Что такое научные факты в биологии
Научные методы исследования в биологии
Вопрос 1. Какова основная цель науки?
Основная цель науки — изучить и познать окружающий мир.
Вопрос 2. Что такое научный метод? В чем его основной принцип?
Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Основной принцип научного метода — ничего не воспринимать на веру. Любое утверждение либо опровержение чего-либо следует проверить.
Вопрос 4. Какой факт может считаться научным?
Научный факт — это результат, полученный в ходе неоднократных наблюдений и экспериментов. Научный факт является отправной точкой научного исследования. На основании научных фактов определяются свойства и закономерности явлений, выводятся теории и законы.
Вопрос 6. Какова роль прикладных и фундаментальных исследований в науке?
Фундаментальные и прикладные исследования различаются, прежде всего, по своим целям и задачам. Фундаментальные научные исследования позволяют понять законы, которые лежат в основе развития природы.
При рассмотрении прикладных исследований и наук нередко делается акцент на вопросах приложения научных результатов к решению вполне определенных технических и технологических проблем. Основная задача этих исследований рассматривается как непосредственная разработка тех или иных технических систем и процессов. Разработка прикладных наук связана с решением практических задач, имеет в виду потребности практики. Так, биологические знания являются базой для практических достижений в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, решении экологических проблем.
Методы исследования в биологии
Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. А с развитием цивилизации люди начали изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так зародилось научное познание, науки и биологическая наука в частности. Этот урок о становлении методов изучения биологии.
Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. В процессе трудовой деятельности люди приобрели способность обобщать свойства предметов и явлений, не заостряя внимания на их особенностях. Например, двое учеников свободно могут разговаривать о реке Днепр, которая протекает, может быть, за десятки и сотни километров от беседующих. Они её не видят, не слышат плеска волн. Но каждый из собеседников на основе обобщения знаком с понятием «река». Каждый связывает со словом «Днепр» понятие об одной из крупных рек Европы. Поэтому они понимают друг друга, хотя на Днепре никогда не были. Такое понимание и отличает нас с вами от животных. Последние могут устанавливать простейшие связи между предметами, изготавливать простейшие орудия труда… Но они не имеют понятий, не способны уяснить причин явлений и вытекающих из них последствий.
От умения первобытных людей приспособиться к среде обитания зависела, непосредственно, их жизнь.
С развитием цивилизации человек начал изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так и зародилась наука — одна из сфер человеческой деятельности, цель которой — изучение и познание окружающего мира. Цель познания — знания. Они нужны для ориентации человека в окружающем мире, объяснения и предвидения событий, планирования и реализации деятельности. Для удовлетворения собственного интереса, в конце концов. Вместе с тем познание совсем не обязательно может быть научным. Оно может быть обыденным, художественным, мифологическим или религиозным.
Но, возвращаясь к теме нашего урока, — мы с вами ведём разговор о биологии. Биология — это наука. Соответственно, предмет нашего рассмотрения — научное познание. В чём его отличие от ненаучного? Наверное, у каждого есть свой ответ на этот вопрос. Давайте попробуем обобщить и конкретно сформулировать саму суть. Будьте внимательны. Научное познание — это процесс получения объективного… истинного… знания, направленного на отражение закономерностей действительности.
В научном познании выбирают определённые объекты исследования, проблемы и методы их изучения. Конечно, каждая наука имеет свои методы исследования. Однако, независимо от выбранного метода, для каждого учёного важнейшим всегда остаётся принцип «нельзя ничего принимать на веру». Потому как главной задачей науки является построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые, в свою очередь, можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания всегда могут быть взяты под сомнение и принимаются только при достаточных или даже избыточных доказательствах. Такие знания переходят в ранг научных фактов (от греческого factum — сделанное) — фактов, которые можно воспроизвести и подтвердить.
Как любой человек в своей жизни не может обходиться без воздуха, так любой учёный в своих исследованиях не может обходиться без научных фактов. Для их получения применяются научные методы (греческое слово methodos — путь исследования) — совокупность тех приёмов и операций, которые используются при построении системы научных знаний.
История любой науки и биологии в частности — это история разработки и применения новых методов исследования. В биологической науке основными методами исследования в разное время являлись и являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Описательный метод в методологии современного познания занимает первичные позиции. Он широко применялся ещё учёными древности… Которым ничего не оставалось, кроме как собирать фактический материал и описывать его.
В основе описательного метода лежит наблюдение — первоисточник всех научных данных. И немудрено. Наблюдение опирается на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление). Однако, именно по этой причине многие учёные расценивают этот тип исследования как весьма ненадёжный. Да и результаты описательных исследований невозможно повторить и повторно проанализировать.
Вплоть до XVIII столетия естествоиспытатели занимались описанием растений и животных, а также пытались систематизировать накопленный описательный материал. Однако, этот метод не утратил своей актуальности и сегодня. Например, зоологи открывают новые виды животных, специалисты в области гистологии наблюдают с помощью микроскопа зафиксированные и окрашенные срезы тканей, а молекулярные биологи фиксируют изменение концентрации фермента в пробирке.
Научное наблюдение, в отличие от обыденного — не простое, но целенаправленное изучение природных объектов или явлений. Оно ведётся исключительно для решения поставленной задачи, и при этом внимание наблюдателя не должно рассеиваться. Если мы, например, изучаем сезонные миграции белого аиста, то будем отмечать время его появления в местах гнездования, и ничего более. То есть выделять определённую часть из действительности и включать её в изучаемую систему.
В наблюдении важны точность, аккуратность, активность исследователя. А также его непредвзятость, знания, опыт и правильный выбор технических средств.
Собранный при помощи описательного метода фактический материал может и должен быть подвергнут сравнению. Сравнительный метод, благодаря которому выявляются сходства и различия между организмами и их частями, биологи стали применять с XVII-го века. Так появились данные, необходимые для классификации растений и животных. А в XIX веке применение сравнительного метода привело к разработке клеточной теории Шванна/Шлейдена и обоснования теории Дарвина. Которая, в свою очередь, вызвала перестройку целого ряда биологических наук.
Методы сравнительного подхода приводят к тому, что могут быть пересмотрены уже сложившиеся взгляды на те или иные явления и факты. При сравнении также могут быть открыты особенности, которые специфичны для конкретного объекта или явления, однако ранее не были известны исследователям. Таким образом, сравнение способствует более глубокому изучению и познанию объектов и явлений, а также поиску их отличительных особенностей и различий на разных уровнях исследования.
Сравнительный метод широко применяется в различных биологических дисциплинах и в наше время. Но использование только описательного и сравнительного методов в биологии привело бы к тому, что она так бы и осталась в рамках констатирующей науки. А мы с вами никогда бы не увидели реальных кибернетических организмов — киборгов.
Идём дальше. Сравнительный метод, который мы разобрали, впоследствии перерастает в исторический. Почему? Человек отличается от животных, кроме всего прочего, тем, что может накапливать, сохранять и анализировать информацию, которая досталась ему от предыдущих поколений. То есть передавать свои знания. Сопоставление с ранее полученными знаниями помогает осмыслить новые полученные факты. Исторический метод начал применяться во второй половине XIX века во многом благодаря работам Чарлза Дарвина. Человек, перевернувший в 1859 году всё естествознание того времени, научно обосновал закономерности появления и развития организмов. Раскрыл механизм становления их структур и функций во времени и пространстве. С тех пор исторический метод превратил биологию из науки описательной в науку, которая объясняет то, как появились и функционируют многообразные живые системы.
И напоследок — самое интересное.
Кто из вас в детстве, а может, и прямо сейчас не проводил экспериментов? Какие из них больше всего нравились? Может быть, такой?
Или что-нибудь посложнее?
Говоря научным языком, эксперимент представляет собой воссоздание выделенного аспекта действительности в специально создаваемых и контролируемых условиях, что обеспечивает критерий воспроизводимости, то есть позволяет восстановить ход явления при повторении условий.
Полный цикл эксперимента состоит из нескольких стадий: чётко сформулированной цели исследования и плана (постановка эксперимента), конкретных приёмов и средств технического воплощения и контроля (проведение эксперимента) и обработки результатов.
В биологии применение экспериментального метода связывают с именем Уильяма Гарвея. В 1628 году этот английский основоположник физиологии впервые сформулировал свою теорию кровообращения, которая основывалась на собственных экспериментальных доказательствах. Измерив величину систолического объёма, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через него проходит количество крови, равное весу животного. Отсюда следовало, что, вопреки бесспорным на то время утверждениям Галена о поступлении к сердцу всё новых и новых порций крови от вырабатывающих её органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу. Замкнутость же цикла обеспечивают мельчайшие трубочки — капилляры, соединяющие артерии и вены.
Однако широко применяться в биологии эксперимент начал лишь в XIX веке. Классическим образцом методологии экспериментальной науки стала работа Грегора Менделя по изучению наследственности и изменчивости организмов. Как Гарвей предсказал наличие в организме животных капилляров, которых никто не видел и не мог увидеть в то время, так и Мендель благодаря свои экспериментам с горохом предсказал наличие генов у всех живых организмов. Эпохальное событие в биологии.
С XX века экспериментальный метод становится ведущим в биологической науке. Это было обусловлено появлением новых приборов для исследований. Например, таких сложных, как электронный микроскоп, созданный в 1932 году, томограф, сконструированный в 1969-м. Кроме того, в биологии начали активно применяться методы физики и химии. Это и различные виды микроскопии, а также биохимические методы, метод меченых атомов, самые разнообразные способы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей, органов, рентгеноструктурный анализ, хроматография, ультрацентрифугирование и другие. Не спешите пугаться сложных названий, через несколько уроков вы их освоите.
Так вот, ко второй половине XX века в биологии развивается целое направление, которое предусматривает разработку методов исследования и создание новейших приборов.
В последнее время в биологических исследованиях всё больше применяют моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений. Моделирование является как бы высшей формой биологического эксперимента. Объектом моделирования может стать любая биологическая система. От мельчайшей, например, молекула ДНК — хромосома — ядро клетки — сама клетка… до огромной — вся биосфера. Такая глобальная информация о поведении живой природы на Земле используется, например, в случае глобальных техногенных или климатических изменений.
Экспериментальный метод коренным образом преобразил биологию. Он смог многократно расширить её познавательные возможности и открыл новые пути для использования биологических знаний во всех сферах деятельности человека.
И в заключение несколько слов об этапах проведения научного исследования. Как мы уже сказали, первоисточником всех научных данных является наблюдение. После обобщения фактов выдвигаются гипотезы, которые могут объяснить наблюдение. Далее эти данные перепроверяются в ходе новых наблюдений и экспериментов. За этим этапом обязательно следует контрольный опыт. Условия контрольного опыта, в свою очередь, обязательно должны отличаться одним фактором. После анализа результатов эксперимента научные данные переходят в ранг научных фактов, а проверенная гипотеза становится теорией или законом. Это говорит о её универсальности, неоспоримости и достоверности. Однако даже верная теория по мере накопления новых фактов может пересматриваться и уточняться. Например, теория эволюции.
25 фактов, которые наука может объяснить
Научные факты, которые к настоящему времени раскрыли ученые
Даже если в школе вы не любили уроки естествознания, трудно не восхищаться научными открытиями. Они действительно впечатляют, и, с каждым годом этих открытий становится все больше и больше, всего знать не получится и даже при желании изучить невозможно.
А пытливые исследователи постоянно узнают что-то новое и главное, они готовы делиться этим с нами, обывателями, а мы, в свою очередь, готовы искать и находить интересные факты, для того, чтобы поделиться ими с нашими читателями.
Вот 25 необычных научных фактов и они, вероятно, будут интересны и свежи для вас!
1. На других планетах может идти алмазный дождь
Edgar Soto / unsplash.com
Атмосферы Нептуна, Урана и Сатурна обладают таким экстремальным давлением, что могут кристаллизовать атомы углерода и превращать их в алмазы, сообщает American Scientist. Откуда наука это знает? Исследователи смогли создать правильные условия в лаборатории и доказать, что это происходит на Нептуне и Уране. Кроме того, ученые предполагают, что в некоторых частях Сатурна может выпадать до тысячи тонн алмазов в год.
2. Примерно половина нашего тела – бактерии
CAVAN IMAGES/GETTY IMAGES
По оценкам экспертов, человеческое тело состоит из 30 триллионов человеческих клеток и 39 триллионов бактерий – соотношение примерно 1:1,3. В прошлом наука полагала, что человеческого в нас гораздо больше: соотношение составляло 10:1.
3. Мы понятия не имеем, как выглядит большая часть Вселенной
Thomas Grams / unsplash.com
Около 96 процентов Вселенной состоит из темной материи и темной энергии, которые человеку обнаружить невозможно, сообщает Space.com. Как считают ученые, это происходит потому, что частицы, из которых состоят эти вещества, не взаимодействуют с обычной материей или светом.
4. Солнечные вспышки невероятно мощны
VICTOR HABBICK VISIONS/GETTY IMAGES
5. Гелий может работать против силы тяжести
Adi Goldstein / unsplash.com
И еще один интересный факт об этом элементе: хотя гелий является вторым по распространенности элементом во Вселенной, он может быть вреден для человеческого организма – одна из многих проблем с праздничными воздушными шариками, о которых никто не говорит.
6. На Земле существовало примерно 2,5 миллиарда тираннозавров, но не одновременно
Люди восхищались габаритами Ти-рексов с тех пор, как впервые собрали полный скелет. Сегодня благодаря исследованию, опубликованному в апреле 2021 года, ученые имеют более точное представление о том, сколько из них когда-то называли Землю своим домом – пусть и временным. По данным команды Калифорнийского университета в Беркли, примерно 2,5 миллиарда этих динозавров существовали в более чем 127 000 поколениях. К такой оценке исследователи пришли, принимая во внимание средний размер тела динозавра, его половую зрелость и энергетические потребности.
7. Вода может существовать в трех состояниях одновременно
Anastasia Taioglou / unsplash.com
8. Бананы радиоактивны
Brett Jordan / unsplash.com
Вот случайный факт об одном из ваших любимых продуктов питания: бананы содержат калий, а поскольку тот распадается, желтый фрукт становится слегка радиоактивным. Но не волнуйтесь – по словам Джо Шварца, доктора философии из Университета Макгилла, понадобится съесть десять миллионов бананов за один присест, чтобы умереть от вызванного ими радиационного отравления.
9. Горячая вода замерзает быстрее холодной
David Becker / unsplash.com
Утверждение может показаться нелогичным, но это называется эффектом Мпембы. Ученые полагают, что это связано со скоростью движения и диспозицией частиц в горячей воде, которые позволяют им быстрее замерзать. Если этот вывод подтвердится, его можно будет применять в повседневной жизни – например, для охлаждения электронных устройств, говорится в исследовании, проведенном в Университете Карлоса III в Мадриде.
10. На Земле деревьев больше, чем звезд в нашей галактике
Arnaud Mesureur / unsplash.com
Вот еще один интересный факт о космосе (и о Земле), о котором вы наверняка не знали: эксперты НАСА считают, что в Млечном Пути содержится от 100 до 400 миллиардов звезд. Однако в научной статье 2015 года, опубликованной в журнале Nature, говорится, что количество деревьев в мире намного больше – 3,04 триллиона.
11. У людей есть гены от других видов
Нам нравится думать, что люди превосходят других живых существ, но на самом деле наш геном состоит из 145 генов, которые перекочевали из бактерий, грибов, других одноклеточных организмов и вирусов, согласно исследованию, опубликованному в журнале Genome Biology.
12. Но не волнуйтесь, у нас достаточно собственных генов
National Cancer Institute / unsplash.com
Ученые считают, что в генах человека содержится более трех миллиардов пар оснований ДНК, а в геноме – более 25 000 генов, говорится в статье журнала Nature. Полная копия этого генома существует в каждой из 30-40 триллионов клеток человеческого тела. Хорошо, что в ДНК человека так много пар оснований, поскольку ряд медицинских загадок удалось разгадать именно с помощью ДНК-тестирования.
13. Человеческий желудок может растворять бритвенные лезвия
Nacho Fernández / unsplash.com
Если вы когда-нибудь проглотите лезвие бритвы, не паникуйте. Человеческое тело способно на большее, чем вы думаете. Кислоты ранжируются по шкале от 0 до 14 – чем ниже уровень pH, тем сильнее кислота. Кислотность нашего желудочного сока обычно варьируется в пределах от 1,0 до 2,0, что означает невероятно высокий уровень pH.
В исследовании, опубликованном в журнале Gastrointestinal Endoscopy, ученые обнаружили, что утолщенная спинка одностороннего лезвия растворяется за два часа после погружения в желудочную кислоту. Это лишь один из многих невероятных фактов о человеческом теле, которые вы никогда не изучали в школе.
14. Почва полна жизни
Roman Synkevych / unsplash.com
15. Крысы смеются, когда их щекочут
Joshua J. Cotten / unsplash.com
Эти существа более эмоциональны, чем мы думаем. Крысы обладают удивительной способностью «смеяться», когда их щекочут. Видео от National Geographic демонстрирует, что они не только положительно реагируют на щекотку, но и гоняются за рукой исследователя в игривой манере.
16. Облако может весить около миллиона фунтов – свыше 450 тонн
C Dustin / unsplash.com
Ваши детские мечты о парении на невесомом облаке могут не выдержать этого научного факта: среднее кучевое облако может весить до миллиона фунтов, согласно данным Геологической службы США. Примерно столько же весит самый большой в мире реактивный самолет, полностью заполненный грузом и пассажирами.
17. Животные используют магнитное поле Земли для ориентации
Vincent van Zalinge / unsplash.com
Заблудившиеся сухопутные животные не всегда могут найти дорогу домой, но морские создания не ошибаются. По данным Геологической службы США (USGS), «есть доказательства того, что некоторые водные существа, такие как морские черепахи и лосось, обладают способностью ощущать магнитное поле Земли и использовать его для навигации».
18. Отрыжка в космосе невозможна
Kobby Mendez / unsplash.com
Когда вы отрыгиваете на Земле, гравитация удерживает твердые и жидкие частицы только что съеденной пищи, поэтому изо рта выходит только газ. В отсутствие гравитации – силы тяжести – газ не может отделиться от жидкости и твердых частиц, поэтому отрыжка превращается, по сути, в рвоту.
19. Пластик может стать ванильным ароматизатором
Marc Newberry / unsplash.com
Ученые выяснили, как превратить пластиковые бутылки в ванильный ароматизатор с помощью генной инженерии бактерий – об этом сообщается в исследовании 2021 года, опубликованном в журнале Green Chemistry. Авторы объясняют, что спрос на ванилин неуклонно растет, поскольку он применяется в самых разных продуктах питания, косметике, фармацевтике, чистящих средствах и гербицидах.
Но не стоит ожидать, что в ближайшее время вы будете есть мороженое со вкусом пластиковых бутылок: эксперименты продемонстрировали, что такое преобразование возможно, но не показали, безопасно ли оно для потребления человеком.
20. Лазер может «застрять» в воде
Erfan Afshari / unsplash.com
Когда вы направляете лазерный луч на струю текущей воды, происходит крутая вещь, называемая «полным внутренним отражением». Чтобы продемонстрировать это явление, PBS Learning Media выпустил видео, в котором лазер расположен с одной стороны прозрачного резервуара с водой. Когда свет проходит через воду, он замедляется более тяжелыми частицами в воде, эффективно «задерживая» лазерный луч в жидкости.
Даже когда поток постепенно уменьшается, лазерный луч остается внутри струи до тех пор, пока не исчезнет, когда вода будет полностью отключена.
21. Мужчины страдают дальтонизмом чаще, чем женщины
ROLAND MARIA REININGER/GETTY IMAGES
Гены, ответственные за наиболее распространенный тип дальтонизма, находятся на Х-хромосоме, объясняет Национальный институт глаз. Даже если у женщин гены находятся на одной из двух Х-хромосом, правильно функционирующий ген на другой хромосоме компенсирует эту потерю. Если же мужчины наследуют ген на своей единственной Х-хромосоме, они становятся дальтониками.
22. Кислород на Земле производится океаном
engin akyurt / unsplash.com
Вы когда-нибудь задумывались, откуда берется кислород? Первая мысль может быть о тропических лесах, но вот вам интересный научный факт: по данным Национальной океанической службы, за весь этот свежий воздух мы должны благодарить морские организмы растительного происхождения. Планктон, морские водоросли и другие фотосинтезирующие организмы производят более половины всего кислорода в мире.
23. Летучие мыши не подвержены большинству вирусов
Geoff Brooks / unsplash.com
Да, это касается и коронавирусов. Летучие мыши, конечно, могут заражаться и распространять их, но, согласно исследованиям, финансируемым Европейской комиссией, у них имеется множество генов, отвечающих за антивирусную активность, что позволяет им не подвергаться опасности. Исключением является бешенство – однако, по словам Томаса Кеплера, доктора философии и профессора микробиологии Бостонского университета, хотя летучие мыши иногда им заболевают, оно редко их убивает.
24. Пиво в два раза более шипучее, чем шампанское
Brad Stallcup / unsplash.com
Согласно исследованию 2021 года, опубликованному в журнале ACS Omega, если один фужер шампанского производит около миллиона пузырьков, то стакан пива – около двух миллионов. Почему это имеет значение? Большее количество пузырьков приводит к более насыщенному вкусу. Конечно, это не значит, что пиво и шампанское сопоставимы друг с другом по вкусовым качествам – просто исследователи выбрали эти напитки для большей наглядности.
25. Люди способны вырабатывать яд
Meg Jerrard / unsplash.com