Биопотенциал

Билет № 5

1 Значение биометрии в исследовательской  работе и профессиональной подготовке специалистов биологического профиля. Связи современной биологии с математикой многосторонни, они все более расширяются и углубляются. В настоящее время трудно указать область знания, в которой не применялись бы математические методы. Биометрия необходима и при изучении наследуемости и повторяемости хозяйственно важных признаков, измерении связей между ними и во многих других случаях. Применение биометрии оказалось полезным во многих областях прикладной биологии. Так, благодаря биометрическому анализу массовых антропологических измерений антропологам удалось подойти к довольно точному обоснованию принципов раскроя и стандартизации обуви и одежды, изготовляемой для массового потребления. Биометрические показатели легли в основу количественной оценки физического развития человека, его спортивных и трудовых достижений. Несомненно, что значение биометрии для наук, изучающих биологические объекты, будет возрастать тем более чем успешнее применяются достижения счетно-вычислительной техники.

Конечно, не всякое исследование опирается на биометрию. В биологии с успехом  применяют и чисто описательные методы, не требующие количественных оценок получаемых результатов. Но там, где исследования проводят с использованием счета или меры, применение биометрии становится совершенно необходимым. В таких случаях пренебрежение методами биометрии или неправильное их применение приводит к неоправданным затратам труда и времени, а главное — к мало убедительным, а нередко и ошибочным выводам.

 

2 правильная организация опытных работ при биологических исследованиях

Живую материю на всех уровнях организации  исследуют различными методами, главными из которых являются сравнительно-описательный, экспериментальный, мониторинг и моделирование. Результаты опытов обрабатывают с помощью  математико-статистического анализа.

Сравнительно-описательный метод является самым древним. С его помощью описывают определенные формы организмов или явления. При этом, чтобы установить своеобразие объекта исследований, его сравнивают с другими подобными объектами или процессами. Например, открытие новых для науки видов невозможно без анализа их отличий от близких форм. То же касается органических соединений, биохимических процессов, строения и функций клеток, тканей, организмов, экосистем и т.д.

Для научного исследования любой биологический  объект нужно классифицировать, т.е. определить степень его сходства и отличия от других, сравнив с  ними. При этом надо придерживаться следующих принципов:

- Сравнивать только в пределах  определенного уровня организации  живой материи (например, молекулы - с молекулами, клетки - с клетками, экосистемы - с экосистемами и  т.п.);

- На каждом уровне определять  принадлежность объекта исследований  в той или иной группе (например, органических веществ - до белков, липидов, углеводов, нуклеиновых  кислот и др.) и сравнивать с  другими объектами в пределах  данной группы.

Экспериментальный метод заключается  в изменении исследователем строения объектов исследований или определенных условий их существования и наблюдения за последствиями этих изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.

Полевые эксперименты проводятся в  естественных экосистемах или агроценозах. Например, на экспериментальных участках изучают действие определенных веществ на рост растений, испытывающих меры борьбы с вредителями, исследуют влияние хозяйственной деятельности человека на природные экосистемы и тому подобное. Лабораторные эксперименты проводятся в специально оборудованных помещениях-лабораториях. Зачастую там исследуют объекты на молекулярном, клеточно-тканевом или организменном уровнях. В таких исследованиях часто используют подопытные организмы, которых специально разводят и содержат в лабораторных условиях. Возникла даже целая биологическая отрасль - разведение лабораторных культур.

Лабораторные культуры - искусственные популяции организмов, отдельные живые клетки или клоны клеток (потомки одной клетки), которые человек создает для научных экспериментов.

Некоторые лабораторные культуры дали начало промышленным культурам, которые  используют для получения нужных человеку продуктов. Это направление называют биотехнологией (например, применение дрожжей в хлебопекарной деле, виноделии; бактерий и грибов - для получения антибиотиков; разведения агентов биологического способа борьбы с вредными организмами; выращивание клонов растительных клеток для производства лекарственных веществ и др.).

Мониторинг (от лат. Монитор - тот, кто напоминает, предупреждает)-это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных экосистемах, биосфере в целом или по состоянию конкретных биологических объектов. Мониторинг осуществляют преимущественно на популяционно-видовом, био-геоценотичному и биосферном уровнях. Он позволяет не только определять состояние определенных объектов, но и прогнозировать возможные изменения и анализировать их возможные последствия (например, изменения климата планеты: накопление в атмосфере диоксида углерода и общее потепление). Благодаря мониторингу является возможность разрабатывать меры охраны отдельных популяций организмов, экосистем и биосферы в целом.

Мониторинг может проводиться не только в природе, но и по материалам, накопленным в научных учреждениях. Например, во многих естественных музеях хранятся коллекции видов различных групп организмов, собранные на протяжении столетий. Исследование таких коллекций позволяет выявить изменения ареалов или строения организмов за определенный промежуток времени, исследовать внутривидовую географическую или экологическую изменчивость подобное.

Моделирования (от лат. Модулюс - устройство, образец) - это метод исследования и демонстрации структур, функций, процессов посредством их упрощенной имитации. Моделирование является обязательным этапом многих научных исследований, поскольку позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воспроизводить экспериментально. Несмотря на то, что любая модель неизбежно упрощена и не может отражать всю сложность объектов, процессов или явлений, которые наблюдают в природе, и отражает лишь общие черты или их вероятный ход, моделирование имеет исключительное значение, ибо способствует прогнозированию возможных последствий различных процессов или явлений. 

 

 

Билет № 3

1. Виды изменчивости.

Всем живым организмам характерна всеобщая изменчивость - разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени  родства. В природе практически  невозможно найти двух одинаковых живых  существ.

Ч. Дарвин выделял два  вида изменчивости:

1. определенную, "когда  всё или почти всё потомство  особей, подвергавшихся в течение  нескольких поколений известным  условиям, изменяется одинаковым образом… многие незначительные изменения возникают таким путем, например, рост в зависимости от количества пищи, окраска - от её качества, толщина кожи и волосистость - от климата и т. д.", и

 2. неопределённую, которую "видим в тех бесконечно разнообразных незначительных особенностях, которыми отличаются особи того же вида и которые невозможно объяснить унаследованием их от одного из родителей или более отдалённых предков. Иногда, даже резко выраженные отличия проявляются у молоди одного помёта и у семян из одной и той же коробочки".¹

 

 

start="2"

 Статистика и  ее роль в формирование биометрической науки.

Биометрия - раздел биологии, содержанием которого являются планирование и обработка результатов количественных экспериментов и наблюдений методами статистики При проведении биологических экспериментов и наблюдений исследователь всегда имеет дело с количественными вариациями частоты встречаемости или степени проявления различных признаков и свойств. Поэтому без специального статистического анализа обычно нельзя решить, каковы возможные пределы случайных колебаний изучаемой величины и являются ли наблюдаемые разницы между вариантами опыта случайными или достоверными. статистические методы, применяемые в биологии, разрабатываются иногда вне зависимости от биологических исследований, но чаще в связи с задачами, возникающими в биологии, сельском хозяйстве и медицине. 

 Применение математико-статистических  методов в биологии по существу  представляет выбор некоторой статистической модели, проверку её соответствия экспериментальным данным и анализ статистических и биологических результатов, вытекающих из её рассмотрения. Выбор той или иной модели в значительной мере определяется биологической природой эксперимента

 

3.  Определение коэфицента корреляции совокупности больших величин

Слово корреляция происходит от латинского correlation, что означает связь, соотношение, сопряженность. В практике биологических исследований часто возникает необходимость изучить связь между признаками одного организма или зависимость между признаками организма и условиями внешней среды.

Корреляция может быть прямой или положительной, если с  возрастанием одного показателя увеличивается  второй или, наоборот, с уменьшением одного показателя уменьшается второй.

Такая корреляция выражается словами «чем больше, тем больше»  или «чем меньше, тем меньше». Например, чем больше вес клубней картофеля  в одном гнезде, тем выше урожай; чем меньше длина туловища животного  определенного вида, тем меньше его вес.

      Корреляция  является обратной или отрицательной,  если с увеличением одного  показателя уменьшается второй  или с уменьшением первого  показателя увеличивается второй. Такая зависимость выражается  словами: «чем меньше, тем больше» или «чем больше, тем меньше». Например, чем больше растений кукурузы в гнезде, тем меньше початков на растении.

 

БИЛЕТ № 4

1. Генетика животных. Методы генетического анализа.

Генетика животных - раздел генетики, изучающий наследственность и изменчивость преимущественно сельскохозяйственных, а также домашних и диких животных. Основывается на общегенетических принципах и положениях и использует в основном такие методы общей генетики, как гибридологический, цитологический, популяционный, онтогенетический, математико-статистический, близнецовый и др. Чаще всего у животных наблюдается независимое наследование признаков, обусловленное большим числом хромосом. Основным методом изучения наследования признаков служит гибридологический анализ. Этот метод позволил выяснить характер наследования многих морфологических, физиологических и биохимических особенностей, часто зависящих только от одной или нескольких пар генов. Совокупность методов исследования наследственных свойств организма (его генотипа) называется генетический анализ.

В зависимости  от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном и молекулярном уровнях. 

Основу генетического  анализа составляет гибридологический анализ, основанный на анализе наследования признаков при скрещиваниях.

Гибридологический анализ, основы которого разработал основатель современной генетики Г. Мендель, основан  на следующих принципах.

1. Использование  в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающих расщепления при  скрещивании, т.е. константных форм.

2. Анализ  наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.

3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.

4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.

5. На основании  результатов скрещивания составляется  и анализируется схема скрещиваний.

Гибридологическому  анализу обычно предшествует селекционный метод. С его помощью осуществляют подбор или создание исходного  материала,  подвергающегося дальнейшему анализу (например, Г. Мендель, который по существу является основоположником генетического анализа, начинал свою работу с получения константных – гомозиготных – форм гороха путём самоопыления);

 

3 регресия и методы вычисления коэфицента регрессии

 Логическим продолжением изучения  зависимости между признаками  является коэффициент регрессии.  Регрессия отражает динамику  связей между признаками х и у и прямого отношения к развитию признаков во времени и в зависимости от других причин не имеет. Если коэффициент корреляции указывает на тесноту связей, то коэффициент регрессии количественно конкретизирует эту зависимость.

Коэффициент прямолинейной регрессии  указывает, на сколько в среднем изменяется один из признаков, если другой, связанный с ним, изменяется в среднем на единицу.

Коэффициент регрессии каждой конкретной выборки имеет два значения R_ху и R_ух (т.е. прямое и обратное влияние признаков друг на друга) и вычисляется по формулам

 

R_xy= r

;

 

R_ух=

.

 

При изучении связи между обхватом груди и живой массы коров  установлена сильная положительная  корреляция r = 0,8(см. п.9.6). Вычислив R_xy=9кг и R_ух= 0,1 см, констатируем, что если в процессе селекции коров обхват груди увеличивается в среднем на 1 см, то живая масса увеличится в среднем на 9 кг.