Czym jest biologia? Biologia jest nauką o życiu, o organizmach żywych żyjących na Ziemi.

Zdjęcie 3 z prezentacji „Nauka” na lekcje biologii na temat „Biologia”

Wymiary: 720 x 540 pikseli, format: jpg. Aby pobrać zdjęcie za darmo lekcja biologii, kliknij obraz prawym przyciskiem myszy i kliknij „Zapisz obraz jako...”. Aby wyświetlić zdjęcia na lekcji, możesz także bezpłatnie pobrać całą prezentację „Science.ppt” ze wszystkimi zdjęciami w archiwum zip. Rozmiar archiwum wynosi 471 KB.

Pobierz prezentację

Biologia

„Metody badawcze w biologii” - Historia rozwoju biologii jako nauki. Planowanie eksperymentu, wybór techniki. Scenariusz lekcji: Aby rozwiązać jakie globalne problemy ludzkości wymagana jest znajomość biologii? Temat: Dyscypliny z pogranicza: Zadanie: Morfologia, anatomia, fizjologia, systematyka, paleontologia. Znaczenie biologii.” Biologia jest nauką o życiu.

„Naukowiec Łomonosow” - Podkreślił znaczenie eksploracji Północy trasa morska, rozwój Syberii. 19 listopada 1711 - 15 kwietnia 1765 (53 lata). 10 czerwca 1741. Odkrycia. Opracował atomowe i molekularne koncepcje dotyczące budowy materii. Pomysły. Wyłączono flogiston z listy środków chemicznych. Stanowisko. Będąc zwolennikiem deizmu, patrzył na zjawiska naturalne w sposób materialistyczny.

„Botanik Wawiłow” – Ogólnounijny Instytut Botaniki Stosowanej. W 1906 r. Mikołaj Iwanowicz Wawiłow. W 1924 r. Ukończyli: Babicheva Roksana i Żdanowa Ludmiła, uczennice klasy 10B. Wzrósł autorytet Wawiłowa jako naukowca i organizatora nauki. W Merton (Anglia), w laboratorium genetycznym Instytutu Ogrodniczego. N. I. Wawiłow urodził się 26 listopada 1887 r. w Moskwie.

„Działalność projektowa” - Alekseeva E.V. Plan wykładu. Autorem projektu staje się nauczyciel. Przeglądaj dodatkowe zasoby. Technologizacja modelu informacyjnego proces edukacyjny. Projektowanie lekcji biologii. Działania projektowe. Teoria i praktyka. (Metoda projektu). Etapy pracy nauczyciela. Teoria i praktyka. Główne bloki w projektach.

„Nauka o żywej naturze” - Projektowanie zeszytów ćwiczeń. 3. Biologia - nauka o przyrodzie żywej. Biologia to nauka o przyrodzie żywej. Bakteria. Grzyby. Składają się z jednej komórki i nie mają jądra. Marka Cycerona. Biologia bada organizmy żywe. Mają chlorofil i tworzą się pod wpływem światła materia organiczna, uwalniając tlen. Pytanie: Czego uczy biologia?

„Matematyka w biologii” – „Identyfikacja płaskostopia”. Czytanie wykresów. Pojęcie symetrii; Rodzaje symetrii. Pojęcie wykresu funkcji. Biologia ogólna, klasa 10. "Budynek seria odmian i krzywy.” W punktach styku będą uszy. Okrąg, owal. Istnieje ogólnie przyjęty punkt widzenia, do którego należy matematyka nauki ścisłe. Proporcjonalność.

W sumie dostępnych jest 14 prezentacji na ten temat

Nauki o życiu podążają ścieżką od dużych do małych. Niedawno biologia opisywała wyłącznie zewnętrzne cechy zwierząt, roślin i bakterii. Biologia molekularna bada organizmy żywe na poziomie interakcji poszczególnych cząsteczek. Biologia strukturalna - bada procesy zachodzące w komórkach na poziomie atomowym. Jeśli chcesz dowiedzieć się, jak „widzieć” poszczególne atomy, jak działa i „żyje” biologia strukturalna oraz jakich instrumentów używa, to jest miejsce dla Ciebie!

Komplementariuszem cyklu jest firma: największy dostawca sprzętu, odczynników i materiałów eksploatacyjnych do badań i produkcji biologicznej.

Jedną z głównych misji Biomolecules jest dotarcie do samych korzeni. Nie tylko opowiadamy, jakie nowe fakty odkryli badacze – opowiadamy o tym, jak je odkryli, ale staramy się wyjaśnić zasady działania technik biologicznych. Jak pobrać gen z jednego organizmu i wprowadzić go do innego? Jak prześledzić los kilku maleńkich cząsteczek w ogromnej komórce? Jak pobudzić jedną maleńką grupę neuronów w ogromnym mózgu?

I dlatego postanowiliśmy porozmawiać metody laboratoryjne bardziej systematycznie, aby zebrać w jednym dziale najważniejsze, najnowocześniejsze techniki biologiczne. Aby było ciekawiej i przejrzyściej, mocno zilustrowaliśmy artykuły, a nawet dodaliśmy animacje tu i ówdzie. Zależy nam, aby artykuły w nowym dziale były ciekawe i zrozumiałe nawet dla przypadkowego przechodnia. Z drugiej strony powinny być na tyle szczegółowe, aby nawet profesjonalista mógł odkryć w nich coś nowego. Zebraliśmy metody w 12 dużych grup i na ich podstawie stworzymy kalendarz biometodologiczny. Bądź na bieżąco z aktualizacjami!

Dlaczego biologia strukturalna jest potrzebna?

Jak wiadomo biologia jest nauką o życiu. Pojawiła się w początek XIX wieku i pierwsze sto lat jego istnienia miało charakter czysto opisowy. Za główne zadanie biologii w tamtym czasie uważano znalezienie i scharakteryzowanie jak największej liczby gatunków różnych organizmów żywych, a nieco później - rozpoznanie zachodzących między nimi pokrewieństw rodzinnych. Z biegiem czasu i wraz z rozwojem innych dziedzin nauki z biologii wyłoniło się kilka gałęzi z przedrostkiem „molekularny”: genetyka molekularna, Biologia molekularna i biochemia - nauki badające żywe istoty na poziomie pojedynczych cząsteczek, a nie na wygląd ciała lub względnego położenia jego narządów wewnętrznych. Wreszcie całkiem niedawno (w latach 50. ubiegłego wieku) pojawiła się taka dziedzina wiedzy jak biologia strukturalna- nauka badająca procesy zachodzące w organizmach żywych na poziomie zmiany strukturę przestrzenną poszczególne makrocząsteczki. Zasadniczo biologia strukturalna znajduje się na przecięciu trzech różne nauki. Po pierwsze, jest to biologia, ponieważ nauka bada obiekty żywe, po drugie, fizyka, ponieważ wykorzystuje się najszerszy arsenał fizycznych metod eksperymentalnych, i po trzecie, chemia, ponieważ przedmiotem tej szczególnej dyscypliny jest zmiana struktury cząsteczek.

Biologia strukturalna bada dwie główne klasy związków - białka (główne „ciało robocze” wszystkich znanych organizmów) i kwasy nukleinowe(główne cząsteczki „informacyjne”). To dzięki biologii strukturalnej wiemy, że DNA ma strukturę podwójnej helisy, że tRNA należy przedstawiać jako zabytkową literę „L”, a rybosom ma dużą i małą podjednostkę składającą się z białek i RNA w określonej konformacji.

Globalny cel biologia strukturalna, jak każda inna nauka, polega na „rozumieniu, jak wszystko działa”. W jakiej formie złożony jest łańcuch białka powodujący podział komórek, jak zmienia się opakowanie enzymu podczas przeprowadzanego przez niego procesu chemicznego, w jakich miejscach oddziałuje hormon wzrostu i jego receptor – oto pytania, które stawia nauka odpowiada. Co więcej, odrębnym celem jest zgromadzenie takiej ilości danych, aby na te pytania (na jeszcze niezbadanym obiekcie) można było odpowiedzieć na komputerze, bez uciekania się do kosztownego eksperymentu.

Trzeba na przykład zrozumieć, jak działa układ bioluminescencji u robaków czy grzybów – rozszyfrowali genom, na podstawie tych danych znaleźli pożądane białko i przewidzieli jego strukturę przestrzenną wraz z mechanizmem działania. Warto jednak przyznać, że na razie takie metody istnieją dopiero w powijakach i nadal nie da się dokładnie przewidzieć struktury białka, mając jedynie jego gen. Z drugiej strony wyniki biologii strukturalnej mają zastosowanie w medycynie. Jak ma nadzieję wielu badaczy, wiedza o strukturze biomolekuł i mechanizmach ich działania pozwoli na opracowywanie nowych leków na racjonalnych podstawach, a nie metodą prób i błędów (ściśle mówiąc, wysokoprzepustowych badań przesiewowych), jak to się dzieje najczęściej Teraz. I to nie jest science fiction: istnieje już wiele leków stworzonych lub zoptymalizowanych przy użyciu biologii strukturalnej.

Historia biologii strukturalnej

Historia biologii strukturalnej (ryc. 1) jest dość krótka i zaczyna się na początku lat pięćdziesiątych XX wieku, kiedy James Watson i Francis Crick, w oparciu o dane Rosalind Franklin dotyczące dyfrakcji promieni rentgenowskich na kryształach DNA, stworzyli model obecnie dobrze znana podwójna helisa z zabytkowego zestawu konstrukcyjnego. Nieco wcześniej Linus Pauling zbudował pierwszy wiarygodny model helisy, jednego z podstawowych elementów struktura wtórna białka (ryc. 2).

Pięć lat później, w 1958 r., oznaczono pierwszą na świecie strukturę białkową – mioglobinę (białko włókien mięśniowych) kaszalota (ryc. 3). Wyglądała oczywiście nie tak pięknie jak nowoczesne konstrukcje, ale był to znaczący kamień milowy w rozwoju współczesnej nauki.

Rysunek 3b. Pierwsza struktura przestrzenna cząsteczki białka. John Kendrew i Max Perutz demonstrują przestrzenną strukturę mioglobiny zmontowanej ze specjalnego zestawu konstrukcyjnego.

Dziesięć lat później, w latach 1984–1985, za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego określono pierwsze struktury. Od tego momentu dokonano kilku kluczowych odkryć: w 1985 roku uzyskano strukturę pierwszego kompleksu enzymu z jego inhibitorem, w 1994 roku strukturę syntazy ATP, głównej „maszyny” elektrowni naszych komórek ( mitochondria) i już w 2000 roku uzyskano pierwszą strukturę przestrzenną „fabryki” białek – rybosomy, składające się z białek i RNA (ryc. 6). W XXI wieku rozwój biologii strukturalnej postępuje skokowo, czemu towarzyszy gwałtowny wzrost liczby konstrukcje przestrzenne. Uzyskano struktury wielu klas białek: receptorów hormonów i cytokin, receptorów sprzężonych z białkiem G, receptorów Toll-podobnych, białek układ odpornościowy i wiele innych.

Wraz z pojawieniem się nowych technologii rejestracji i przetwarzania obrazu w 2010 roku mikroskopia krioelektronowa Pojawiło się wiele złożonych struktur białek błonowych o super rozdzielczości. Postęp biologii strukturalnej nie pozostał niezauważony: za odkrycia w tej dziedzinie przyznano 14 nagród nagrody Nobla, z czego pięć żyje już w XXI wieku.

Metody biologii strukturalnej

Badania z zakresu biologii strukturalnej prowadzone są przy użyciu kilku metod fizycznych, z których tylko trzy umożliwiają otrzymanie struktur przestrzennych biomolekuł z rozdzielczością atomową. Metody biologii strukturalnej opierają się na pomiarze oddziaływania badanej substancji z różnymi rodzajami fal elektromagnetycznych cząstki elementarne. Wszystkie metody wymagają znacznych zasobów finansowych - koszt sprzętu jest często niesamowity.

Historycznie rzecz biorąc, pierwszą metodą biologii strukturalnej jest analiza dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) (ryc. 7). Już na początku XX wieku odkryto, że wykorzystując wzór dyfrakcji promieni rentgenowskich na kryształach, można badać ich właściwości – rodzaj symetrii komórek, długość wiązań między atomami itp. Jeśli jednak istnieją związki organiczne, wówczas możliwe jest obliczenie współrzędnych atomów, a co za tym idzie struktury chemicznej i przestrzennej tych cząsteczek. Dokładnie w ten sposób w 1949 roku uzyskano strukturę penicyliny, a w 1953 roku - strukturę podwójnej helisy DNA.

Wydawałoby się, że wszystko jest proste, ale są niuanse.

Najpierw musisz jakoś zdobyć kryształy, a ich rozmiar musi być wystarczająco duży (ryc. 8). Jeśli jest to wykonalne dla niezbyt skomplikowanych cząsteczek (pamiętajcie, jak krystalizuje sól kuchenna lub siarczan miedzi!), to krystalizacja białek jest Herkulesowe zadanie, wymagające nieoczywistej procedury znalezienia optymalnych warunków. Teraz dzieje się to za pomocą specjalnych robotów, które przygotowują i monitorują setki różnych roztworów w poszukiwaniu „porośniętych” kryształów białka. Jednak w początkach krystalografii uzyskanie kryształu białka mogło zająć lata cennego czasu.

Po drugie, na podstawie uzyskanych danych („surowych” wzorów dyfrakcyjnych; rys. 8) należy „obliczyć” konstrukcję. W dzisiejszych czasach to także rutynowe zadanie, jednak 60 lat temu, w dobie technologii lampowej i kart dziurkowanych, nie było to wcale takie proste.

Po trzecie, nawet gdyby można było wyhodować kryształ, wcale nie jest konieczne określanie struktury przestrzennej białka: w tym celu białko musi mieć tę samą strukturę we wszystkich miejscach sieci, co nie zawsze ma miejsce .

I po czwarte, kryształ jest daleki od naturalnego stanu białka. Badanie białek w kryształach przypomina badanie ludzi przez wciśnięcie dziesięciu z nich w małej, zadymionej kuchni: możesz odkryć, że ludzie mają ręce, nogi i głowę, ale ich zachowanie może nie być dokładnie takie samo, jak w komfortowym środowisku. Jednakże najpowszechniejszą metodą określania struktur przestrzennych jest dyfrakcja promieni rentgenowskich, przy pomocy której uzyskuje się 90% zawartości PDB.

SAR wymaga potężnych źródeł promieniowania rentgenowskiego – akceleratorów elektronów lub laserów na swobodnych elektronach (ryc. 9). Takie źródła są drogie – kilka miliardów dolarów – ale zazwyczaj z jednego źródła korzystają setki, a nawet tysiące grup na całym świecie za dość symboliczną opłatą. W naszym kraju nie ma potężnych źródeł, dlatego większość naukowców podróżuje z Rosji do USA lub Europy, aby analizować powstałe kryształy. Więcej o tych romantycznych studiach przeczytasz w artykule „ Laboratorium Zaawansowanych Badań Białek Błonowych: Od Genu do Angstremów» .

Jak już wspomniano, analiza dyfrakcji rentgenowskiej wymaga potężnego źródła promieniowania rentgenowskiego. Im potężniejsze źródło, tym mniejsze mogą być kryształy i tym mniej bólu będą musieli znosić biolodzy i inżynierowie genetyczni, próbując zdobyć nieszczęsne kryształy. Promieniowanie rentgenowskie najłatwiej wytworzyć poprzez przyspieszanie wiązki elektronów w synchrotronach lub cyklotronach – gigantycznych akceleratorach pierścieniowych. Kiedy elektron doświadcza przyspieszenia, emituje fale elektromagnetyczne w pożądanym zakresie częstotliwości. Ostatnio pojawiły się nowe źródła promieniowania o ultrawysokiej mocy – lasery na swobodnych elektronach (XFEL).

Zasada działania lasera jest dość prosta (ryc. 9). Najpierw elektrony rozpędzane są do wysokich energii za pomocą magnesów nadprzewodzących (długość akceleratora 1–2 km), a następnie przechodzą przez tzw. undulatory – zestawy magnesów o różnej polaryzacji.

Rysunek 9. Zasada działania lasera na swobodnych elektronach. Wiązka elektronów ulega przyspieszeniu, przechodzi przez undulator i emituje promienie gamma, które padają na próbki biologiczne.

Przechodząc przez undulator, elektrony zaczynają okresowo odchylać się od kierunku wiązki, doświadczając przyspieszenia i emitując promieniowanie rentgenowskie. Ponieważ wszystkie elektrony poruszają się w ten sam sposób, promieniowanie zostaje wzmocnione, ponieważ inne elektrony w wiązce zaczynają absorbować i ponownie emitować fale rentgenowskie o tej samej częstotliwości. Wszystkie elektrony emitują promieniowanie synchronicznie w postaci niezwykle silnego i bardzo krótkiego błysku (trwającego mniej niż 100 femtosekund). Moc wiązki promieni rentgenowskich jest tak duża, że ​​jeden krótki błysk zamienia mały kryształ w plazmę (ryc. 10), ale w ciągu tych kilku femtosekund, gdy kryształ jest nienaruszony, można uzyskać obraz najwyższa jakość dzięki dużej intensywności i spójności wiązki. Koszt takiego lasera to 1,5 miliarda dolarów, a na świecie są tylko cztery takie instalacje (zlokalizowane w USA (ryc. 11), Japonii, Korei i Szwajcarii). W 2017 roku planowane jest oddanie do użytku piątego – europejskiego – lasera, w budowie którego uczestniczyła także Rosja.

Rycina 10. Przemiana białek w plazmę w czasie 50 fs pod wpływem impulsu lasera na swobodnych elektronach. Femtosekunda = 1/1000000000000000 sekundy.

Za pomocą spektroskopii NMR określono około 10% struktur przestrzennych w PDB. W Rosji istnieje kilka niezwykle wydajnych i czułych spektrometrów NMR, które wykonują pracę na światowym poziomie. Największe laboratorium NMR nie tylko w Rosji, ale na całym obszarze na wschód od Pragi i na zachód od Seulu, znajduje się w Instytucie Chemii Bioorganicznej Rosyjskiej Akademii Nauk (Moskwa).

Spektrometr NMR jest wspaniałym przykładem triumfu technologii nad inteligencją. Jak już wspomnieliśmy, aby zastosować metodę spektroskopii NMR, wymagane jest silne pole magnetyczne, dlatego sercem urządzenia jest magnes nadprzewodzący – cewka wykonana ze specjalnego stopu zanurzona w ciekłym helu (-269°C). Aby osiągnąć nadprzewodnictwo, potrzebny jest ciekły hel. Aby zapobiec parowaniu helu, wokół niego zbudowano ogromny zbiornik z ciekłym azotem (-196 °C). Chociaż jest to elektromagnes, nie zużywa prądu: cewka nadprzewodząca nie ma oporu. Magnes musi być jednak stale „zasilany” ciekłym helem i ciekłym azotem (ryc. 15). Jeśli nie będziesz śledzić, nastąpi „gaszenie”: cewka się nagrzeje, hel wyparuje gwałtownie, a urządzenie się zepsuje ( cm. wideo). Ważne jest również, aby pole w próbce o długości 5 cm było wyjątkowo równomierne, dlatego w urządzeniu znajduje się kilkadziesiąt małych magnesów potrzebnych do strojenie pole magnetyczne.

Wideo. Planowane wygaszanie spektrometru NMR 21,14 Tesli.

Do przeprowadzenia pomiarów potrzebny jest czujnik – specjalna cewka, która generuje promieniowanie elektromagnetyczne i rejestruje sygnał „odwrotny” – oscylację momentu magnetycznego próbki. Aby zwiększyć czułość 2–4 razy, czujnik schładza się do temperatury -200 °C, eliminując w ten sposób szum termiczny. W tym celu budują specjalną maszynę – krioplatformę, która schładza hel do wymaganej temperatury i pompuje go obok detektora.

Istnieje cała grupa metod wykorzystujących zjawisko rozpraszania światła, promieni rentgenowskich czy wiązki neutronów. Metody te, bazując na intensywności rozpraszania promieniowania/cząstek pod różnymi kątami, pozwalają określić wielkość i kształt cząsteczek w roztworze (rys. 16). Rozpraszanie nie może określić struktury cząsteczki, ale można je wykorzystać jako pomoc w innej metodzie, takiej jak spektroskopia NMR. Przyrządy do pomiaru rozpraszania światła są stosunkowo tanie, kosztują „jedynie” około 100 000 dolarów, podczas gdy inne metody wymagają posiadania pod ręką akceleratora cząstek, który może wytworzyć wiązkę neutronów lub potężny strumień promieni rentgenowskich.

Inną metodą, za pomocą której nie można określić struktury, ale można uzyskać pewne ważne dane, jest rezonansowy transfer energii fluorescencji(DENERWOWAĆ). Metoda wykorzystuje zjawisko fluorescencji – zdolność niektórych substancji do pochłaniania światła o jednej długości fali, emitując jednocześnie światło o innej długości fali. Można wybrać parę związków, z których jeden (donor) światło emitowane podczas fluorescencji będzie odpowiadał charakterystycznej długości fali absorpcji drugiego (akceptora). Napromieniuj dawcę laserem o wymaganej długości fali i zmierz fluorescencję akceptora. Efekt FRET zależy od odległości między cząsteczkami, dlatego jeśli wprowadzisz donor i akceptor fluorescencji do cząsteczek dwóch białek lub różnych domen (jednostek strukturalnych) jednego białka, możesz badać interakcje między białkami lub wzajemne porozumienie domeny w białku. Rejestracja odbywa się przy użyciu mikroskopu optycznego, zatem FRET jest metodą tanią, choć mało informacyjną, której zastosowanie wiąże się z trudnościami w interpretacji danych.

Na koniec nie można nie wspomnieć o „wymarzonej metodzie” biologów strukturalnych – modelowaniu komputerowym (ryc. 17). Ideą metody jest wykorzystanie współczesnej wiedzy o budowie i prawach zachowania cząsteczek do symulacji zachowania białka w modelu komputerowym. Przykładowo, stosując metodę dynamiki molekularnej, za pomocą jednego „ale” można monitorować w czasie rzeczywistym ruchy cząsteczki lub proces „składania” (składania) białka: maksymalny czas, jaki można obliczyć, nie przekracza 1 ms , co jest niezwykle krótkie, ale jednocześnie wymaga kolosalnych zasobów obliczeniowych (ryc. 18). Możliwe jest badanie zachowania systemu w dłuższym okresie czasu, ale odbywa się to kosztem niedopuszczalnej utraty dokładności.

Modelowanie komputerowe jest aktywnie wykorzystywane do analizy struktur przestrzennych białek. Korzystając z dokowania, poszukują potencjalnych leków, które mają dużą tendencję do interakcji z docelowym białkiem. Na chwilę obecną trafność przewidywań jest jeszcze niska, jednak dokowanie pozwala znacząco zawęzić zakres potencjału substancje czynne które należy przetestować, aby opracować nowy lek.

Pole główne praktyczne zastosowanie Wynikiem biologii strukturalnej jest rozwój leków lub, jak to się teraz modnie mówi, drag design. Istnieją dwa sposoby projektowania leku w oparciu o dane strukturalne: można zacząć od liganda lub docelowego białka. Jeżeli znanych jest już kilka leków działających na docelowe białko i uzyskano struktury kompleksów białkowo-lekowych, można stworzyć model „leku idealnego” zgodnie z właściwościami „kieszeni” wiążącej na powierzchni białka cząsteczkę białka, zidentyfikować niezbędne cechy potencjalnego leku i wyszukać wśród wszystkich znanych związków naturalnych i mniej znanych. Możliwe jest nawet zbudowanie zależności pomiędzy właściwościami strukturalnymi leku a jego działaniem. Na przykład, jeśli cząsteczka ma kokardkę na górze, wówczas jej aktywność jest wyższa niż cząsteczki bez kokardy. Im bardziej łuk jest naładowany, tym lepiej działa lekarstwo. Oznacza to, że ze wszystkich znanych cząsteczek musisz znaleźć związek o największym naładowanym łuku.

Innym sposobem jest wykorzystanie struktury celu do wyszukiwania na komputerze związków, które są potencjalnie zdolne do interakcji z nim we właściwym miejscu. W tym przypadku zwykle wykorzystuje się bibliotekę fragmentów – małych kawałków substancji. Jeśli znajdziesz kilka dobrych fragmentów, które oddziałują z celem w różnych miejscach, ale blisko siebie, możesz z tych fragmentów zbudować lekarstwo, „zszywając” je ze sobą. Istnieje wiele przykładów udanego opracowywania leków z wykorzystaniem biologii strukturalnej. Pierwszy udany przypadek datuje się na rok 1995: wówczas dopuszczono do stosowania dorzolamid, lek na jaskrę.

Ogólny nurt badań biologicznych coraz bardziej skłania się w stronę nie tylko jakościowych, ale i ilościowych opisów przyrody. Biologia strukturalna jest tego najlepszym przykładem. Istnieją podstawy, by sądzić, że w dalszym ciągu będzie to przynosić korzyści nie tylko naukom podstawowym, ale także medycynie i biotechnologii.

Kalendarz

Na podstawie artykułów specjalnego projektu postanowiliśmy stworzyć kalendarz „12 metod biologii” na rok 2019. Ten artykuł reprezentuje marzec.

Literatura

1. Bioluminescencja: Odrodzenie;
2. Triumf metod komputerowych: przewidywanie struktury białek;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Władek Minor. (2015).

Specyfika rysunku biologicznego dla uczniów gimnazjum

Rysunek biologiczny jest jednym z ogólnie przyjętych narzędzi do nauki obiekty biologiczne i struktury. Istnieje wiele dobrych technik, które rozwiązują ten problem.

Na przykład w trzytomowej książce „Biology” autorstwa Greena, Stouta i Taylora sformułowane są następujące zasady rysowania biologicznego.

1. Należy używać papieru rysunkowego o odpowiedniej grubości i jakości. Linie ołówka należy z niego łatwo usunąć.

2. Ołówki muszą być ostre, twardości HB (w naszym systemie - TM), nie kolorowe.

3. Rysunek powinien być:

– odpowiednio duży – im więcej elementów składa się na badany obiekt, tym większy powinien być rysunek;
– proste – zawierają zarysy konstrukcji i inne ważne szczegóły, aby pokazać położenie i powiązania poszczególnych elementów;
– narysowane cienkimi i wyraźnymi liniami – każdą linię należy przemyśleć, a następnie narysować, nie odrywając ołówka od papieru; nie wylęgaj się ani nie maluj;
– napisy powinny być jak najbardziej kompletne, linie z nich wychodzące nie powinny się przecinać; Pozostaw wokół rysunku miejsce na podpisy.

4. Jeśli to konieczne, wykonaj dwa rysunki: rysunek schematyczny, pokazujący główne cechy i szczegółowy rysunek małych części. Na przykład przy małym powiększeniu narysuj plan Przekrój rośliny, a przy dużym powiększeniu - szczegółowa budowa komórek (duża narysowana część obrazu jest obrysowana na planie klinem lub kwadratem).

5. Powinieneś rysować tylko to, co naprawdę widzisz, a nie to, co myślisz, że widzisz, i oczywiście nie kopiuj rysunku z książki.

6. Każdy rysunek musi mieć tytuł, wskazanie powiększenia i rzutu próbki.

Strona z książki „Wprowadzenie do zoologii” (wydanie niemieckie) koniec XIX wiek)

Na pierwszy rzut oka jest to dość proste i nie budzi żadnych zastrzeżeń. Niektóre tezy musieliśmy jednak ponownie rozważyć. Faktem jest, że autorzy takich podręczników specyfikę rysunku biologicznego rozważają już na poziomie instytutu lub starszych klas szkół specjalnych, a ich zalecenia skierowane są do osób w miarę dorosłych, o (już) analitycznym nastawieniu. W klasach średnich (6–8) – zarówno zwykłych, jak i biologicznych – sprawy nie są już takie proste.

Bardzo często szkice laboratoryjne zamieniają się we wzajemne „męki”. Brzydkie i niezrozumiałe rysunki nie podobają się ani samym dzieciom - po prostu nie potrafią jeszcze rysować - ani nauczycielowi - ponieważ te szczegóły konstrukcji, od których wszystko się zaczęło, bardzo często są pomijane przez większość dzieci. Tylko dzieci uzdolnione artystycznie radzą sobie dobrze z takimi zadaniami (i nie zaczynają ich nienawidzić!). Krótko mówiąc, problem polega na tym, że są udogodnienia, ale brakuje odpowiedniej technologii. Swoją drogą nauczyciele plastyki czasami borykają się z odwrotnym problemem – mają technikę i trudno jest dobrać przedmioty. Może powinniśmy się zjednoczyć?

W 57. moskiewskiej szkole, w której pracuję, od dłuższego czasu istnieje i nadal się rozwija zintegrowany kurs rysunku biologicznego w klasach średnich, w którym nauczyciele biologii i rysunku pracują w parach. Opracowaliśmy wiele ciekawe projekty. Ich wyniki były wielokrotnie wystawiane w moskiewskich muzeach - Zoologicznym Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym, Paleontologicznym, Darwin oraz na różnych festiwalach twórczości dziecięcej. Ale najważniejsze, że zwykłe dzieci, nie wybrane ani na zajęcia plastyczne, ani z biologii, z przyjemnością realizują te zadania projektowe, są dumne ze swoich dzieł i, jak nam się wydaje, zaczynają znacznie uważniej zaglądać w świat żywych i zamyślony. Oczywiście nie każda szkoła ma możliwość współpracy nauczycieli biologii i plastyki, ale niektóre z naszych ustaleń prawdopodobnie będą interesujące i przydatne, nawet jeśli będziesz pracować tylko w ramach programu biologii.

Motywacja: emocje są najważniejsze

Oczywiście rysujemy, aby lepiej się uczyć i rozumieć cechy konstrukcyjne, zapoznaj się z różnorodnością organizmów, które badamy na zajęciach. Ale bez względu na to, jakie zadanie sobie wyznaczysz, pamiętaj, że bardzo ważne jest, aby dzieci w tym wieku przed rozpoczęciem pracy zostały emocjonalnie urzeczone pięknem i celowością przedmiotu. Staramy się rozpocząć pracę nad nowym projektem od jasnych wrażeń. Najlepszym sposobem na to jest krótki fragment wideo lub niewielki (nie więcej niż 7-10!) wybór slajdów. Nasze komentarze mają na celu niezwykłość, piękno, niesamowitość obiektów, nawet jeśli jest to coś zwyczajnego: na przykład zimowe sylwetki drzew podczas badania rozgałęzień pędów - mogą być albo mroźne i przypominające koralowce, albo zdecydowanie graficzne - czarne na białym śniegu. To wprowadzenie nie musi być długie – wystarczy kilka minut, ale jest bardzo ważne dla motywacji.

Postęp prac: konstrukcja analityczna

Następnie przejdź do opisu zadania. W tym miejscu ważne jest, aby w pierwszej kolejności podkreślić te cechy strukturalne, które decydują o wyglądzie przedmiotu i pokazują jego znaczenie biologiczne. Oczywiście wszystko to należy zapisać na tablicy i zapisać w zeszycie. Właściwie to teraz wyznaczasz uczniom zadanie robocze – oglądanie i pokazywanie.

A następnie na drugiej połowie planszy opisujesz etapy konstruowania rysunku, uzupełniając je diagramami, tj. omówić metodologię i porządek pracy. Zasadniczo sam szybko wykonujesz zadanie na oczach dzieci, utrzymując na planszy całą serię konstrukcji pomocniczych i pośrednich.

Na tym etapie bardzo dobrze jest pokazać dzieciom gotowe rysunki albo autorstwa artystów, którzy przedstawiali te same przedmioty, albo udane prace poprzednich uczniów. Należy stale podkreślać, że dobry i piękny rysunek biologiczny to w istocie badania - tj. odpowiedzieć na pytanie, jak działa przedmiot, a z czasem nauczyć dzieci samodzielnego formułowania tych pytań.

Proporcje, linie pomocnicze, detale, pytania wiodące

Konstruowanie rysunku - i studiowanie obiektu! – zaczynasz od ustalenia jego proporcji: stosunku długości do szerokości, części do całości, pamiętając o dość sztywnym ustaleniu formatu rysunku. Jest to format, który automatycznie określi poziom szczegółowości: zniknie w małym duża liczba szczegóły, duże będą wymagały nasycenia szczegółami, a co za tym idzie, więcej czasu na pracę. Zastanów się z wyprzedzeniem, co jest dla Ciebie ważniejsze w każdym konkretnym przypadku.

1) narysuj oś symetrii;

2) zbuduj dwie pary symetrycznych prostokątów - dla górnego i dolnego skrzydła (na przykład ważki), ustalając najpierw ich proporcje;

3) dopasuj zakrzywione linie skrzydeł do tych prostokątów

Ryż. 1. 7 klasa. Temat: „Zamówienia owadów”. Atrament, długopis i ołówek, z satyny

(Pamiętam zabawną, smutną i zwyczajną historię, która przydarzyła mi się, gdy brałam tę pracę po raz pierwszy. Chłopiec z siódmej klasy po raz pierwszy zrozumiał słowo „fit” jako łatwe do zmieszczenia w środku i narysował krzywe kółka wewnątrz prostokątów – wszystkie cztery różne ! Potem, po mojej podpowiedzi, co zmieścić - czyli dotykając linii pomocniczych, przyniósł motyla o prostokątnych skrzydłach, tylko lekko wygładzonych w rogach. I dopiero wtedy pomyślałem, żeby mu wytłumaczyć, że wpisana krzywa dotyka obu stron prostokąt tylko w jednym miejscu. I musieliśmy ponownie przerobić rysunek...)

4) ... Ten punkt może znajdować się na środku boku lub w odległości jednej trzeciej od narożnika i to również należy określić!

Ale jaki był szczęśliwy, gdy jego rysunek trafił na szkolną wystawę – po raz pierwszy – zadziałał! A teraz wyjaśniam wszystkie etapy naszej udręki z nim w opisie „Postępu pracy”.

Dalsze uszczegółowienie rysunku prowadzi nas do dyskusji na temat biologicznego znaczenia wielu cech przedmiotu. Kontynuując przykład ze skrzydłami owadów (ryc. 2), omawiamy, jakie są żyły, jak są zbudowane, dlaczego koniecznie łączą się w jedną sieć, jak charakter żyłkowania różni się u owadów z różnych grup systematycznych (na przykład w starożytności i nowe skrzydlate owady), dlaczego żyła przednich skrzydeł jest skrajnie pogrubiona itp. I staraj się podawać większość swoich instrukcji w formie pytań, na które dzieci muszą znaleźć odpowiedzi.

Ryż. 2. „Ważka i mrówka”. Klasa 7, temat „Rządy owadów”. Atrament, długopis i ołówek, z satyny

Przy okazji, staraj się wybierać więcej obiektów tego samego typu, dając dzieciom możliwość wyboru. Pod koniec ćwiczenia klasa zobaczy zarówno różnorodność biologiczną grupy, jak i jej znaczenie wspólne cechy struktury i wreszcie różne umiejętności rysowania u dzieci nie będą tak ważne.

Niestety nie zawsze dostępne nauczyciel szkoły istnieje wystarczająca liczba różnych obiektów tej samej grupy. Nasze doświadczenie może Ci się przydać: studiując w grupie, najpierw wykonujemy rysunek frontalny łatwo dostępnego przedmiotu z życia, a następnie indywidualnie – rysunki różnych obiektów ze zdjęć lub nawet z rysunków profesjonalnych artystów.

Ryż. 3. Krewetki. Klasa 7, temat „Skorupiaki”. Ołówek, z życia

Na przykład w temacie „Skorupiaki” w pracy laboratoryjnej „ Struktura zewnętrzna skorupiaki” wszyscy najpierw rysujemy krewetki (zamiast raków) zakupione w sklepie mrożonym (ryc. 3), a następnie, po obejrzeniu krótkiego filmiku, indywidualnie – różne larwy skorupiaków planktonowych (ryc. 4) przedstawione w „Animal Lives” ": na dużych arkuszach (A3), zabarwionych akwarelami w chłodnych odcieniach szarości, błękitu, zielonkawej; kredą lub białym gwaszem, dopracowując drobne szczegóły tuszem i piórem. (Wyjaśniając, jak oddać przezroczystość skorupiaków planktonowych, możemy zaproponować najprostszy model - szklany słój z umieszczonym w nim przedmiotem.)

Ryż. 4. Plankton. Klasa 7, temat „Skorupiaki”. Papier barwiony (format A3), kreda lub gwasz biały, tusz czarny, z satyny

W ósmej klasie, studiując ryby, w pracy laboratoryjnej „Struktura zewnętrzna ryb kostnych” najpierw rysujemy zwykłą płoć, a następnie dzieci za pomocą akwareli rysują przedstawicieli różnych rzędów ryb ze wspaniałych tablic kolorów „Ryby komercyjne” ”, które mamy w szkole.

Ryż. 5. Szkielet żaby. Klasa 8, temat „Płazy”. Ołówek, z przygotowaniem edukacyjnym

Badając płazy, najpierw - Praca laboratoryjna„Struktura szkieletu żaby”, rysując prostym ołówkiem (ryc. 5). Następnie, po obejrzeniu krótkiego fragmentu wideo, akwarelowy rysunek różnych egzotycznych żab - pnączy liściowych itp. (Kopiowaliśmy z kalendarzy z wysokiej jakości zdjęciami, na szczęście nie są one teraz rzadkością.)

Dzięki temu schematowi raczej nudne rysunki ołówkiem tego samego obiektu są postrzegane jako normalny etap przygotowawczy do jasnych i indywidualnych prac.

Równie ważne: technologia

Wybór technologii jest bardzo ważny dla pomyślnego wykonania zadania. W wersji klasycznej przydałby się zwykły ołówek i biały papier, ale... . Z naszego doświadczenia wynika, że ​​z punktu widzenia dzieci taki rysunek będzie wyglądał na niedokończony i dziecko pozostanie niezadowolone z wykonanej pracy.

Tymczasem wystarczy wykonać szkic ołówkiem tuszem, a nawet wziąć zabarwiony papier (często używamy kolorowego papieru do drukarek) - a wynik będzie postrzegany zupełnie inaczej (ryc. 6, 7). Poczucie niekompletności często wynika z braku szczegółowego tła, a najłatwiejszym sposobem rozwiązania tego problemu jest użycie barwionego papieru. Dodatkowo za pomocą zwykłej kredy lub białego ołówka można niemal natychmiastowo uzyskać często potrzebny efekt olśnienia lub przezroczystości.

Ryż. 6. Radiolaria. Klasa 7, temat „Najprostszy”. Papier barwiony (format A3) do akwareli (o szorstkiej fakturze), tuszu, pasteli lub kredy, z satyny

Ryż. 7. Pszczoła. Klasa 7, temat „Rządy owadów”. Atrament, długopis na ołówku, objętość - za pomocą pędzla i rozcieńczonego tuszu, drobne detale za pomocą pióra, z satyny

Jeśli trudno Ci zorganizować pracę z tuszem do rzęs, użyj miękkich czarnych eyelinerów lub wałków (w najgorszym przypadku długopisów żelowych) – dają ten sam efekt (ryc. 8, 9). Stosując tę ​​technikę, pamiętajmy, aby pokazać, ile informacji przekazujemy, stosując linie o różnej grubości i nacisku – zarówno po to, aby podkreślić to, co najważniejsze, jak i stworzyć efekt objętości (pierwszego planu i tła). Można także zastosować cieniowanie od umiarkowanego do jasnego.

Ryż. 8. Owies. Klasa 6, temat „Różnorodność roślin kwiatowych, rodzina zbóż”. Atrament, papier barwiony, z zielnika

Ryż. 9. Mech skrzypowy i klubowy. Klasa 6, temat „Rośliny zarodnikujące”. Atrament, biały papier, z zielnika

Ponadto, w przeciwieństwie do klasycznych rysunków naukowych, często wykonujemy pracę w kolorze lub stosujemy jasne tonowanie, aby podkreślić objętość (ryc. 10).

Ryż. 10. Staw łokciowy. Klasa 9, temat „Układ mięśniowo-szkieletowy”. Ołówek, z pomocy gipsowej

Próbowaliśmy wielu technik kolorystycznych – akwareli, gwaszu, pasteli i ostatecznie zdecydowaliśmy się na miękkie kredki, ale zawsze na szorstkim papierze. Jeśli zdecydujesz się wypróbować tę technikę, musisz pamiętać o kilku ważnych kwestiach.

1. Wybieraj miękkie, wysokiej jakości ołówki dobrej firmy, np. Kohinoor, ale nie dawaj dzieciom szerokiej gamy kolorów (wystarczająco podstawowej): w tym przypadku zazwyczaj starają się wybrać gotowy kolor, który z kurs się nie udaje. Pokaż jak uzyskać odpowiedni odcień mieszając 2-3 kolory. Aby to zrobić, muszą pracować z paletą - kartką papieru, na której wybierają pożądane kombinacje i nacisk.

2. Szorstki papier znacznie ułatwi zadanie wykorzystania słabych i mocnych kolorów.

3. Lekkie, krótkie pociągnięcia powinny niejako rzeźbić kształt przedmiotu: tj. powtórz główne linie (zamiast koloru, sprzecznego z kształtem i konturami).

4. Następnie potrzebujesz wykończenia, bogatego i mocnego, gdy zostały już wybrane odpowiednie kolory. Często warto dodać podkreślenia, które znakomicie ożywią rysunek. Najprościej jest użyć zwykłej kredy (na zabarwionym papierze) lub miękkiej gumki (na białym papierze). Nawiasem mówiąc, jeśli używasz technik sypkich - kredy lub pasteli - możesz wtedy utrwalić pracę lakierem do włosów.

Gdy opanujesz tę technikę, będziesz mógł ją wykorzystać w naturze, jeśli nie masz wystarczająco dużo czasu, dosłownie „na kolanach” (tylko nie zapomnij o tabletach – wystarczy kawałek tektury opakowaniowej!).

I oczywiście dla powodzenia naszej pracy zdecydowanie organizujemy wystawy - czasem w klasie, czasem na szkolnych korytarzach. Dość często reportaże dzieci na ten sam temat zbiegają się z wystawą – zarówno ustne, jak i pisemne. Ogólnie rzecz biorąc, taki projekt pozostawia Ciebie i dzieci z poczuciem dużej i pięknej pracy, do której warto się przygotować. Prawdopodobnie dzięki kontaktowi i wzajemnemu zainteresowaniu z nauczycielem plastyki można rozpocząć pracę na lekcjach biologii: analityczny etap przygotowawczy polegający na badaniu przedmiotu, stworzeniu szkicu ołówkiem i dokończeniu go w wybranej wspólnie technice - na jego lekcjach.

Oto przykład. Botanika, temat „Ucieczka - pączek, rozgałęzianie, struktura pędu”. Na pierwszym planie duża gałąź z pąkami, w tle sylwetki drzew lub krzewów na tle białego śniegu i czarnego nieba. Technika: czarny tusz, biały papier. Gałęzie - z życia, sylwetki drzew - z fotografii lub rysunków książkowych. Tytuł to „Drzewa zimą” lub „Zimowy krajobraz”.

Inny przykład. Studiując temat „Rzędy owadów” wykonujemy krótką pracę na temat „Kształt i objętość chrząszczy”. Dowolna technika przekazująca światło, cień i refleksy (akwarela, tusz wodny, pędzel), ale monochromatyczna, aby nie odwracać uwagi od badania i przedstawiania formy (ryc. 11). Lepiej dopracować szczegóły za pomocą długopisu lub długopisu żelowego (jeśli użyjesz szkła powiększającego, nogi i głowa wyjdą lepiej).

Ryż. 11. Chrząszcze. Atrament, długopis na ołówku, objętość - za pomocą pędzla i rozcieńczonego tuszu, drobne detale za pomocą pióra, z satyny

Wystarczą 1-2 piękne prace na kwartał - a narysowanie żywej istoty zachwyci wszystkich uczestników tego trudnego procesu.