було встановлено, що клітина є найменшою одиницею живого й усі живі організми складаються з клітин.

4.Завдяки електронному мікроскопу вдалося встановити внутрішню будову клітини та з’ясувати, як вона працює.

Терміни і поняття, які потрібно засвоїти

Клітина, цитоплазма, цитологія.

Контрольні запитання

1.Хто першим побачив клітину?

2.Хто відкрив світ мікроскопічних організмів?

3.Які положення клітинної теорії сформулювали М. Шлейден та Т. Шванн?

18

Завдання

1. Підготуйте відповіді на запитання школярів, наведені на початку параграфа:

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Перші фотографії клітини під електронним мікроскопом

Перший електронний мікроскоп для біологічних досліджень був сконструйований фірмою SIEMENS та в 1944 р. встановлений у Рокфелерівському інституті медичних досліджень у м. Нью-Йорку. Вже через рік, у 1945 р., трьома біологами під керівництвом К.Р. Портера було опубліковано перші фотографії тваринних клітин, виконаних за допомогою цього приладу. На цих світлинах були добре помітні загальні обриси клітини, її неоднорідний вміст, в якому розрізнялося ядро та деякі трубкоподібні структури — мітохондрії. У 60-х роках ХХ ст. групою вчених Рокфелерівського інституту було вивчено ультратонку будову клітин тварин, рослин та грибів, а також деяких мікроскопічних одноклітинних організмів, відкритих ще Левенгуком. У цей же період інша група того самого інституту дослідила будову найдивовижніших об’єктів, які не були помітні в оптичний мікроскоп — вірусів, встановивши при цьому, що віруси не мають клітинної будови, і, таким чином, знаходяться на межі між живим та неживим.

§6. Будова мікроскопа

Ви ознайомитеся з будовою мікроскопа та дізнаєтесь, як розра­ ховувати його збільшення.

Чи будемо ми працювати з мікроскопом?

Що можна побачити в мікроскоп, окрім бактерій?

Мікроскоп (відгрецького«мікрос»—малийта«скопео»—диви- тись, роздивлятись) — це збільшувальний прилад, який дозволяє розглядати предмети дуже малого розміру. Конструкція шкільного мікроскопа майже така сама, як у найкращих дослідницьких мікроскопів першої половини ХХ ст. (рис. 6). При правильному налаштуванні шкільний мікроскоп дозволяє побачити не лише клітину, але й окремі її внутрішні структури. А за наявності певного досвіду — навіть виконувати деякі цікаві експерименти.

Мікроскоп складається з корпусу та елементів оптичної системи, через які проходить світло.

Корпус складається з: основи;

19

Окуляр

Тубус

Макрогвинт

Мікрогвинт

Револьверна насадка з об’єктивами

Рис. 6. Зовнішній вигляд та основні складові шкільного мікроскопа

 предметного столика, на якому розміщується дослідний зразок, що закріплюється на столику за допомогою двох гнучких тримачів; штатива зі змінним кутом нахилу, на якому знаходяться великий гвинт грубого налаштування чіткості (макрогвинт), та мен-

ший гвинт точного налаштування чіткості (мікрогвинт); тубуса, на нижній частині якого кріпиться револьверна на-

садка з об’єктивами, у верхню частину вкладається окуляр. До елементів оптичної системи мікроскопа належать: увігнуте дзеркало, яке можна повертати; діафрагма, що знаходиться під предметним столиком;

 револьверна насадка з об’єктивами різного збільшення; окуляр.

Дзеркало використовують для налаштування найкращого освітлення препарату. Діафрагмою регулюють контрастність та яскравість зображення: якщо діафрагма­ закрита, зображення дуже контрастне, проте темне; якщо діафрагма повністю відкрита, то контрастність­ мала, а світла забагато, тому зображення переосвітлене.

20

Рис. 7. Об’єктиви, окуляр та їх маркування

Об’єктив. Шкільний мікроскоп має три об’єктиви: дуже малого (4-кратного), малого (10-кратного) та великого (40-кратного) збільшення. Для легкої їх зміни вони вкручені в револьверну насадку. Об’єктив, який розташований вертикально вниз, у напрямку до препарату, увімкнений в оптичну систему, інші — вимкнуті. Повертаючи револьверну насадку, можна змінювати робочий об’єктив і, таким чином, переходити від одного збільшення до іншого. При включенні іншого об’єктива в оптичну систему чути легке клацання — це спрацьовує пружинний фіксатор револьверної насадки.

Об’єктив є головним елементом оптичної системи мікроскопа. На об’єктиві цифрами позначені його технічні характеристики. У верхньому рядку першою цифрою позначається збільшення об’єктива (рис. 7).

Добуток збільшення об’єктива та збільшення окуляра показує

загальне збільшення мікроскопа. Наприклад, при ввімкненому 4-кратному об’єктиві та 10-кратному окулярі загальне збільшення мікроскопа становить: 4 ∙ 10 = 40 (разів).

При роботі з мікроскопом на предметний столик кладуть дослідний зразок, закріплюють його тримачами, вмикають об’єктив малого збільшення (10-кратний). Обертаючи дзеркальце, направляють на препарат світло, і макрогвинтом налаштовують чіткість. Далі, за потреби, вмикають об’єктив великого збільшення, підре­ гульовують чіткість мікрогвинтом та контрастують зображення діафрагмою.

Працюючи з мікроскопом, дотримуйтесь таких правил:

1.Лінзи окулярів та об’єктивів потрібно оберігати від забруднення та механічних ушкоджень: не торкатись пальцями і твердими предметами, не допускати попадання на них води та інших речовин.