วิทยาศาสตร์ชีวภาพมีแนวทางตั้งแต่ใหญ่ไปเล็ก เมื่อเร็วๆ นี้ ชีววิทยาได้บรรยายถึงลักษณะภายนอกของสัตว์ พืช และแบคทีเรียโดยเฉพาะ อณูชีววิทยาศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับปฏิสัมพันธ์ของแต่ละโมเลกุล ชีววิทยาโครงสร้าง - ศึกษากระบวนการในเซลล์ในระดับอะตอม หากคุณต้องการเรียนรู้วิธี "มองเห็น" อะตอมแต่ละอะตอม วิธีการทำงานของชีววิทยาโครงสร้างและ "ชีวิต" และเครื่องมือที่ใช้ ที่นี่คือที่สำหรับคุณ!

พันธมิตรทั่วไปของวงจรนี้คือบริษัท ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์อุปกรณ์ รีเอเจนต์ และ เสบียงสำหรับการวิจัยและการผลิตทางชีววิทยา

ภารกิจหลักอย่างหนึ่งของชีวโมเลกุลคือการไปให้ถึงรากเหง้า เราไม่เพียงแค่บอกคุณว่าข้อเท็จจริงใหม่ๆ ที่นักวิจัยค้นพบคืออะไร แต่เราพูดถึงวิธีที่พวกเขาค้นพบ เราพยายามอธิบายหลักการของเทคนิคทางชีววิทยา จะนำยีนออกจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งแล้วใส่เข้าไปในสิ่งมีชีวิตอื่นได้อย่างไร? คุณจะติดตามชะตากรรมของโมเลกุลเล็กๆ หลายโมเลกุลในเซลล์ขนาดใหญ่ได้อย่างไร? จะกระตุ้นเซลล์ประสาทกลุ่มเล็ก ๆ ในสมองขนาดใหญ่ได้อย่างไร?

ดังนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการทางห้องปฏิบัติการอย่างเป็นระบบมากขึ้นเพื่อรวบรวมเทคนิคทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดและทันสมัยที่สุดไว้ในส่วนเดียว เพื่อให้น่าสนใจและชัดเจนยิ่งขึ้น เราได้อธิบายบทความอย่างละเอียดและแม้แต่เพิ่มแอนิเมชั่นที่นี่และที่นั่น เราต้องการให้บทความในส่วนใหม่น่าสนใจและเข้าใจได้แม้กับผู้ที่สัญจรไปมาทั่วไป ในทางกลับกัน ควรมีรายละเอียดมากจนแม้แต่มืออาชีพก็สามารถค้นพบสิ่งใหม่ๆ ในตัวได้ เราได้รวบรวมวิธีการออกเป็น 12 กลุ่มใหญ่ และกำลังจะจัดทำปฏิทินชีววิธีตามวิธีการเหล่านั้น คอยติดตามการปรับปรุง!

เหตุใดจึงต้องมีชีววิทยาโครงสร้าง?

ดังที่คุณทราบ ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งชีวิต ปรากฏเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 และในช่วงร้อยปีแรกของการดำรงอยู่มันเป็นคำอธิบายล้วนๆ ภารกิจหลักของชีววิทยาในเวลานั้นคือการค้นหาและจำแนกลักษณะของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และหลังจากนั้นเล็กน้อย - เพื่อระบุความสัมพันธ์ในครอบครัวระหว่างพวกมัน เมื่อเวลาผ่านไปและด้วยการพัฒนาของสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ หลายสาขาที่มีคำนำหน้าว่า "โมเลกุล" เกิดขึ้นจากชีววิทยา: อณูพันธุศาสตร์ อณูชีววิทยา และชีวเคมี - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุลแต่ละตัว ไม่ใช่ที่ รูปร่างสิ่งมีชีวิตหรือตำแหน่งสัมพันธ์ของมัน อวัยวะภายใน- ในที่สุดเมื่อไม่นานมานี้ (ในทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา) สาขาวิชาความรู้เช่นนี้ ชีววิทยาโครงสร้าง- วิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการในสิ่งมีชีวิตในระดับการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างเชิงพื้นที่โมเลกุลเดี่ยว โดยพื้นฐานแล้ว ชีววิทยาเชิงโครงสร้างเป็นจุดตัดของวิทยาศาสตร์สามชนิดที่แตกต่างกัน ประการแรก นี่คือชีววิทยา เนื่องจากวิทยาศาสตร์ศึกษาวัตถุที่มีชีวิต ประการที่สอง ฟิสิกส์ เนื่องจากมีการใช้วิธีการทดลองทางกายภาพที่กว้างที่สุด และประการที่สาม เคมี เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลเป็นเป้าหมายของวินัยเฉพาะนี้

ชีววิทยาเชิงโครงสร้างศึกษาสารประกอบหลักสองประเภท ได้แก่ โปรตีน ("ส่วนการทำงาน" หลักของสิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมด) และกรดนิวคลีอิก (โมเลกุล "ข้อมูล" หลัก) ต้องขอบคุณชีววิทยาเชิงโครงสร้างที่ทำให้เรารู้ว่า DNA มีโครงสร้างแบบเกลียวคู่ tRNA ควรแสดงเป็นตัวอักษรโบราณ "L" และไรโบโซมมีหน่วยย่อยขนาดใหญ่และเล็กซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ RNA ในโครงสร้างเฉพาะ

เป้าหมายระดับโลกชีววิทยาเชิงโครงสร้างก็เหมือนกับวิทยาศาสตร์อื่นๆ คือ "เพื่อให้เข้าใจว่าทุกอย่างทำงานอย่างไร" สายโซ่ของโปรตีนที่ทำให้เซลล์แบ่งพับในรูปแบบใดบรรจุภัณฑ์ของเอนไซม์เปลี่ยนแปลงอย่างไรในระหว่างกระบวนการทางเคมีที่ดำเนินการฮอร์โมนการเจริญเติบโตและตัวรับมีปฏิสัมพันธ์กันในสถานที่ใด - นี่คือคำถามที่สิ่งนี้ คำตอบทางวิทยาศาสตร์ ยิ่งไปกว่านั้น เป้าหมายที่แยกต่างหากคือการสะสมข้อมูลจำนวนมากที่สามารถตอบคำถามเหล่านี้ (บนวัตถุที่ยังไม่ได้ศึกษา) บนคอมพิวเตอร์โดยไม่ต้องอาศัยการทดลองที่มีราคาแพง

ตัวอย่างเช่นคุณต้องเข้าใจว่าระบบเรืองแสงในหนอนหรือเชื้อราทำงานอย่างไร - พวกเขาถอดรหัสจีโนมตามข้อมูลนี้พวกเขาพบโปรตีนที่ต้องการและทำนายโครงสร้างเชิงพื้นที่พร้อมกับกลไกการทำงาน อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การตระหนักว่าจนถึงขณะนี้วิธีการดังกล่าวมีอยู่ในวัยเด็กเท่านั้น และยังเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายโครงสร้างของโปรตีนได้อย่างแม่นยำ โดยมีเพียงยีนของมันเท่านั้น ในทางกลับกัน ผลลัพธ์ของชีววิทยาเชิงโครงสร้างมีการนำไปใช้ในทางการแพทย์ ดังที่นักวิจัยหลายคนหวังว่า ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของชีวโมเลกุลและกลไกการทำงานของพวกเขาจะช่วยให้สามารถพัฒนายาใหม่ได้อย่างมีเหตุผล ไม่ใช่โดยการลองผิดลองถูก (การคัดกรองปริมาณงานสูง พูดอย่างเคร่งครัด) ดังที่ทำบ่อยที่สุด ตอนนี้. และนี่ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์ มียาจำนวนมากที่สร้างหรือปรับให้เหมาะสมโดยใช้ชีววิทยาเชิงโครงสร้างอยู่แล้ว

ประวัติความเป็นมาของชีววิทยาโครงสร้าง

ประวัติความเป็นมาของชีววิทยาเชิงโครงสร้าง (รูปที่ 1) ค่อนข้างสั้นและเริ่มต้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 เมื่อ James Watson และ Francis Crick ซึ่งใช้ข้อมูลจาก Rosalind Franklin เกี่ยวกับการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์บนผลึก DNA ได้ประกอบแบบจำลองของชีววิทยาเชิงโครงสร้างที่ดีในปัจจุบัน เกลียวคู่ที่รู้จักกันจากชุดก่อสร้างโบราณ ก่อนหน้านี้เล็กน้อย Linus Pauling ได้สร้างแบบจำลองที่เป็นไปได้ตัวแรกของ -helix ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานของโครงสร้างรองของโปรตีน (รูปที่ 2)

ห้าปีต่อมาในปี พ.ศ. 2501 ได้มีการกำหนดโครงสร้างโปรตีนแรกของโลก - ไมโอโกลบิน (โปรตีนจากเส้นใยกล้ามเนื้อ) ของวาฬสเปิร์ม (รูปที่ 3) แน่นอนว่ามันดูไม่สวยงามเท่าโครงสร้างสมัยใหม่ แต่เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

รูปที่ 3ข. โครงสร้างเชิงพื้นที่แรกของโมเลกุลโปรตีน John Kendrew และ Max Perutz สาธิตโครงสร้างเชิงพื้นที่ของไมโอโกลบิน ซึ่งประกอบขึ้นจากชุดโครงสร้างพิเศษ

สิบปีต่อมาในปี พ.ศ. 2527-2528 โครงสร้างแรกถูกกำหนดโดยสเปกโทรสโกปีเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ตั้งแต่ช่วงเวลานั้น มีการค้นพบที่สำคัญหลายประการเกิดขึ้น: ในปี 1985 ได้รับโครงสร้างของคอมเพล็กซ์แรกของเอนไซม์ที่มีสารยับยั้งในปี 1994 โครงสร้างของ ATP synthase ซึ่งเป็น "เครื่องจักร" หลักของโรงไฟฟ้าของเซลล์ของเรา ( ไมโตคอนเดรีย) ถูกกำหนดและในปี 2000 โครงสร้างเชิงพื้นที่แรกได้รับ "โรงงาน" ของโปรตีน - ไรโบโซมซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ RNA (รูปที่ 6) ในศตวรรษที่ 21 การพัฒนาชีววิทยาเชิงโครงสร้างก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดด ควบคู่ไปกับการเติบโตอย่างรวดเร็วในจำนวนโครงสร้างเชิงพื้นที่ ได้รับโครงสร้างของโปรตีนหลายประเภท: ตัวรับฮอร์โมนและไซโตไคน์, ตัวรับที่ควบคู่กับโปรตีน G, ตัวรับที่มีลักษณะคล้ายค่าผ่านทาง, โปรตีน ระบบภูมิคุ้มกันและอื่น ๆ อีกมากมาย.

ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนและการถ่ายภาพแบบใหม่ในทศวรรษปี 2010 โครงสร้างโปรตีนเมมเบรนที่มีความละเอียดสูงสุดที่ซับซ้อนได้เกิดขึ้นมากมาย ความก้าวหน้าของชีววิทยาโครงสร้างไม่ได้ถูกมองข้ามไป โดยได้รับรางวัลโนเบล 14 รางวัลจากการค้นพบในสาขานี้ โดยห้ารางวัลในศตวรรษที่ 21

วิธีทางชีววิทยาเชิงโครงสร้าง

การวิจัยในสาขาชีววิทยาโครงสร้างดำเนินการโดยใช้วิธีการทางกายภาพหลายวิธี ซึ่งมีเพียง 3 วิธีเท่านั้นที่ทำให้ได้โครงสร้างเชิงพื้นที่ของชีวโมเลกุลที่ความละเอียดอะตอม วิธีการทางชีววิทยาเชิงโครงสร้างจะขึ้นอยู่กับการวัดปฏิกิริยาระหว่างสารทดสอบด้วย หลากหลายชนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรืออนุภาคมูลฐาน วิธีการทั้งหมดต้องใช้ทรัพยากรทางการเงินจำนวนมาก - ราคาของอุปกรณ์มักจะน่าทึ่ง

ในอดีต วิธีแรกของชีววิทยาเชิงโครงสร้างคือการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) (รูปที่ 7) ย้อนกลับไปในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบว่าการใช้รูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์บนผลึก ทำให้เราสามารถศึกษาคุณสมบัติของพวกมันได้ เช่น ประเภทของความสมมาตรของเซลล์ ความยาวของพันธะระหว่างอะตอม เป็นต้น หากมีสารประกอบอินทรีย์อยู่ใน เซลล์ขัดแตะคริสตัล จากนั้นจึงสามารถคำนวณพิกัดของอะตอมได้ ดังนั้น โครงสร้างทางเคมีและเชิงพื้นที่ของโมเลกุลเหล่านี้ นี่คือวิธีการได้รับโครงสร้างของเพนิซิลินในปี 1949 และในปี 1953 - โครงสร้างของเกลียวคู่ DNA

ดูเหมือนว่าทุกอย่างจะเรียบง่าย แต่มีความแตกต่าง

ก่อนอื่นคุณต้องได้รับคริสตัลและขนาดของมันจะต้องใหญ่พอ (รูปที่ 8) แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นไปได้สำหรับโมเลกุลที่ไม่ซับซ้อนมากนัก (โปรดจำไว้ว่าเกลือแกงหรือคอปเปอร์ซัลเฟตตกผลึกได้อย่างไร!) การตกผลึกของโปรตีนเป็นงานที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้ขั้นตอนที่ไม่ชัดเจนในการค้นหาสภาวะที่เหมาะสม ตอนนี้เสร็จสิ้นด้วยความช่วยเหลือของหุ่นยนต์พิเศษที่เตรียมและติดตามโซลูชันที่แตกต่างกันหลายร้อยรายการเพื่อค้นหาผลึกโปรตีนที่ "แตกหน่อ" อย่างไรก็ตาม ในช่วงแรกๆ ของการศึกษาด้านผลึกศาสตร์ การได้มาซึ่งผลึกโปรตีนอาจต้องใช้เวลาอันมีค่าหลายปี

ประการที่สอง ขึ้นอยู่กับข้อมูลที่ได้รับ (“รูปแบบการเลี้ยวเบนแบบดิบ” รูปที่ 8) โครงสร้างจะต้องมีการ “คำนวณ” ปัจจุบันนี้ยังเป็นงานประจำ แต่เมื่อ 60 ปีที่แล้ว ในยุคของเทคโนโลยีหลอดไฟและบัตรเจาะ มันไม่ง่ายเลย

ประการที่สาม แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะเติบโตเป็นผลึก แต่ก็ไม่จำเป็นเลยที่จะต้องกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน ด้วยเหตุนี้ โปรตีนจะต้องมีโครงสร้างเดียวกันในทุกไซต์ขัดแตะ ซึ่งไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป .

และประการที่สี่ คริสตัลอยู่ไกลจากสถานะโปรตีนตามธรรมชาติ การศึกษาโปรตีนในผลึกก็เหมือนกับการศึกษาผู้คนโดยยัดคน 10 คนเข้าไปในห้องครัวเล็กๆ ที่เต็มไปด้วยควัน คุณจะพบว่าผู้คนมีแขน ขา และศีรษะ แต่พฤติกรรมของพวกเขาอาจไม่เหมือนกับในสภาพแวดล้อมที่สะดวกสบายเสียทีเดียว อย่างไรก็ตาม การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ และ 90% ของปริมาณ PDB ได้มาโดยใช้วิธีนี้

SAR ต้องการแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง - เครื่องเร่งอิเล็กตรอนหรือเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ (รูปที่ 9) แหล่งที่มาดังกล่าวมีราคาแพง - หลายพันล้านเหรียญสหรัฐ - แต่โดยปกติแล้วกลุ่มหลายร้อยหรือหลายพันกลุ่มทั่วโลกจะใช้แหล่งข้อมูลเดียวโดยเสียค่าธรรมเนียมเล็กน้อย ไม่มีแหล่งที่มาที่ทรงพลังในประเทศของเรา นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงเดินทางจากรัสเซียไปยังสหรัฐอเมริกาหรือยุโรปเพื่อวิเคราะห์ผลึกที่เกิดขึ้น คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการศึกษาเรื่องโรแมนติกเหล่านี้ได้ในบทความ “ ห้องปฏิบัติการวิจัยขั้นสูงของโปรตีนเมมเบรน: จากยีนถึงอังสตรอม» .

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ต้องใช้แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง ยิ่งแหล่งกำเนิดมีพลังมากเท่าไร ผลึกก็จะมีขนาดเล็กลงเท่านั้น และนักชีววิทยาและวิศวกรพันธุศาสตร์ที่เจ็บปวดน้อยลงก็จะยิ่งต้องอดทนในการพยายามเพื่อให้ได้มาซึ่งผลึกที่โชคร้าย รังสีเอกซ์เกิดขึ้นได้ง่ายที่สุดโดยการเร่งลำแสงอิเล็กตรอนในซินโครตรอนหรือไซโคลตรอน - เครื่องเร่งวงแหวนขนาดยักษ์ เมื่ออิเล็กตรอนประสบกับความเร่ง มันจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในช่วงความถี่ที่ต้องการ เมื่อเร็ว ๆ นี้แหล่งกำเนิดรังสีกำลังสูงพิเศษใหม่ได้ปรากฏขึ้น - เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ (XFEL)

หลักการทำงานของเลเซอร์ค่อนข้างง่าย (รูปที่ 9) ขั้นแรกอิเล็กตรอนจะถูกเร่งให้มีพลังงานสูงโดยใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (ความยาวตัวเร่ง 1-2 กม.) จากนั้นผ่านสิ่งที่เรียกว่าอันดูเลเตอร์ - ชุดแม่เหล็กที่มีขั้วต่างกัน

รูปที่ 9 หลักการทำงานของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระลำอิเล็กตรอนจะถูกเร่ง ส่งผ่านตัวคลื่น และปล่อยรังสีแกมมาซึ่งตกลงบนตัวอย่างทางชีววิทยา

เมื่อผ่านคลื่นลูกคลื่นอิเล็กตรอนจะเริ่มเบี่ยงเบนไปจากทิศทางของลำแสงเป็นระยะ ๆ โดยประสบกับความเร่งและปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา เนื่องจากอิเล็กตรอนทุกตัวเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกัน การแผ่รังสีจึงถูกขยายเนื่องจากอิเล็กตรอนตัวอื่นในลำแสงเริ่มดูดซับและปล่อยคลื่นรังสีเอกซ์ที่มีความถี่เท่ากันออกมาอีกครั้ง อิเล็กตรอนทั้งหมดปล่อยรังสีพร้อมกันในรูปของแสงวาบที่ทรงพลังเป็นพิเศษและสั้นมาก (ยาวนานน้อยกว่า 100 เฟมโตวินาที) พลังของลำแสงรังสีเอกซ์นั้นสูงมากจนแฟลชสั้น ๆ เพียงครั้งเดียวจะเปลี่ยนผลึกขนาดเล็กให้กลายเป็นพลาสมา (รูปที่ 10) แต่ในช่วงเวลาไม่กี่เฟมโตวินาทีนั้นในขณะที่คริสตัลยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์ ก็สามารถได้ภาพคุณภาพสูงสุดได้เนื่องจากมีความเข้มสูง และความสม่ำเสมอของลำแสง ค่าใช้จ่ายของเลเซอร์ดังกล่าวอยู่ที่ 1.5 พันล้านดอลลาร์ และมีการติดตั้งเพียงสี่แห่งในโลก (ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา (รูปที่ 11) ญี่ปุ่น เกาหลี และสวิตเซอร์แลนด์) ในปี 2560 มีการวางแผนที่จะดำเนินการเลเซอร์แห่งยุโรปครั้งที่ห้าในการก่อสร้างที่รัสเซียเข้าร่วมด้วย

รูปที่ 10 การแปลงโปรตีนเป็นพลาสมาใน 50 fs ภายใต้อิทธิพลของพัลส์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเฟมโตวินาที = 1/1000000000000000 วินาที

การใช้ NMR สเปกโทรสโกปี ประมาณ 10% ของโครงสร้างเชิงพื้นที่ใน PDB ได้รับการพิจารณาแล้ว ในรัสเซียมีสเปกโตรมิเตอร์ NMR ที่มีความไวสูงเป็นพิเศษหลายตัวซึ่งทำงานระดับโลก ห้องปฏิบัติการ NMR ที่ใหญ่ที่สุดไม่เพียงแต่ในรัสเซียเท่านั้น แต่ทั่วทั้งพื้นที่ทางตะวันออกของปรากและทางตะวันตกของกรุงโซล ตั้งอยู่ที่สถาบันเคมีชีวภาพของ Russian Academy of Sciences (มอสโก)

สเปกโตรมิเตอร์ NMR เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของชัยชนะของเทคโนโลยีเหนือความฉลาด ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ในการใช้วิธีการสเปกโทรสโกปี NMR นั้น จำเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กกำลังสูง ดังนั้น หัวใจของอุปกรณ์จึงเป็นแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นขดลวดที่ทำจากโลหะผสมพิเศษที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว (-269 °C) จำเป็นต้องใช้ฮีเลียมเหลวเพื่อให้เกิดความเป็นตัวนำยิ่งยวด เพื่อป้องกันไม่ให้ฮีเลียมระเหย จึงได้สร้างถังไนโตรเจนเหลวขนาดใหญ่ (-196 °C) ล้อมรอบฮีเลียม แม้ว่าจะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ก็ไม่กินไฟฟ้า: ขดลวดตัวนำยิ่งยวดไม่มีความต้านทาน อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กจะต้อง "ป้อน" ด้วยฮีเลียมเหลวและไนโตรเจนเหลวอย่างต่อเนื่อง (รูปที่ 15) หากคุณไม่ติดตาม "การดับ" จะเกิดขึ้น: คอยล์จะร้อนขึ้น ฮีเลียมจะระเหยระเบิด และอุปกรณ์จะแตก ( ซม.วิดีโอ) สิ่งสำคัญคือสนามแม่เหล็กในตัวอย่างที่ยาว 5 ซม. มีความสม่ำเสมออย่างยิ่ง ดังนั้นอุปกรณ์จึงประกอบด้วยแม่เหล็กขนาดเล็กสองสามโหลซึ่งจำเป็นต่อการปรับสนามแม่เหล็กอย่างละเอียด

วีดีโอ การวางแผนดับสเปกโตรมิเตอร์ 21.14 Tesla NMR

ในการวัดค่า คุณต้องมีเซ็นเซอร์ - คอยล์พิเศษที่สร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและบันทึกสัญญาณ "ย้อนกลับ" - การแกว่งของโมเมนต์แม่เหล็กของตัวอย่าง เพื่อเพิ่มความไว 2-4 เท่า เซ็นเซอร์จะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิ −200 °C ซึ่งจะช่วยขจัดสัญญาณรบกวนจากความร้อน พวกเขาสร้างขึ้นเพื่อสิ่งนี้ รถพิเศษ- แพลตฟอร์มไครโอแพลตฟอร์มที่ทำให้ฮีเลียมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ และปั๊มฮีเลียมไว้ข้างเครื่องตรวจจับ

มีวิธีทั้งกลุ่มที่ต้องอาศัยปรากฏการณ์การกระเจิงของแสง รังสีเอกซ์ หรือลำแสงนิวตรอน วิธีการเหล่านี้ ขึ้นอยู่กับความเข้มของการแผ่รังสี/การกระเจิงของอนุภาคในมุมต่างๆ ทำให้สามารถกำหนดขนาดและรูปร่างของโมเลกุลในสารละลายได้ (รูปที่ 16) การกระเจิงไม่สามารถระบุโครงสร้างของโมเลกุลได้ แต่สามารถใช้เป็นตัวช่วยในการวิธีอื่นได้ เช่น NMR สเปกโทรสโกปี เครื่องมือสำหรับตรวจวัดการกระเจิงของแสงมีราคาค่อนข้างถูก โดยมีราคา "เพียง" ประมาณ 100,000 ดอลลาร์ ขณะที่วิธีอื่นๆ ต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาคซึ่งสามารถสร้างลำแสงนิวตรอนหรือรังสีเอกซ์อันทรงพลังได้

อีกวิธีหนึ่งที่ไม่สามารถกำหนดโครงสร้างได้ แต่สามารถรับข้อมูลสำคัญบางอย่างได้คือ การถ่ายโอนพลังงานเรืองแสงเรโซแนนซ์(หงุดหงิด). วิธีการนี้ใช้ปรากฏการณ์เรืองแสง ซึ่งเป็นความสามารถของสสารบางชนิดในการดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นหนึ่ง ขณะเดียวกันก็ปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นอื่นออกมา คุณสามารถเลือกคู่ของสารประกอบได้ โดยสารประกอบตัวหนึ่ง (ผู้บริจาค) แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างการเรืองแสงจะสอดคล้องกับความยาวคลื่นการดูดกลืนแสงที่เป็นลักษณะเฉพาะของสารประกอบตัวที่สอง (ตัวรับ) ฉายรังสีผู้บริจาคด้วยเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นที่ต้องการ และวัดการเรืองแสงของตัวรับ ผลกระทบของ FRET ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างโมเลกุล ดังนั้นหากคุณใส่ผู้ให้และตัวรับเรืองแสงเข้าไปในโมเลกุลของโปรตีนสองตัวหรือโดเมนที่แตกต่างกัน (หน่วยโครงสร้าง) ของโปรตีนเดียวกัน คุณสามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนหรือตำแหน่งสัมพัทธ์ของโดเมนใน โปรตีน การลงทะเบียนดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ดังนั้น FRET จึงเป็นวิธีการที่มีราคาถูกแม้ว่าจะมีข้อมูลน้อยก็ตาม การใช้วิธีนี้เกี่ยวข้องกับความยากลำบากในการตีความข้อมูล

สุดท้ายนี้ เราไม่สามารถพลาดที่จะพูดถึง "วิธีการฝัน" ของนักชีววิทยาเชิงโครงสร้าง - การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (รูปที่ 17) แนวคิดของวิธีนี้คือการใช้ความรู้สมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างและกฎพฤติกรรมของโมเลกุลเพื่อจำลองพฤติกรรมของโปรตีนในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้วิธีไดนามิกโมเลกุล คุณสามารถตรวจสอบการเคลื่อนไหวของโมเลกุลแบบเรียลไทม์หรือกระบวนการ "ประกอบ" โปรตีน (พับ) ด้วย "แต่" เพียงครั้งเดียว: เวลาสูงสุดที่สามารถคำนวณได้ไม่เกิน 1 มิลลิวินาที ซึ่งสั้นมาก แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องใช้ทรัพยากรการคำนวณจำนวนมหาศาล (รูปที่ 18) เป็นไปได้ที่จะศึกษาพฤติกรรมของระบบในระยะเวลานานขึ้น แต่สามารถทำได้โดยสูญเสียความแม่นยำที่ยอมรับไม่ได้

การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการวิเคราะห์โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน เมื่อใช้การเชื่อมต่อ พวกเขาจะค้นหายาที่มีศักยภาพซึ่งมีแนวโน้มสูงที่จะทำปฏิกิริยากับโปรตีนเป้าหมาย ในขณะนี้ ความแม่นยำของการคาดการณ์ยังคงต่ำ แต่การเชื่อมต่อสามารถจำกัดขอบเขตของสารที่อาจออกฤทธิ์ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการทดสอบเพื่อการพัฒนายาใหม่ได้อย่างมาก

สาขาวิชาหลักของการประยุกต์ใช้ผลลัพธ์ของชีววิทยาเชิงโครงสร้างในทางปฏิบัติคือการพัฒนายาหรือการออกแบบแบบลากตามที่ทันสมัยในปัจจุบัน มีสองวิธีในการออกแบบยาตามข้อมูลเชิงโครงสร้าง: คุณสามารถเริ่มจากลิแกนด์หรือจากโปรตีนเป้าหมาย หากทราบยาหลายตัวที่ออกฤทธิ์ต่อโปรตีนเป้าหมายและได้รับโครงสร้างของคอมเพล็กซ์ยาโปรตีนคุณสามารถสร้างแบบจำลองของ "ยาในอุดมคติ" ตามคุณสมบัติของ "กระเป๋า" ที่มีผลผูกพันบนพื้นผิวของ โมเลกุลโปรตีน ระบุคุณสมบัติที่จำเป็นของยาที่มีศักยภาพ และค้นหาสารประกอบจากธรรมชาติที่รู้จักและยังไม่เป็นที่รู้จักทั้งหมด คุณสามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของยาและกิจกรรมของมันได้ ตัวอย่างเช่น หากโมเลกุลมีส่วนโค้งอยู่ด้านบน กิจกรรมของมันจะสูงกว่าโมเลกุลที่ไม่มีส่วนโค้ง และยิ่งชาร์จธนูมากเท่าไร ยาก็จะยิ่งทำงานได้ดีขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าในบรรดาโมเลกุลที่รู้จักทั้งหมด คุณจะต้องค้นหาสารประกอบที่มีคันธนูที่มีประจุที่ใหญ่ที่สุด

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้โครงสร้างของเป้าหมายเพื่อค้นหาสารประกอบที่อาจโต้ตอบกับสารประกอบนั้นในตำแหน่งที่ถูกต้องบนคอมพิวเตอร์ได้ ในกรณีนี้มักจะใช้ห้องสมุดของชิ้นส่วน - สารชิ้นเล็ก ๆ หากคุณพบชิ้นส่วนที่ดีหลายชิ้นที่มีปฏิสัมพันธ์กับเป้าหมายในสถานที่ต่างๆ แต่อยู่ใกล้กัน คุณสามารถสร้างยาจากชิ้นส่วนได้โดยการ "เย็บ" พวกมันเข้าด้วยกัน มีตัวอย่างมากมายของการพัฒนายาที่ประสบความสำเร็จโดยใช้ชีววิทยาเชิงโครงสร้าง กรณีที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1995: จากนั้น dorzolamide ซึ่งเป็นยาสำหรับโรคต้อหินก็ได้รับการอนุมัติให้ใช้

แนวโน้มทั่วไปในการวิจัยทางชีววิทยากำลังเอนเอียงมากขึ้นไม่เพียงแต่ในเชิงคุณภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคำอธิบายเชิงปริมาณของธรรมชาติด้วย ชีววิทยาเชิงโครงสร้างเป็นตัวอย่างที่สำคัญของเรื่องนี้ และมีเหตุผลทุกประการที่เชื่อได้ว่าจะยังคงให้ประโยชน์ไม่เพียงแต่วิทยาศาสตร์พื้นฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพด้วย

ปฏิทิน

จากบทความของโครงการพิเศษ เราตัดสินใจจัดทำปฏิทิน “12 วิธีทางชีววิทยา” สำหรับปี 2562 บทความนี้แสดงถึงเดือนมีนาคม

วรรณกรรม

1. การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต: การเกิดใหม่;
2. ชัยชนะของวิธีการคอมพิวเตอร์: การทำนายโครงสร้างโปรตีน
3. เหอปิง เจิ้ง, คาทาร์ซิน่า บี แฮนดิ้ง, แมทธิว ดี ซิมเมอร์แมน, อิวาน จี ชาบาลิน, สตีเว่น ซี อัลโม, วลาเดค ไมเนอร์ (2558).

ชีววิทยา- ศาสตร์แห่งธรรมชาติที่มีชีวิต

ชีววิทยาศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างของร่างกายและการทำงานของอวัยวะ การสืบพันธุ์และการพัฒนาสิ่งมีชีวิต ตลอดจนอิทธิพลของมนุษย์ต่อธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต

ชื่อของวิทยาศาสตร์นี้มาจากคำภาษากรีกสองคำ” ไบออส" - "ชีวิตและ" โลโก้"-"วิทยาศาสตร์คำ"

หนึ่งในผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตคือนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณผู้ยิ่งใหญ่ (384 - 322 ปีก่อนคริสตกาล) เขาเป็นคนแรกที่สรุปความรู้ทางชีววิทยาที่ได้รับจากมนุษยชาติต่อหน้าเขา นักวิทยาศาสตร์เสนอให้จำแนกสัตว์เป็นประเภทแรก โดยรวมสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างคล้ายกันออกเป็นกลุ่ม และกำหนดสถานที่สำหรับมนุษย์ในนั้น

ต่อมานักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ศึกษา ประเภทต่างๆสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในโลกของเรา

ตระกูล วิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งธรรมชาติ สาขาวิชาการวิจัยของนักชีววิทยามีสาขามากมาย: ประกอบด้วยจุลินทรีย์ พืช เห็ดรา สัตว์ (รวมถึงมนุษย์) โครงสร้างและการทำงานของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เป็นต้น

ดังนั้น, ชีววิทยาไม่ได้เป็นเพียงวิทยาศาสตร์ แต่เป็นทั้งครอบครัวที่ประกอบด้วยวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกันมากมาย.

สำรวจแผนภาพแบบโต้ตอบเกี่ยวกับกลุ่มวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และดูว่าการศึกษาชีววิทยามีสาขาใดบ้าง

กายวิภาคศาสตร์- ศาสตร์แห่งรูปแบบและโครงสร้างของอวัยวะ ระบบ และร่างกายโดยรวม

สรีรวิทยา- ศาสตร์แห่งการทำงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ระบบ อวัยวะและเนื้อเยื่อ และกระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกาย

เซลล์วิทยา- ศาสตร์แห่งโครงสร้างและการทำงานของเซลล์

สัตววิทยา - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับสัตว์

ส่วนของสัตววิทยา:

• กีฏวิทยาเป็นศาสตร์แห่งแมลง

มีหลายส่วนในนั้น: coleopterology (การศึกษาด้วง), lepidopterology (การศึกษาผีเสื้อ), myrmecology (การศึกษามด)

• Ichthyology เป็นศาสตร์แห่งปลา
• ปักษีวิทยาเป็นศาสตร์แห่งนก
• เทรีวิทยาเป็นศาสตร์แห่งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

พฤกษศาสตร์ - ศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องพืช

วิทยา- ศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องเห็ด

วิทยาต่อมลูกหมาก - ศาสตร์ที่ศึกษาโปรโตซัว

ไวรัสวิทยา - ศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับไวรัส

แบคทีเรียวิทยา - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับแบคทีเรีย

ความหมายของชีววิทยา

ชีววิทยามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมเชิงปฏิบัติของมนุษย์ในหลายๆ ด้าน เช่น เกษตรกรรม อุตสาหกรรมต่างๆ การแพทย์

การพัฒนาการเกษตรที่ประสบความสำเร็จในปัจจุบันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับนักชีววิทยา-ผู้ปรับปรุงพันธุ์ที่เกี่ยวข้องในการปรับปรุงที่มีอยู่และสร้างพันธุ์พืชที่ปลูกและสายพันธุ์ใหม่ของสัตว์เลี้ยง

ด้วยความสำเร็จทางชีววิทยา อุตสาหกรรมจุลชีววิทยาจึงถูกสร้างขึ้นและกำลังพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ ตัวอย่างเช่น ผู้คนได้รับ kefir โยเกิร์ต โยเกิร์ต ชีส kvass และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมายเนื่องจากการทำงานของเชื้อราและแบคทีเรียบางประเภท โดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ องค์กรต่างๆ ผลิตยา วิตามิน อาหารเสริม ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชจากศัตรูพืชและโรค ปุ๋ย และอื่นๆ อีกมากมาย

ความรู้เกี่ยวกับกฎหมายชีววิทยาช่วยในการรักษาและป้องกันโรคในมนุษย์

ทุกปีผู้คนใช้ทรัพยากรธรรมชาติมากขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีอันทรงพลังกำลังเปลี่ยนแปลงโลกอย่างรวดเร็วจนแทบไม่มีมุมของธรรมชาติที่ยังมิได้ถูกแตะต้องเหลืออยู่บนโลกแล้ว

เพื่อรักษาสภาวะปกติของชีวิตมนุษย์ จำเป็นต้องฟื้นฟูสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ถูกทำลาย สิ่งนี้สามารถทำได้โดยผู้ที่รู้กฎแห่งธรรมชาติเป็นอย่างดีเท่านั้น ความรู้ด้านชีววิทยาและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ นิเวศวิทยาช่วยเราแก้ปัญหาการอนุรักษ์และปรับปรุงสภาพความเป็นอยู่บนโลก

ทำงานแบบโต้ตอบให้เสร็จสิ้น -

ข้อมูลเฉพาะของ การวาดภาพทางชีวภาพสำหรับนักเรียนมัธยมต้น

การวาดภาพทางชีวภาพเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในการศึกษาวัตถุและโครงสร้างทางชีวภาพ มีเทคนิคดีๆ มากมายที่ช่วยแก้ไขปัญหานี้ได้

ตัวอย่างเช่น ในหนังสือสามเล่มเรื่อง “Biology” ของ Green, Stout และ Taylor มีการกำหนดกฎการวาดภาพทางชีววิทยาต่อไปนี้

1. จำเป็นต้องใช้กระดาษวาดรูปที่มีความหนาและคุณภาพเหมาะสม ควรลบเส้นดินสอออกอย่างง่ายดาย

2. ดินสอต้องคม ความแข็ง HB (ในระบบของเรา - TM) ไม่ใช่สี

3. ภาพวาดควรเป็น:

– ใหญ่เพียงพอ – ยิ่งองค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นวัตถุที่กำลังศึกษามากเท่าไร ภาพวาดก็ควรมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่านั้น
– ง่าย – รวมโครงร่างของโครงสร้างและรายละเอียดที่สำคัญอื่น ๆ เพื่อแสดงตำแหน่งและความสัมพันธ์ของแต่ละองค์ประกอบ
– วาดด้วยเส้นบางและชัดเจน แต่ละบรรทัดต้องคิดออกแล้ววาดโดยไม่ต้องยกดินสอออกจากกระดาษ ห้ามฟักหรือทาสี
– จารึกควรสมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะทำได้ เส้นที่มาจากนั้นไม่ควรตัดกัน เว้นช่องว่างรอบๆ ภาพวาดเพื่อลงนาม

4. หากจำเป็น ให้สร้างภาพวาดสองภาพ: แบบแผนผังที่แสดงคุณสมบัติหลัก และแบบละเอียดของชิ้นส่วนขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้กำลังขยายต่ำ ให้วาดแผนของส่วนตัดขวางของพืช และเมื่อใช้กำลังขยายสูง ให้วาดโครงสร้างของเซลล์ที่มีรายละเอียด (ส่วนที่วาดขนาดใหญ่ของภาพวาดจะระบุไว้ในแผนด้วยลิ่มหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส)

5. คุณควรวาดเฉพาะสิ่งที่คุณเห็นจริงๆ ไม่ใช่สิ่งที่คุณคิดว่าเห็น และแน่นอน อย่าคัดลอกภาพวาดจากหนังสือ

6. ภาพวาดแต่ละภาพจะต้องมีชื่อ ซึ่งเป็นข้อบ่งชี้ของการขยายและการฉายภาพตัวอย่าง

หน้าจากหนังสือ "Introduction to Zoology" (ฉบับภาษาเยอรมันปลายศตวรรษที่ 19)

เมื่อมองแวบแรก มันค่อนข้างเรียบง่ายและไม่ทำให้เกิดข้อโต้แย้งใดๆ อย่างไรก็ตาม เราต้องพิจารณาวิทยานิพนธ์บางประการใหม่อีกครั้ง ความจริงก็คือผู้เขียนคู่มือดังกล่าวพิจารณาถึงลักษณะเฉพาะของการวาดภาพทางชีววิทยาในระดับสถาบันหรือชั้นเรียนอาวุโสของโรงเรียนพิเศษ คำแนะนำของพวกเขาถูกส่งไปยังผู้ที่เป็นผู้ใหญ่ที่มีทัศนคติเชิงวิเคราะห์ (อยู่แล้ว) ในเกรดกลาง (6-8) ทั้งแบบธรรมดาและแบบชีวภาพ สิ่งต่างๆ ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

บ่อยครั้งที่ภาพร่างในห้องปฏิบัติการกลายเป็น "ความทรมาน" ร่วมกัน เด็ก ๆ เองก็ไม่ชอบภาพวาดที่น่าเกลียดและเข้าใจยาก - พวกเขายังไม่รู้ว่าจะวาดอย่างไร - หรือโดยครู - เพราะรายละเอียดของโครงสร้างเหล่านั้นซึ่งเด็ก ๆ ส่วนใหญ่มักจะพลาดเนื่องจากรายละเอียดของโครงสร้างที่ทำให้ทุกอย่างเริ่มต้น มีเพียงเด็กที่มีพรสวรรค์ทางศิลปะเท่านั้นที่สามารถรับมือกับงานดังกล่าวได้ดี (และอย่าเริ่มเกลียดพวกเขา!) สรุปปัญหาคือมีสิ่งอำนวยความสะดวก แต่ไม่มีเทคโนโลยีเพียงพอ อย่างไรก็ตาม ครูศิลปะบางครั้งประสบปัญหาตรงกันข้าม - พวกเขามีเทคนิคและเป็นการยากที่จะเลือกวัตถุ บางทีเราควรรวมตัวกัน?

ในโรงเรียนมอสโกแห่งที่ 57 ที่ฉันทำงานอยู่ มีหลักสูตรการวาดภาพทางชีวภาพแบบบูรณาการในระดับมัธยมศึกษาตอนต้นมาเป็นเวลานานและยังคงพัฒนาต่อไป ซึ่งครูสอนชีววิทยาและการวาดภาพทำงานเป็นคู่ เราได้พัฒนาหลายอย่าง โครงการที่น่าสนใจ- ผลลัพธ์ของพวกเขาถูกจัดแสดงซ้ำแล้วซ้ำอีกในพิพิธภัณฑ์มอสโก - Zoological Moscow State University, Paleontological, Darwin และในเทศกาลต่างๆ ของความคิดสร้างสรรค์ของเด็ก แต่สิ่งสำคัญคือเด็กธรรมดาที่ไม่ได้ถูกเลือกสำหรับชั้นเรียนศิลปะหรือชีววิทยาทำงานของโครงการเหล่านี้ด้วยความยินดีภูมิใจในผลงานของตัวเองและสำหรับเราแล้วดูเหมือนว่าจะเริ่มมองเข้าไปในโลกแห่งสิ่งมีชีวิตอย่างใกล้ชิดมากขึ้น และรอบคอบ แน่นอนว่าไม่ใช่ทุกโรงเรียนที่มีโอกาสสำหรับครูชีววิทยาและครูศิลปะในการทำงานร่วมกัน แต่การค้นพบของเราบางส่วนอาจจะน่าสนใจและมีประโยชน์ แม้ว่าคุณจะทำงานเฉพาะในโปรแกรมชีววิทยาก็ตาม

แรงจูงใจ: อารมณ์มาก่อน

แน่นอนว่าเราวาดขึ้นเพื่อศึกษาและทำความเข้าใจลักษณะโครงสร้างให้ดีขึ้นเพื่อทำความคุ้นเคยกับความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่เราศึกษาในชั้นเรียน แต่ไม่ว่าคุณจะทำงานอะไร จำไว้ว่าเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเด็กในวัยนี้ที่จะต้องหลงใหลในความงดงามและความมุ่งมั่นของวัตถุก่อนที่จะเริ่มงาน เราพยายามเริ่มทำงานในโครงการใหม่ด้วยความประทับใจที่สดใส วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คือการแบ่งส่วนวิดีโอสั้น ๆ หรือสไลด์ขนาดเล็ก (ไม่เกิน 7-10!) ความคิดเห็นของเรามุ่งเป้าไปที่ความผิดปกติ ความงาม ความน่าทึ่งของวัตถุ แม้ว่าจะเป็นสิ่งที่ธรรมดาก็ตาม ตัวอย่างเช่น เงาของต้นไม้ในฤดูหนาวเมื่อศึกษาการแตกกิ่งก้านของหน่อ - อาจเป็นได้ทั้งความเย็นจัดและชวนให้นึกถึงปะการัง หรือกราฟิกที่เน้นย้ำ - สีดำ บนหิมะสีขาว การแนะนำนี้ไม่จำเป็นต้องยาวเพียงไม่กี่นาที แต่สำคัญมากสำหรับการสร้างแรงจูงใจ

ความคืบหน้างาน : วิเคราะห์การก่อสร้าง

จากนั้นคุณไปยังคำสั่งงาน สิ่งสำคัญคือต้องเน้นคุณลักษณะเชิงโครงสร้างที่กำหนดลักษณะที่ปรากฏของวัตถุและแสดงความหมายทางชีวภาพของสิ่งเหล่านั้นก่อน แน่นอนว่าทั้งหมดนี้จะต้องเขียนลงบนกระดานและจดลงในสมุดบันทึก จริงๆ แล้ว ตอนนี้คุณได้มอบหมายงานให้นักเรียนดูและแสดงแล้ว

จากนั้นในช่วงครึ่งหลังของกระดาน คุณจะอธิบายขั้นตอนของการสร้างภาพวาดโดยเสริมด้วยไดอะแกรม เช่น ร่างวิธีการและลำดับการทำงาน โดยพื้นฐานแล้วคุณเองก็ทำงานให้เสร็จต่อหน้าเด็ก ๆ ได้อย่างรวดเร็วโดยเก็บโครงสร้างเสริมและระดับกลางทั้งหมดไว้บนกระดาน

ในขั้นตอนนี้ เป็นการดีมากที่จะแสดงให้เด็กๆ วาดภาพโดยศิลปินที่วาดภาพวัตถุเดียวกัน หรือผลงานที่ประสบความสำเร็จของนักเรียนคนก่อนๆ มีความจำเป็นต้องเน้นย้ำอย่างต่อเนื่องว่าการวาดภาพทางชีววิทยาที่ดีและสวยงามนั้นเป็นการวิจัยเป็นหลัก - เช่น ตอบคำถามว่าวัตถุทำงานอย่างไร และเมื่อเวลาผ่านไป สอนเด็ก ๆ ให้ตั้งคำถามเหล่านี้ด้วยตนเอง

สัดส่วน บรรทัดเสริม รายละเอียด คำถามนำ

สร้างภาพวาด - และศึกษาวัตถุ! – คุณเริ่มต้นด้วยการหาสัดส่วน: อัตราส่วนของความยาวต่อความกว้าง ส่วนต่อทั้งหมด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้กำหนดรูปแบบของการวาดอย่างเข้มงวด เป็นรูปแบบที่จะกำหนดระดับรายละเอียดโดยอัตโนมัติ: ขนาดเล็กจะสูญเสียรายละเอียดจำนวนมากส่วนขนาดใหญ่จะต้องได้รับรายละเอียดที่อิ่มตัวดังนั้นจึงมีเวลาในการทำงานมากขึ้น คิดล่วงหน้าเกี่ยวกับสิ่งที่สำคัญสำหรับคุณมากกว่าในแต่ละกรณี

1) วาดแกนสมมาตร

2) สร้างสี่เหลี่ยมสมมาตรสองคู่ - สำหรับปีกบนและล่าง (เช่นแมลงปอ) ก่อนอื่นให้กำหนดสัดส่วน

3) ใส่เส้นโค้งของปีกให้พอดีกับสี่เหลี่ยมเหล่านี้

ข้าว. 1. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 กระทู้: "คำสั่งของแมลง" หมึก ปากกา บนดินสอ จากผ้าซาติน

(ฉันจำเรื่องราวตลก เศร้า และธรรมดาที่เกิดขึ้นเมื่อฉันทำงานนี้เป็นครั้งแรก เด็กชายชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 เข้าใจคำว่า "พอดี" เป็นครั้งแรกว่าใส่เข้าไปข้างในแล้ววาดวงกลมคดเคี้ยวภายในสี่เหลี่ยม - ทั้งสี่ต่างกัน! หลังจากบอกใบ้ของฉัน สิ่งที่ต้องพอดี - หมายถึงการสัมผัสเส้นเสริม เขาก็นำผีเสื้อที่มีปีกเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามาเรียบที่มุมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จากนั้นฉันก็ตระหนักได้ว่าจะต้องอธิบายให้เขาฟังว่าส่วนโค้งที่จารึกไว้นั้นแตะแต่ละด้านของตัว สี่เหลี่ยมแค่จุดเดียวและเราก็ต้องวาดใหม่อีกครั้ง...)

4) ... จุดนี้สามารถอยู่ตรงกลางด้านข้างหรือห่างจากมุมหนึ่งในสามและต้องกำหนดสิ่งนี้ด้วย!

แต่เขามีความสุขแค่ไหนเมื่อภาพวาดของเขาได้เข้าร่วมนิทรรศการของโรงเรียน - เป็นครั้งแรก - มันได้ผล! และตอนนี้ฉันกำลังอธิบายขั้นตอนทั้งหมดของความทรมานของเรากับเขาในคำอธิบายของ "ความก้าวหน้าของงาน"

รายละเอียดเพิ่มเติมของภาพวาดนำเราไปสู่การอภิปรายเกี่ยวกับความหมายทางชีวภาพของคุณสมบัติหลายประการของวัตถุ ดำเนินการต่อตัวอย่างด้วยปีกแมลง (รูปที่ 2) เราจะหารือกันว่าหลอดเลือดดำคืออะไร มีโครงสร้างอย่างไร เหตุใดจึงจำเป็นต้องรวมเข้าเป็นเครือข่ายเดียว ลักษณะของหลอดเลือดดำแตกต่างกันอย่างไรในแมลงของกลุ่มระบบต่างๆ (ตัวอย่างเช่นในสมัยโบราณ และแมลงมีปีกใหม่) เหตุใดเส้นเลือดที่ปีกหน้าจึงหนาขึ้น เป็นต้น และพยายามให้คำแนะนำส่วนใหญ่ของคุณในรูปแบบของคำถามที่เด็ก ๆ จำเป็นต้องค้นหาคำตอบ

ข้าว. 2. “แมลงปอและแอนสิงโต” ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ “ลำดับแมลง” หมึก ปากกา บนดินสอ จากผ้าซาติน

โดยวิธีการพยายามเลือกวัตถุประเภทเดียวกันมากขึ้นโดยให้เด็กมีโอกาสเลือก เมื่อสิ้นสุดงาน ชั้นเรียนจะได้เห็นความหลากหลายทางชีวภาพของกลุ่ม และลักษณะโครงสร้างทั่วไปที่สำคัญ และสุดท้าย ความสามารถในการวาดภาพที่แตกต่างกันของเด็กก็จะไม่สำคัญมากนัก

น่าเสียดายที่ไม่พร้อมใช้งานเสมอไป ครูโรงเรียนมีวัตถุต่าง ๆ ในกลุ่มเดียวกันจำนวนเพียงพอ คุณอาจพบว่าประสบการณ์ของเรามีประโยชน์: เมื่อศึกษาเป็นกลุ่ม ขั้นแรกเราจะวาดภาพด้านหน้าของวัตถุที่เข้าถึงได้ง่ายจากชีวิต จากนั้นจึงวาดภาพวัตถุต่างๆ จากภาพถ่ายหรือแม้แต่ภาพวาดโดยศิลปินมืออาชีพเป็นรายบุคคล

ข้าว. 3.กุ้ง. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "กุ้ง" ดินสอจากชีวิต

ตัวอย่างเช่นในหัวข้อ "กุ้ง" ในห้องปฏิบัติการ "โครงสร้างภายนอกของสัตว์จำพวกครัสเตเชียน" เราทุกคนวาดกุ้งก่อน (แทนที่จะเป็นกั้ง) ที่ซื้อแช่แข็งที่ร้านขายของชำ (รูปที่ 3) จากนั้นหลังจากดูวิดีโอสั้น ๆ คลิป วาดตัวอ่อนของสัตว์จำพวกครัสเตเชียนแพลงก์ตอนที่แตกต่างกัน (รูปที่ 4) ทีละภาพใน "ชีวิตของสัตว์": ​​บนแผ่นขนาดใหญ่ (A3) ย้อมสีด้วยสีน้ำในโทนสีเทาเย็นสีน้ำเงินและสีเขียว ชอล์กหรือ gouache สีขาว สร้างสรรค์รายละเอียดด้วยหมึกและปากกา (เมื่ออธิบายวิธีถ่ายทอดความโปร่งใสของสัตว์จำพวกกุ้งแพลงก์ตอน เราสามารถนำเสนอแบบจำลองที่ง่ายที่สุด - ขวดแก้วที่มีวัตถุวางไว้ในนั้น)

ข้าว. 4. แพลงก์ตอน ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "กุ้ง" กระดาษสี (รูปแบบ A3), ชอล์กหรือ gouache สีขาว, หมึกสีดำ, จากผ้าซาติน

ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เมื่อศึกษาปลาในห้องปฏิบัติการ "โครงสร้างภายนอกของปลากระดูก" เราวาดแมลงสาบธรรมดาก่อนจากนั้นเด็ก ๆ จะใช้สีน้ำเพื่อวาดตัวแทนของลำดับปลาต่าง ๆ จากตารางสีอันงดงาม "ปลาเชิงพาณิชย์" ” ที่เรามีที่โรงเรียน

ข้าว. 5. โครงกระดูกของกบ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 หัวข้อ "สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ" ดินสอ พร้อมอุปกรณ์การเรียน

เมื่อศึกษาสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ก่อนอื่น - งานห้องปฏิบัติการ“โครงสร้างของโครงกระดูกกบ” วาดด้วยดินสอง่ายๆ (รูปที่ 5) จากนั้นหลังจากดูวิดีโอสั้น ๆ ภาพวาดสีน้ำของกบแปลก ๆ - นักปีนเขาใบไม้ ฯลฯ (เราคัดลอกจากปฏิทินที่มีรูปถ่ายคุณภาพสูง โชคดีที่ตอนนี้ไม่ใช่เรื่องแปลกแล้ว)

ด้วยโครงร่างนี้ภาพวาดดินสอที่ค่อนข้างน่าเบื่อของวัตถุเดียวกันจึงถูกมองว่าเป็นขั้นตอนการเตรียมการตามปกติสำหรับงานที่สดใสและเป็นส่วนตัว

ความสำคัญเท่าเทียมกัน: เทคโนโลยี

การเลือกเทคโนโลยีเป็นสิ่งสำคัญมากในการทำให้งานสำเร็จลุล่วง ในเวอร์ชันคลาสสิก คุณจะต้องใช้ดินสอและกระดาษขาวธรรมดาๆ แต่... . ประสบการณ์ของเราบอกว่าจากมุมมองของเด็ก ๆ การวาดภาพดังกล่าวจะดูไม่เสร็จและพวกเขาจะยังคงไม่พอใจกับงาน

ในขณะเดียวกันก็เพียงพอที่จะสร้างภาพร่างดินสอด้วยหมึกและแม้แต่ใช้กระดาษสี (เรามักใช้กระดาษสีสำหรับเครื่องพิมพ์) - และผลลัพธ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (รูปที่ 6, 7) ความรู้สึกไม่สมบูรณ์มักเกิดจากการขาดพื้นหลังที่มีรายละเอียด และวิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ปัญหานี้คือการใช้กระดาษย้อมสี นอกจากนี้การใช้ชอล์กธรรมดาหรือดินสอสีขาวคุณสามารถสร้างเอฟเฟกต์แสงสะท้อนหรือความโปร่งใสได้เกือบจะในทันทีซึ่งมักจำเป็น

ข้าว. 6. เรดิโอลาเรีย. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ง่ายที่สุด" กระดาษสี (รูปแบบ A3) สำหรับสีน้ำ (ที่มีพื้นผิวหยาบ) หมึก สีพาสเทล หรือชอล์ก จากผ้าซาติน

ข้าว. 7. ผึ้ง. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ “ลำดับแมลง” หมึก ปากกาบนดินสอ ปริมาตร - พร้อมแปรงและหมึกเจือจาง รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ด้วยปากกา จากผ้าซาติน

หากเป็นเรื่องยากสำหรับคุณที่จะจัดระเบียบงานด้วยมาสคาร่า ให้ใช้ไลเนอร์หรือลูกกลิ้งสีดำเนื้อนุ่ม (ที่แย่ที่สุดคือปากกาเจล) - พวกมันให้ผลเหมือนกัน (รูปที่ 8, 9) เมื่อใช้เทคนิคนี้ ต้องแน่ใจว่าได้แสดงให้เห็นว่าได้ให้ข้อมูลมากน้อยเพียงใดโดยใช้เส้นที่มีความหนาและแรงกดต่างกัน เพื่อเน้นสิ่งที่สำคัญที่สุดและสร้างเอฟเฟกต์ของปริมาตร (พื้นหน้าและพื้นหลัง) คุณยังสามารถใช้การแรเงาในระดับปานกลางถึงอ่อนได้

ข้าว. 8. ข้าวโอ๊ต ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 หัวข้อ “ความหลากหลายของไม้ดอก ธัญพืชประจำตระกูล” หมึก กระดาษสี จากหอพรรณไม้

ข้าว. 9. หางม้าและมอส ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 หัวข้อ " สปอร์พืช- หมึก กระดาษขาว จากหอพรรณไม้

นอกจากนี้ เรามักจะทำงานโดยใช้สีหรือใช้โทนสีอ่อนเพื่อระบุปริมาตร (รูปที่ 10) ไม่เหมือนกับภาพวาดทางวิทยาศาสตร์แบบคลาสสิก

ข้าว. 10. ข้อศอก. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 หัวข้อ “ระบบกล้ามเนื้อและกระดูก” ดินสอจากปูนช่วย

เราลองใช้เทคนิคการใช้สีหลายอย่าง เช่น สีน้ำ สี gouache สีพาสเทล และสุดท้ายก็ใช้ดินสอสีอ่อน แต่ใช้กระดาษเนื้อหยาบเสมอ หากคุณตัดสินใจลองใช้เทคนิคนี้ มีสิ่งสำคัญบางประการที่ต้องคำนึงถึง

1. เลือกดินสอเนื้อนุ่มคุณภาพสูงจากบริษัทดีๆ เช่น Kohinoor แต่อย่าให้เด็กมีสีที่หลากหลาย (พื้นฐานเพียงพอ) ในกรณีนี้พวกเขามักจะพยายามเลือกสีสำเร็จรูปซึ่ง หลักสูตรล้มเหลว แสดงวิธีการได้เฉดสีที่เหมาะสมโดยการผสมสี 2-3 สี ในการทำเช่นนี้พวกเขาจำเป็นต้องทำงานกับจานสี - กระดาษแผ่นหนึ่งที่พวกเขาเลือกชุดค่าผสมและแรงกดที่ต้องการ

2. กระดาษหยาบจะทำให้การใช้สีอ่อนและเข้มง่ายขึ้นมาก

3. ลายเส้นสั้นๆ เบาๆ ควรทำให้รูปร่างของวัตถุดูดีขึ้น เช่น ทำซ้ำเส้นหลัก (แทนที่จะใช้สีซึ่งขัดแย้งกับรูปร่างและรูปทรง)

4. จากนั้นคุณจะต้องมีการตกแต่งขั้นสุดท้ายให้สมบูรณ์และแข็งแกร่งเมื่อเลือกสีที่ถูกต้องแล้ว มักจะคุ้มค่าที่จะเพิ่มไฮไลท์ซึ่งจะทำให้ภาพวาดมีชีวิตชีวาอย่างมาก สิ่งที่ง่ายที่สุดคือการใช้ชอล์กธรรมดา (บนกระดาษสี) หรือใช้ยางลบเนื้อนุ่ม (บนกระดาษสีขาว) อย่างไรก็ตามหากคุณใช้เทคนิคแบบหลวม ๆ - ชอล์กหรือสีพาสเทล - คุณสามารถแก้ไขงานด้วยสเปรย์ฉีดผมได้

เมื่อคุณเชี่ยวชาญเทคนิคนี้แล้ว คุณจะสามารถใช้มันตามธรรมชาติได้หากคุณไม่มีเวลาเพียงพอ "คุกเข่า" อย่างแท้จริง (อย่าลืมเกี่ยวกับแท็บเล็ต - กระดาษบรรจุภัณฑ์ชิ้นเดียวก็เพียงพอแล้ว!)

และแน่นอนว่าเพื่อความสำเร็จของงานของเรา เราได้จัดนิทรรศการอย่างแน่นอน - บางครั้งก็ในห้องเรียน, บางครั้งก็ในทางเดินของโรงเรียน บ่อยครั้งที่รายงานสำหรับเด็กในหัวข้อเดียวกันมักจัดเวลาให้ตรงกับนิทรรศการ ทั้งในรูปแบบวาจาและลายลักษณ์อักษร โดยรวมแล้ว โปรเจ็กต์ดังกล่าวทำให้คุณและเด็กๆ รู้สึกเหมือนเป็นงานใหญ่และสวยงามที่คุ้มค่าแก่การเตรียมตัว อาจเป็นไปได้ด้วยการติดต่อและความสนใจร่วมกันกับครูศิลปะคุณสามารถเริ่มทำงานในบทเรียนชีววิทยา: เชิงวิเคราะห์ได้ ขั้นตอนการเตรียมการศึกษาวัตถุ สร้างภาพร่างด้วยดินสอ และจบด้วยเทคนิคที่คุณเลือกร่วมกันในบทเรียนของเขา

นี่คือตัวอย่าง พฤกษศาสตร์ หัวข้อ “หนี-หน่อ, แตกแขนง, โครงสร้างหน่อ” กิ่งก้านที่มีดอกตูมมีขนาดใหญ่ในเบื้องหน้า โดยในพื้นหลังจะมีเงาของต้นไม้หรือพุ่มไม้ตัดกับพื้นหลังที่มีหิมะสีขาวและท้องฟ้าสีดำ เทคนิค : หมึกดำ กระดาษขาว กิ่งก้าน - จากชีวิต เงาของต้นไม้ - จากภาพถ่ายหรือภาพวาดในหนังสือ ชื่อผลงานคือ "ต้นไม้ในฤดูหนาว" หรือ "ทิวทัศน์ฤดูหนาว"

ตัวอย่างอื่น. เมื่อศึกษาหัวข้อ "ลำดับของแมลง" เราจะทำเรื่องสั้นเรื่อง "รูปร่างและปริมาตรของแมลงเต่าทอง" เทคนิคใด ๆ ที่สื่อถึงแสงและเงาและไฮไลท์ (สีน้ำ, หมึกด้วยน้ำ, พู่กัน) แต่เป็นเอกรงค์เพื่อไม่ให้เสียสมาธิจากการตรวจสอบและวาดภาพแบบฟอร์ม (รูปที่ 11) ควรใช้ปากกาหรือปากกาเจลเพื่อดูรายละเอียด (หากใช้แว่นขยายขาและศีรษะจะดีขึ้น)

ข้าว. 11. ด้วง. หมึก ปากกาบนดินสอ ปริมาตร - พร้อมแปรงและหมึกเจือจาง รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ด้วยปากกา จากผ้าซาติน

ผลงานที่สวยงาม 1-2 ชิ้นในหนึ่งไตรมาสก็เพียงพอแล้ว - และการวาดภาพสิ่งมีชีวิตจะทำให้ผู้เข้าร่วมทุกคนพึงพอใจในกระบวนการที่ยากลำบากนี้

เป้าหมาย

• ทางการศึกษา: พัฒนาความรู้เกี่ยวกับชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่อง ให้แนวคิดเกี่ยวกับสาขาหลักของชีววิทยาและวัตถุที่ศึกษา
• พัฒนาการ: เพื่อพัฒนาทักษะในการทำงานกับแหล่งวรรณกรรมพัฒนาความสามารถในการเชื่อมโยงเชิงวิเคราะห์
• ทางการศึกษา: ขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของคุณ สร้างการรับรู้แบบองค์รวมของโลก

งาน

1. เปิดเผยบทบาทของชีววิทยาท่ามกลางวิทยาศาสตร์อื่นๆ
2. เปิดเผยความเชื่อมโยงระหว่างชีววิทยากับวิทยาศาสตร์อื่น ๆ
3. พิจารณาว่าการศึกษาชีววิทยาสาขาใดบ้าง
4. กำหนดบทบาทของชีววิทยาในชีวิต บุคคล.
5. วาด ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวข้องกับหัวข้อจากวิดีโอที่นำเสนอในบทเรียน

ข้อกำหนดและแนวคิด

• ชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งมีเป้าหมายในการศึกษาสิ่งมีชีวิตและมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม
• ชีวิตเป็นรูปแบบของการดำรงอยู่ของสสารที่มีฤทธิ์ ในความรู้สึกที่สูงกว่ารูปแบบทางกายภาพและทางเคมีของการดำรงอยู่ของมัน ชุดทางกายภาพและ กระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ทำให้เกิดการเผาผลาญและการแบ่งตัว
• วิทยาศาสตร์เป็นขอบเขตของกิจกรรมของมนุษย์ที่มุ่งพัฒนาและจัดระบบความรู้เชิงวัตถุเกี่ยวกับความเป็นจริงในทางทฤษฎี

ในระหว่างเรียน

อัพเดทความรู้

จำสิ่งที่ศึกษาชีววิทยา
ตั้งชื่อสาขาวิชาชีววิทยาที่คุณรู้จัก
ค้นหาคำตอบที่ถูกต้อง:
1. การศึกษาพฤกษศาสตร์:
ก) พืช
ข) สัตว์
B) สาหร่ายเท่านั้น
2. การศึกษาเห็ดเกิดขึ้นภายใต้กรอบของ:
ก) นักพฤกษศาสตร์;
B) ไวรัสวิทยา;
B) วิทยาวิทยา
3. ในทางชีววิทยา มีหลายอาณาจักรที่มีความโดดเด่น ได้แก่
ก) 4
ข) 5
ที่ 7
4. ในทางชีววิทยา บุคคลหมายถึง:
ก) อาณาจักรสัตว์
B) สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประเภทย่อย;
C) ประเภทของ Homo sapiens

จากรูปที่ 1 จำไว้ว่ามีกี่อาณาจักรที่มีความโดดเด่นในด้านชีววิทยา:

ข้าว. 1 อาณาจักรของสิ่งมีชีวิต

การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

คำว่า "ชีววิทยา" ถูกเสนอครั้งแรกในปี พ.ศ. 2340 โดยศาสตราจารย์ชาวเยอรมัน ที. รูสม แต่เริ่มมีการใช้อย่างแข็งขันในปี 1802 เท่านั้นหลังจากใช้สิ่งนี้ คอนกรีตเสริมเหล็กระยะยาว- ลามาร์กในผลงานของเขา

ปัจจุบัน ชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งก่อตั้งขึ้นจากสาขาวิชาวิทยาศาสตร์อิสระที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยเฉพาะด้าน

ในบรรดา “สาขา” ของชีววิทยา เราสามารถตั้งชื่อวิทยาศาสตร์ได้ดังนี้:
- พฤกษศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาพืชและส่วนย่อย: วิทยาวิทยา, ไลเคนวิทยา, bryology, geobotany, Paleobotany;
- สัตววิทยา– วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสัตว์และส่วนย่อย: วิทยาวิทยา อารวิทยาวิทยา ปักษีวิทยา ชาติพันธุ์วิทยา
- นิเวศวิทยาเป็นศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมภายนอก
- กายวิภาคศาสตร์ - ศาสตร์แห่งโครงสร้างภายในของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
- สัณฐานวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโครงสร้างภายนอกของสิ่งมีชีวิต
- เซลล์วิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาเซลล์
- ตลอดจนเนื้อเยื่อวิทยา พันธุศาสตร์ สรีรวิทยา จุลชีววิทยา และอื่นๆ

โดยทั่วไป คุณสามารถดูผลรวมของวิทยาศาสตร์ชีวภาพได้ในรูปที่ 2:

ข้าว. 2 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ในเวลาเดียวกันชุดวิทยาศาสตร์ทั้งหมดมีความโดดเด่นซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดของชีววิทยากับวิทยาศาสตร์อื่น ๆ และเรียกว่าบูรณาการ วิทยาศาสตร์ดังกล่าวอาจรวมถึง: ชีวเคมี ชีวฟิสิกส์ ชีวภูมิศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ ชีววิทยารังสี ชีววิทยาอวกาศ และอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย รูปที่ 3 แสดงวิทยาศาสตร์หลักที่มีความสำคัญต่อชีววิทยา

ข้าว. 3. วิทยาศาสตร์ชีวภาพเชิงบูรณาการ

ความรู้ด้านชีววิทยาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับมนุษย์
ภารกิจที่ 1: พยายามกำหนดด้วยตัวคุณเองว่าความรู้ทางชีววิทยามีความสำคัญต่อมนุษย์อย่างไร?
ภารกิจที่ 2: ชมวิดีโอต่อไปนี้เกี่ยวกับวิวัฒนาการ และพิจารณาว่าวิทยาศาสตร์ชีวภาพใดที่จำเป็นในการสร้างมันขึ้นมา

ตอนนี้เรามาจำไว้ว่าบุคคลต้องการความรู้ประเภทใดและเพราะเหตุใด:
- เพื่อการพิจารณา โรคต่างๆร่างกาย. การรักษาและป้องกันต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับร่างกายมนุษย์ ซึ่งหมายถึงความรู้ด้านกายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยา พันธุศาสตร์ เซลล์วิทยา ต้องขอบคุณความสำเร็จทางชีววิทยาที่ทำให้อุตสาหกรรมเริ่มผลิตยา วิตามิน และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

ในอุตสาหกรรมอาหารจำเป็นต้องรู้พฤกษศาสตร์ ชีวเคมี สรีรวิทยาของมนุษย์
- วี เกษตรกรรมจำเป็นต้องมีความรู้ด้านพฤกษศาสตร์และชีวเคมี ด้วยการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพืชและสิ่งมีชีวิตในสัตว์ ทำให้สามารถสร้างวิธีการทางชีวภาพในการควบคุมศัตรูพืชได้ ตัวอย่างเช่น ความรู้ที่ซับซ้อนเกี่ยวกับพฤกษศาสตร์และสัตววิทยาปรากฏอยู่ในการเกษตร ซึ่งสามารถเห็นได้ในวิดีโอสั้น ๆ

และนี่เป็นเพียงรายการสั้น ๆ ของ "บทบาทที่เป็นประโยชน์ของความรู้ทางชีววิทยา" ในชีวิตมนุษย์
วิดีโอต่อไปนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจบทบาทของชีววิทยาในชีวิตมากขึ้น

เป็นไปไม่ได้ที่จะลบความรู้ด้านชีววิทยาออกจากความรู้บังคับ เนื่องจากชีววิทยาเป็นการศึกษาชีวิตของเรา ชีววิทยาให้ความรู้ที่ใช้ในชีวิตมนุษย์ส่วนใหญ่

ภารกิจที่ 3 อธิบายว่าทำไมชีววิทยาสมัยใหม่จึงเรียกว่าวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน

การรวมความรู้

1. ชีววิทยาคืออะไร?
2. ตั้งชื่อส่วนย่อยของพฤกษศาสตร์
3. ความรู้ด้านกายวิภาคศาสตร์มีบทบาทอย่างไรในชีวิตมนุษย์?
4.ความรู้ว่าศาสตร์ใดบ้างที่จำเป็นสำหรับการแพทย์?
5. ใครเป็นคนแรกที่ระบุแนวคิดเรื่องชีววิทยา?
6. ดูรูปที่ 4 และพิจารณาว่าวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาวัตถุที่ปรากฎอยู่:

รูปที่ 4. วิทยาศาสตร์อะไรศึกษาวัตถุนี้?

7. ศึกษารูปที่ 5 ตั้งชื่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตนั้น

ข้าว. 5. สิ่งมีชีวิต

การบ้าน

1. ประมวลผลเนื้อหาตำราเรียน - วรรค 1
2. จดลงในสมุดบันทึกและเรียนรู้คำศัพท์: ชีววิทยา ชีวิต วิทยาศาสตร์
3. เขียนลงในสมุดบันทึกทุกส่วนและส่วนย่อยของชีววิทยาในฐานะวิทยาศาสตร์โดยอธิบายลักษณะโดยย่อ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการค้นพบปลาที่ไม่มีตา Phreatichthys andruzzii อาศัยอยู่ในถ้ำใต้ดิน โดยนาฬิกาภายในไม่ได้ตั้งไว้ที่ 24 ชั่วโมง (เหมือนกับสัตว์อื่นๆ) แต่อยู่ที่ 47 ชั่วโมง การกลายพันธุ์เป็นสาเหตุที่ทำให้สิ่งนี้ปิดตัวรับแสงทั้งหมดในร่างกายของปลาเหล่านี้

จำนวนสายพันธุ์ทางชีววิทยาทั้งหมดที่อาศัยอยู่บนโลกของเราประเมินโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ 8.7 ล้าน และขณะนี้มีการค้นพบและจำแนกประเภทไม่เกิน 20% ของจำนวนนี้

ปลาน้ำแข็งหรือปลาไวท์ฟิชอาศัยอยู่ในน่านน้ำแอนตาร์กติก นี่เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดเดียวที่ไม่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงหรือฮีโมโกลบินในเลือด ดังนั้นเลือดของปลาน้ำแข็งจึงไม่มีสี เมแทบอลิซึมของมันขึ้นอยู่กับออกซิเจนที่ละลายในเลือดโดยตรงเท่านั้น

คำว่า "ไอ้สารเลว" มาจากคำกริยา "ผิดประเวณี" และเดิมหมายถึงเฉพาะลูกนอกกฎหมายของสัตว์พันธุ์แท้เท่านั้น เมื่อเวลาผ่านไป ในทางชีววิทยา คำนี้ถูกแทนที่ด้วยคำว่า "ลูกผสม" แต่กลับกลายเป็นคำที่ไม่เหมาะสมในความสัมพันธ์กับผู้คน

รายชื่อแหล่งที่มาที่ใช้

1. บทเรียน "ชีววิทยา - วิทยาศาสตร์แห่งชีวิต" Konstantinova E. A. ครูสอนชีววิทยาที่โรงเรียนมัธยมหมายเลข 3 ตเวียร์
2. บทเรียน “บทนำ ชีววิทยาคือศาสตร์แห่งชีวิต” Titorov Yu.I. ครูสอนชีววิทยา ผู้อำนวยการ KL ใน Kemerovo
3. บทเรียน “ชีววิทยา - วิทยาศาสตร์แห่งชีวิต” Nikitina O.V. ครูสอนชีววิทยาที่สถาบันการศึกษาเทศบาล “โรงเรียนมัธยมหมายเลข 8 Cherepovets
4. Zakharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. “ชีววิทยา” (ฉบับที่ 4) -L.: Academy, 2011.- 512 น.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. ชีววิทยาชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 - K.: Geneza, 2009. - 253 p.

แก้ไขและส่งโดย Borisenko I.N.

เราทำงานในบทเรียน

Borisenko I.N.

คอนสแตนติโนวา อี.เอ.

Titorova Yu.I.

นิกิติน่า โอ.วี.