Задание 1. Методы биологии
***
Общие методы биологии
Есть общие методы биологии, которые необходимо помнить. Они делятся на теоретические и эмпирические (практические). Тут ничего сложного, просто запоминаем названия:
Например, с помощью наблюдения изучают сезонные изменения в живой природе: миграции птиц, листопады, спячки.
Если тебе нужна помощь с биологией, записывайся на интенсив — пройдёмся по самой важной теории для ЕГЭ прямо перед экзаменом! При покупке курса по биологии подарим тебе интенсивы по всем остальным предметам. Жми, чтобы узнать подробности 💚
Частные методы биологии
— Центрифугирование
Метод центрифугирования используется в тех случаях, когда нужно разделить клетку на различные по плотности и массе структуры (чаще всего так разделяют органоиды или отделяют форменные элементы крови от плазмы). Раствор с органоидами помещают в центрифугу, после чего благодаря центробежной силе структуры распределяются по пробирке. Самые тяжелые (ядро, митохондрии, пластиды) опускаются на дно пробирки, так как их скорость оседания наиболее высокая (подробнее про скорость оседания вы можете прочитать в прошлой статье).
Пример задания с ЕГЭ-2018:
Для изучения митохондриальных ДНК ученому необходимо выделить митохондрии из животных клеток методом центрифугирования. На чем основан этот метод? После каких структур клетки он может получить митохондриальную фракцию? Ответ поясните.
Ответ:
1. метод центрифугирования основан на разделении объектов разной плотности или массы за счет разной скорости оседания объектов (за счет разной скорости вращения центрифуги);
2. митохондриальная фракция может быть получена после осаждения ядер как самых плотных (тяжелых) клеточных структур (плотность митохондрий ниже плотности ядер, но выше плотности всех остальных структур).
***
— Хроматография
Метод хроматографии используется для разделения различных пигментов. Так как у всех пигментов разная масса, скорость движения по адсорбенту тоже разная. Чем легче пигмент, тем выше он поднимется по адсорбенту. Адсорбент — то, по чему «двигаются» пигменты во время хроматографии. Роль адсорбента может выполнять бумага, как это показано на рисунке.
Пример задания из демонстрационной версии ЕГЭ-2018:
Известно, что в растительных клетках присутствуют два вида хлорофилла: хлорофилл a и хлорофилл b. Учёному, для изучения их структуры, необходимо разделить эти два пигмента. Какой метод он должен использовать для их разделения? На чём основан этот метод?
Ответ:
Целесообразно применить метод хроматографии. Метод основан на разной скорости движения веществ смеси через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.
***
Методы генетики
— Генеалогический метод
Генеалогический метод позволяет установить закономерности наследования определенного признака в течение нескольких поколений. С помощью данного метода можно прогнозировать проявление каких-либо наследственных заболеваний (или просто признаков) в ближайшем поколении. Так изучается характер наследования признака.
Таким методом был установлен характер наследования гемофилии в королевских семьях Европы.
***
— Цитогенетический метод = кариотипирование
кариотип мужчины
С помощью данного метода изучают кариотип человека, строение и количество хромосом, а также определяют 2 вида мутаций: хромосомные (перемещение частей хромосом) и геномные (изменение количества хромосом). Генные мутации не видны через микроскоп, поэтому их цитогенетическим методом определить нельзя. Чтобы изучить кариотип клетки, экспериментатору необходимо сфотографировать с помощью светового микроскопа метафазу митоза. Во время метафазы образуется экваториальная (метафазная) пластинка: хромосомы выстраиваются по экватору и хорошо видны, как показано на картинке 3.
Кариотип — совокупность хромосом, присущая конкретному организму и каждой из его клеток.
***
— Близнецовый метод
братья Келли
Близнецовый метод — метод установления влияния факторов внешней среды на фенотип. Однояйцевые близнецы (близнецы от одной яйцеклетки) обладают идентичным генотипом, поэтому на их фенотип (признаки) влияет только внешняя среда. Если поместить двух близнецов в разные условия и пронаблюдать изменения признаков, то можно сделать выводы о влиянии среды на фенотип. Такую методику успешно применяют для изучения организма в космосе.
***
— Биохимический метод
Биохимический метод основан на выявлении нарушений обмена веществ у человека с помощью биохимического анализа крови, мочи и т. д. Такие нарушения возникают из-за генных мутаций, впервые возникающих у пациента или передающихся по наследству.
Примером такой мутации служит наличие фенилкетонурии — нарушения аминокислотного обмена. Чаще всего биохимический метод применяется при анализе крови.
***
— Секвенирование ДНК
Секвенирование ДНК — это метод, направленный на изучение нуклеотидной последовательности ДНК.
Применяется для расшифровки генома различных организмов. Также метод важен в диагностике заболеваний.
***
Другие методы биологии
— Кольцевание
кольцо на ноге у птицы
Кольцуют птиц для изучения миграций, выживаемости, для сбора статистики о популяциях. На каждом кольце выбит уникальный номер с местом и датой рождения.
***
— Микроскопирование
световой микроскоп
Микроскопы бывают многих типов, но для ЕГЭ важно знать разницу только между световым и электронным микроскопом.
1) Световой микроскоп очень компактный, использует свет и различные по силе линзы. Линзы бывают 4x, 10x, 40x и т. д. Разрешающую способность светового микроскопа считают, умножая показатели всех надетых линз. Увидеть в такой микроскоп можно цитоплазму, ядро, вакуоль и хлоропласты у растений и разглядеть очертания митохондрий (очень редко). Если мы хотим посмотреть на хромосомы, то мы можем это сделать с помощью светового микроскопа во время метафазы митоза.
2) Более мелкие структуры успешно изучаются с помощью электронного микроскопа, так как его разрешающая способность может быть и 1000000х. Исследуемое вещество как бы «обстреливается» электронами, которые отражаются обратно в микроскоп и формируют картинку.
Так, с помощью электронного микроскопа разглядеть можно кристы митохондрий, аппарат Гольджи, клеточный центр, цитоскелет, подробное строение ЭПР и даже рибосомы! Кстати, именно после открытия электронной фотографии произошло открытие рибосом. Несмотря на все свои плюсы, огромные размеры и стоимость делает данный вид микроскопа очень труднодоступным. Да и живые объекты в электронный микроскоп не разглядеть...
***
В ЕГЭ во 2-м задании часто спрашивается метод микроскопии. При этом уточнять, какой именно микроскоп мы используем, не нужно. Необходимо просто написать микроскопирование (или микроскопия).
***
— Популяционно-статистический метод
Данным методом изучают распространение какого-либо признака в популяции. Популяция — это совокупность особей одного вида, обитающих на одной территории (например, дно Щучьего озера). Со статистическим методом тесно связан закон Харди-Вайнберга, о котором в ЕГЭ почти не говорят. Но ссылку для пытливых я оставлю здесь.
***
— Метод меченых атомов
Данный метод применяют во многих областях медицины и биологии. Учёные заменяют обычные атомы на радиоактивные изотопы (например, изотоп йода), а затем запускают эксперимент.
- Щитовидная железа накапливает в себе йод (он нужен для синтеза гормона тироксина). Если мы заменим стабильный йод на радиоактивный изотоп йода, то учёные смогут определить, с какой скоростью проникает йод в щитовидку и где накапливается.
- Или пример из ботаники — учёные используют метод меченых атомов, чтобы узнать о точных молекулярных процессах фотосинтеза.
***
Методы селекции:
— Гибридизация (гибридологический метод)
Этот метод основан на скрещивании организмов. Есть внутривидовая гибридизация (близкородственная — инбридинг, и неродственная — аутбридинг) и межвидовая (отдалённая) гибридизация.
Инбридинг применяется для закрепления признака в генотипе, так как приводит к повышению гомозиготности. Также применяется для получения чистых линий.
Аутбридинг применяется для поиска новых признаков, ведет к повышению гетерозиготности. Аутбридинг часто повышает приспособленность особей, так как ведёт к появлению гетерозиса.
Гетерозис — это эффект, когда гибриды, полученные в результате аутбридинга, имеют большую жизнеспособность. Гетерозисные гибриды в последующих скрещиваниях теряют гетерозиготность и, как следствие, признаки.
Гибридизация не применяется на человеке.
***
— Искуственный мутагенез
Мутагенез — это процесс возникновения мутаций в генотипе. Иногда человек может специально вызывать эти мутации у различных организмов, чтобы получить у них новые признаки. Применяется в селекции грибов и бактерий, иногда растений.
Искусственный мутагенез не применяется на животных и человеке.
***
— Индивидуальный и массовый отборы
Предположим, мы наплодили много коров. Теперь из них мы выбираем тех, кто приносит больше всего молока. И начинаем скрещивать их между собой. Это индивидуальный отбор. Массовый отбор же применяется в отношении большой группы организмов.
Применяется в селекции животных и растений.
***
— Испытание по потомству
Проводят для подбора самцов, у которых не проявляются некоторые качества («молочность и жирномолочность» быков, «яйценоскость» петухов). Для этого производителей-самцов скрещивают с несколькими самками, оценивают продуктивность и другие качества дочерей, сравнивая их с материнскими и со среднепородными.
Последний метод применяют в селекции животных.
***
Методы биотехнологии
— Генная инженерия
Смысл генной инженерии — получение рекомбинантных ДНК или РНК. С помощью генной инженерии ген одного организма встраивают в ДНК другого организма. Например, ген инсулина подсаживают в бактерию с помощью плазмиды. Так, бактерия теперь вырабатывает инсулин, который используется в медицине.
— Клеточная инженерия
Смысл клеточной инженерии — создание новой клетки путём гибридизации, клонирования или пересадки хромосом (а может и пересадки целых ядер)!
***