Методы познания живой природы

Как и любая другая наука, биология имеет свой арсенал методов. Помимо научного метода познания, применяемого в других отраслях, в биологии широко используются такие методы, как исторический, сравнительно-описательный и др.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, формулировку гипотез, эксперимент, моделирование, анализ результатов и выведение общих закономерностей (рис. 1.1).

Наблюдение — это целенаправленное восприятие объектов и явлений с помощью органов чувств или приборов, обусловленное задачей деятельности. Основным условием научного наблю­дения является его объективность, т.е. возможность проверки полученных данных путем повтор­ного наблюдения или применения иных методов исследования, например эксперимента. Получен­ные в результате наблюдения факты называются данными. Они могут быть как качественными (описывающими запах, вкус, цвет, форму и т. д.), так и количественными, причем количествен­ные данные являются более точными, чем качественные.

Рис. 1.1. Схематическое изображение научного метода исследования

На основе данных наблюдений формулируется гипотеза — предположительное суждение о за­кономерной связи явлений. Гипотеза подвергается проверке в серии экспериментов. Эксперимен­том называется научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в контролируе­мых условиях, позволяющих выявить характеристики данного объекта или явления. Высшей формой эксперимента является моделирование — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. По существу это одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования базируется любой метод научного исследова­ния — как теоретический, так и экспериментальный.

Результаты эксперимента и моделирования подвергаются тщательному анализу. Анализом на­зывают метод научного исследования путем разложения предмета на составные части или мыс­ленного расчленения объекта путем логической абстракции. Анализ неразрывно связан с син­тезом. Синтез — это метод изучения предмета в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. В результате анализа и синтеза наиболее удачная гипотеза исследования становится рабочей гипотезой, и если она способна устоять при попытках ее опровержения и по-прежнему удачно предсказывает ранее необъясненные факты и взаимосвязи, то она может стать теорией.

Под теорией понимают такую форму научного знания, которая дает целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Общее направление научного иссле­дования состоит в достижении более высоких уровней предсказуемости. Если теорию не способны изменить никакие факты, а встречающиеся отклонения от нее регулярны и предсказуемы, то ее можно возвести в ранг закона — необходимого, существенного, устойчивого, повторяющегося от­ношения между явлениями в природе.

По мере увеличения совокупности знаний и совершенствования методов исследования гипо­тезы и даже прочно укоренившиеся теории могут оспариваться, видоизменяться и даже отвер­гаться, поскольку сами научные знания по своей природе динамичны и постоянно подвергаются критическому переосмыслению.

Исторический метод выявляет закономерности появления и развития организмов, становле­ния их структуры и функции. В ряде случаев с помощью этого метода новую жизнь обретают гипотезы и теории, ранее считавшиеся ложными. Так, например, произошло с предположениями Ч. Дарвина о природе передачи сигналов по растению в ответ на воздействия окружающей среды.

Сравнительно-описательный метод предусматривает проведение анатомо-морфологического анализа объектов исследования. Он лежит в основе классификации организмов, выявления за­кономерностей возникновения и развития различных форм жизни.

Мониторинг — это система мероприятий по наблюдению, оценке и прогнозу изменения состо­яния исследуемого объекта, в частности биосферы.

Проведение наблюдений и экспериментов требует зачастую применения специального оборудо­вания, такого как микроскопы, центрифуги, спектрофотометры и др.

Микроскопия широко применяется в зоологии, ботанике, анатомии человека, гистологии, цитологии, генетике, эмбриологии, палеонтоло­гии, экологии и других разделах биологии. Она позволяет изучить тон­кое строение объектов с использованием световых, электронных, рент­геновских и других типов микроскопов.

Устройство светового микроскопа. Световой микроскоп состоит из оптических и механических частей. Оптические части участвуют в по­строении изображения, а механические служат для удобства пользова­ния оптическими частями (рис. 1.2).

Общее увеличение микроскопа определяется по формуле:

увеличение объектива х увеличение окуляра = увеличение микроскопа.

Например, если объектив увеличивает объект в 8 раз, а окуляр — в 7, то общее увеличение микроскопа равно 56.

Дифференциальное центрифугирование, или фракционирование, позволяет разделить частицы по их размерам и плотности под действием центробежной силы, что активно используется при изучении строения биологических моле­кул и клеток.

Арсенал методов биологии постоянно обновляется, и в настоящее время охватить его полно­стью практически невозможно. Поэтому некоторые методы, используемые в отдельных биологи­ческих науках, будут рассмотрены далее.