1. Biologia nauka o organizmach

Transkrypt

1

2 1. Biologia nauka o organizmach Przedmiot badań biologii Człowiek zawsze był zaintrygowany otaczającym go światem. Obserwował i podglądał przyrodę. Z czasem swoje spostrzeżenia i wyciągnięte z nich wnioski zaczął opisywać i systematyzować. Dzięki ludzkiej ciekawości rozwinęły się nauki przyrodnicze. Jedna znich biologia zajmuje się żyjącymi na Ziemi organizmami. Termin biologia powstał w wyniku połączenia dwóch greckich słów: bios oznaczającego życie oraz logos oznaczającego naukę. Do pozostałych nauk przyrodniczych zalicza się m.in. chemię, fizykę i geografię. Osiągnięcia tych dyscyplin są stosowane w badaniach biologicznych. Z kolei wyniki badań biologicznych wykorzystuje się w wielu innych dziedzinach, np. w medycynie do identyfikacji chorób, opracowywania metod ich leczenia, a także w ich profilaktyce. Przedmiotem zainteresowań biologii są organizmy. W odróżnieniu od obiektów nieożywionych charakteryzują się one podstawowymi czynnościami życiowymi, do których należą: oddychanie, odżywianie, wzrost i rozwój, ruch, wydalanie, rozmnażanie oraz reagowanie na bodźce. Biologia bada i opisuje budowę oraz funkcjonowanie organizmów, a także ich wzajemne relacje. Istnieją również struktury, które mają głównie cechy materii nieożywionej. Jednak w pewnych warunkach działają jak organizmy. Są nimi wirusy. Ich jedynym przejawem życia jest zdolność do namnażania, które zachodzi wyłącznie w komórkach zaatakowanego przez nie organizmu. Wirusami również zajmuje się biologia. Ciekawostka Szybki rozwój nauki i ogromny postęp techniki umożliwiły człowiekowi badanie kosmosu. W związku z tym powstała nowa gałąź biologii kosmobiologia nauka zajmująca się badaniem teoretycznych podstaw istnienia życia poza kulą ziemską. Kosmobiolodzy analizują dane uzyskane na temat warunków środowiska panujących na danej planecie i na tej podstawie wysuwają przypuszczenie, czy mogło się tam rozwinąć życie. 8 BIOLOGIA Z TANGRAMEM

3 Dyscypliny biologii Dzięki badaniom prowadzonym przez biologów można poznać budowę i funkcjonowanie organizmów, ich różnorodność i wzajemne zależności, a także historię życia na Ziemi. Biologia obejmuje wiele dyscyplin. Obecnie intensywnie rozwijającą się dziedziną z pogranicza biologii i medycyny jest inżynieria genetyczna, zajmująca się manipulowaniem materiałem genetycznym organizmów. Ćwiczenia 1. Wymień czynności życiowe organizmów. Pytania 1 4, str Część biologów nie zalicza wirusów do organizmów. Jak myślisz dlaczego? 3. Napisz, jak się nazywa nauka o: roślinach... zwierzętach... tkankach... człowieku Znajdź w słowniku, encyklopedii lub internecie informacje o tym, czym się zajmują poniższe dyscypliny: ichtiologia... herpetologia... ornitologia... BIOLOGIA Z TANGRAMEM 9

4 2. Metody badawcze w biologii Głównymi metodami badawczymi wykorzystywanymi w biologii są obserwacja i doświadczenie. Obserwacja polega na oglądaniu obiektu bez ingerowania w jego życie i zachowanie. Może być przeprowadzana w środowisku naturalnym obiektu lub być elementem doświadczenia. W trakcie obserwacji w naturalnych warunkach pozyskuje się dane, nie powodując jednocześnie żadnych zmian w środowisku. Obserwować można jeden organizm lub ich grupę, a także zjawisko przyrodnicze (np. proces trawienia). Wyniki obserwacji przedstawia się w formie graficznej lub opisu. Doświadczenie (eksperyment) polega na przeprowadzeniu badanych procesów, np. w laboratorium, ale z zachowaniem warunków zbliżonych do warunków naturalnych. Aby doświadczenie miało wiarygodne wyniki, musi być odpowiednio zaplanowane i przeprowadzone zgodnie z przyjętymi zasadami. Wówczas wyniki doświadczenia pomagają sprawdzić wcześniejsze przypuszczenie, czyli zweryfikować postawioną hipotezę. Etapy doświadczenia 1. Obserwacja zjawiska może dotyczyć różnego rodzaju obiektów i procesów, np. budowy anatomicznej organizmu, reakcji chemicznych zachodzących w jego wnętrzu lub różnych zachowań osobników w grupie zwierząt. Przykład: W wilgotnych warunkach na produktach spożywczych (na chlebie, owocach) mogą się rozwijać grzyby pleśniowe. 6. Weryfikacja hipotezy, czyli jej potwierdzenie lub odrzucenie na podstawie wniosku z doświadczenia. Odrzucenie hipotezy może prowadzić do sformułowania nowej hipotezy, którą również należy zweryfikować za pomocą obserwacji lub doświadczenia. 2. Określenie problemu badawczego, czyli sformułowanie pytań na podstawie obserwacji. Przykład: Jaki wpływ na rozwój grzybów pleśniowych ma wilgotność podłoża? 3. Sformułowanie hipotezy,która: opiera się na obserwacji i istniejącej wiedzy na dany temat, podaje możliwe wyjaśnienie natury obserwowanych zjawisk, wskazuje wpływ tylko jednego czynnika na obserwowane zjawisko, jest zapisana w formie stwierdzenia, a nie pytania, jest możliwa do zweryfikowania za pomocą doświadczenia. Przykład: Pleśnie dobrze rozwijają się na wilgotnym podłożu, a nie rosną na suchym. 10 BIOLOGIA Z TANGRAMEM

5 Sposoby prezentacji wyników obserwacji kwiatu dzikiej róży Kwiat dzikiej róży ma pięć bladoróżowych płatków korony i pięć zielonych działek kielicha. Wokół pojedynczego słupka, znajdującego się w środku kwiatu, są rozmieszczone liczne żółtawozielone pręciki. Działki kielicha są różnie zbudowane: dwa mają gładkie brzegi, dwa na obu brzegach wypustki, w ostatniej działce jeden brzeg jest gładki, a drugi ma wypustki. Kwiat wydziela bardzo przyjemny zapach. słupek działki kielicha pręciki płatki korony Przykład: Doświadczenie przeprowadzono w cieple (temperatura pokojowa) i ciemności (szalki były owinięte folią), ponieważ takie warunki są optymalne dla pleśni (zachowano je zarówno w próbach doświadczalnych, jak i kontrolnych). Grzyby pleśniowe wyrosły w szalkach, w których znajdował się wilgotny chleb. Nie było ich natomiast na chlebie suchym. Wyniki te potwierdzają postawioną hipotezę pleśnie preferują wilgotne podłoża. 5. Przeprowadzenie doświadczenia, podczas którego należy notować spostrzeżenia, a następnie opracować otrzymane wyniki. Na ich podstawie można sformułować ostateczny wniosek. Aby wnioski były prawidłowe, doświadczenie przeprowadza się co najmniej kilkakrotnie lub przygotowuje się więcej zestawów doświadczalnych. Przykład: 1. Zwilżamy trzy kawałki chleba, a trzy pozostawiamy suche. 2. Umieszczamy każdy kawałek chleba na oddzielnej szalce Petriego. 3. Przykrywamy wszystkie szalki i owijamy każdą z nich folią spożywczą. 4. Pozostawiamy wszystkie szalki w temperaturze pokojowej na tydzień. 5. Po upływie tygodnia sprawdzamy, w których szalkach rozwinęły się pleśnie. 4. Planowanie doświadczenia, podczas którego należy sprawdzić wpływ tylko jednego czynnika na przebieg badanego zjawiska. W tym celu przygotowuje się dwa zestawy: doświadczalny i kontrolny. W zestawie doświadczalnym powinien działać badany czynnik, natomiast w kontrolnym nie. Pozostałe warunki doświadczenia w obu zestawach muszą być identyczne. Przykład: Potrzebne materiały: 6 szalek Petriego, woda, 6 kawałków chleba, spożywcza folia aluminiowa. Zestaw kontrolny będą stanowiły umieszczone na osobnych szalkach trzy suche kawałki chleba, a zestaw doświadczalny umieszczone na osobnych szalkach trzy zwilżone kawałki chleba. Wszystkie szalki należy zawinąć w folię, ponieważ pleśnie rozwijają się bez dostępu światła. BIOLOGIA Z TANGRAMEM 11

6 Przyrządy optyczne Lupa Binokular Do obserwacji niewielkich obiektów używa się specjalnych przyrządów. Poznanie szczegółów budowy organizmów o małych rozmiarach, ale widocznych gołym okiem, zazwyczaj umożliwia lupa. Powiększa ona obraz obserwowanego obiektu nawet do 20 razy w porównaniu z jego rzeczywistymi rozmiarami. Rodzajem lupy jest binokular. Przyrząd ten pozwala na powiększenie obrazu obserwowanego obiektudookoło300razy.doobserwacjiobiektów, których rozmiary wahają się od 0,25 mikrometrów (w skrócie μm, 1μm= 0,000001m = 0,001mm) do 0,1mm, wykorzystuje się mikroskop. Mikroskop Ponieważ nawet silnie powiększająca lupa może mieć niewielkie wymiary, świetnie się sprawdza w pracy w terenie. Binokularu używa się w pracowni. Jego konstrukcja umożliwia wykonywanie precyzyjnych czynności podczas obserwacji, np. przygotowanie preparatu. Pole widzenia (czyli widziane miejsce) w mikroskopie jest dużo mniejsze niż w binokularze, ale obraz obserwowanego obiektu zawiera więcej szczegółów. 12 BIOLOGIA Z TANGRAMEM

7 W szkole najczęściej używa się mikroskopu świetlnego (optycznego). Powiększenie obrazu oglądanych obiektów zapewniają dwa zestawy soczewek. Jeden z nich znajduje się w okularze, drugi w obiektywie. Całkowite powiększenie obrazu (czyli powiększenie uzyskane dzięki soczewkom okularu i obiektywu) zależy od możliwości powiększających Budowa i działanie mikroskopu świetlnego Okular składa się z dwóch soczewek umieszczonych wewnątrz obudowy w kształcie walca. W zależności od potrzeb w okularze umieszcza się najczęściej soczewki powiększające obraz obserwowanego przedmiotu 5, 10 albo 12 razy. Dla komfortu patrzenia w mikroskopach znajdują się dwa okulary. soczewek okularu i obiektywu. Aby w przybliżeniu obliczyć, ile razy większy jest obraz obserwowanego przedmiotu od jego rzeczywistych wymiarów, należy pomnożyć powiększenia otrzymywane za pomocą okularu i obiektywu (np. jeżeli soczewka okularu powiększa obraz 10 razy, a obiektywu 20 razy, to oglądany obraz jest powiększony 200 razy). Obiektyw, a właściwie zestaw obiektywów, znajduje się poniżej okularu. Każdy z obiektywów zawiera soczewkę o innej zdolności powiększania obrazu. Z reguły w mikroskopach świetlnych są obiektywy wyposażone w soczewki, które mogą powiększyć obraz przedmiotu 5, 10, 20, 40 albo 100 razy w porównaniu z jego rzeczywistymi rozmiarami. Stolik to miejsce, na którym umieszcza się preparat z obserwowanym obiektem. W stoliku, dokładnie pod obiektywem, jest zlokalizowany otwór wyznaczający pole widzenia. Przy stoliku znajdują się śruby, którymi ustawia się preparat dokładnie w środku pola widzenia. śruba makrometryczna śruba mikrometryczna Widełki przytrzymują preparat. Śruby makrometryczna imikrometryczna służą do zmiany odległości preparatu od obiektywu, a tym samym do ustawiania ostrości obrazu. Źródło światła znajduje się wewnątrz obudowy. BIOLOGIA Z TANGRAMEM 13

8 1. Połóż preparat na stoliku mikroskopu. Etapy obserwacji organizmu pod mikroskopem 2. Ustaw nad stolikiem obiektyw o najmniejszym powiększeniu. Patrząc z boku na preparat, delikatnie pokręć śrubami znajdującymi się przy stoliku, tak aby obserwowany obiekt znalazł się w środku pola widzenia. Następnie ustaw obiektyw w najniższym położeniu nad preparatem i używając śruby makrometrycznej, oddalaj obiektyw od preparatu aż do uzyskania prawidłowej ostrości obrazu. 3. Jeżeli otrzymane powiększenie obrazu jest niedostateczne, czyli nie są widoczne wszystkie szukane elementy budowy obserwowanego obiektu, umieść nad stolikiem obiektyw o większym powiększeniu. 4. Ponownie umieść obiekt w środku pola widzenia za pomocą znajdujących się przy stoliku śrub i ustaw ostrość obrazu śrubą mikrometryczną. 5. Jeśli w mikroskopie są obiektywy o większych powiększeniach, czynności te można powtarzać aż do uzyskania odpowiedniego powiększenia obrazu. 6. Dopiero przy użyciu obiektywu powiększającego obraz 100 razy procedura postępowania jest inna: na szkiełko nakrywkowe należy nanieść kroplę specjalnego olejku, a dopiero potem nastawiać ostrość obrazu, przy użyciu wyłącznie śruby mikrometrycznej. Przygotowanie preparatu mikroskopowego Obserwacja obiektu pod mikroskopem wymaga przygotowania preparatu. Do wykonania preparatu są potrzebne: prostokątne szkiełko podstawowe, kwadratowe szkiełko nakrywkowe (mniejsze i cieńsze od podstawowego), zakraplacz, bibuła, niekiedy również ostry nożyk, igła preparacyjna i pęseta. Aby obserwować niewielkie organizmy żyjące w wodzie, należy pobrać zakraplaczem kroplę wody i umieścić ją na środku szkiełka podstawowego. Następnie szkiełko nakrywkowe ustawia się pionowo obok kropli i powoli na niej kładzie (w wodzie nie powinno być pęcherzyków powietrza). Wodę, która wypłynęła spod szkiełka nakrywkowego, odsącza się bibułą. Aby zaobserwować fragment organizmu, np. komórki liścia, trzeba naciąć jego wierzchnią warstwę i ostrożnie ją zdjąć. Uzyskany cienki skrawek umieszcza się w kropli wody na szkiełku podstawowym. Następnie należy przykryć wszystko szkiełkiem nakrywkowym. Uwaga. Używając ostrego narzędzia, należy zachować szczególną ostrożność. szkiełko podstawowe szkiełko nakrywkowe Ćwiczenia Pytania 5 10, str Wymieńpodstawowe metodybadawcze, którymi posługuje się biolog. 2. Napisz, którego z przyrządów optycznych użyjesz, aby uzyskać: a) kilkukrotne powiększenie skrzydła owada... b) kilkudziesięciokrotne powiększenie fragmentu liścia... c) powiększenie jednokomórkowego organizmu... *3. Wyjaśnij, co to jest hipoteza. 14 BIOLOGIA Z TANGRAMEM

9 4. a) Wymień te elementy mikroskopu, które umożliwiają uzyskanie powiększenia obrazu obserwowanych przedmiotów. b) Wymień elementy mikroskopu służące do ustawiania ostrości obrazu. 5. Okular mikroskopu powiększa obraz obserwowanego przedmiotu 10 razy, a obiektyw 40 razy. Ile razy będzie powiększony obraz widzianego przedmiotu w tym mikroskopie? 6. Mikroskop powiększa obraz obserwowanego przedmiotu maksymalnie 480 razy. Oblicz, ile razy obraz obiektu jest powiększany przez okular, a ile przez obiektyw. 7. Przygotuj preparat kropli wody, np. z kałuży. Obejrzyj go pod mikroskopem. Powinieneś zobaczyć dużo organizmów, najczęściej jednokomórkowych. Wybierz jeden z nich, zaobserwuj jego obraz w dwóch różnych powiększeniach uzyskanych przy użyciu obiektywów powiększających 5 razy i 40 razy. Wykonaj rysunki oglądanego organizmu. Obraz uzyskany za pomocą obiektywu powiększającego 5 razy. Obraz uzyskany za pomocą obiektywu powiększającego 40 razy. BIOLOGIA Z TANGRAMEM 15

10 Pytania kontrolne 1. Co jest przedmiotem zainteresowania biologii? 2. Jakie dyscypliny naukowe zalicza się do nauk biologicznych? 3. Dlaczego wirusy znalazły się w obszarze zainteresowań biologów? 4. Jakie cechy decydują o tym, czy obiekt jest zaliczany do organizmów? 5. Jakimimetodamibadawczymiposługuje się biologia? 6. O czym należy pamiętać przy planowaniu doświadczenia? 7. Jakie znasz przyrządy optyczne przydatne w pracy biologa w terenie, a jakie w laboratorium? 8. Jak jest zbudowany mikroskop? 9. Jak się oblicza powiększenie obrazu, które można uzyskać za pomocą danego mikroskopu? 10. Jak przygotować preparat do obserwacji i jak postępować, by uzyskać jego wyraźny obraz pod mikroskopem? 16 BIOLOGIA Z TANGRAMEM