Ziele

• Pädagogisch: Wissen über Biologie als Wissenschaft weiterentwickeln; Geben Sie Konzepte zu den Hauptzweigen der Biologie und den von ihnen untersuchten Objekten.
• Entwicklung: Entwicklung von Fähigkeiten im Umgang mit literarischen Quellen und Entwicklung der Fähigkeit, analytische Zusammenhänge herzustellen;
• Lehrreich: Erweitern Sie Ihren Horizont, entwickeln Sie eine ganzheitliche Wahrnehmung der Welt.

Aufgaben

1. Zeigen Sie die Rolle der Biologie und anderer Wissenschaften auf.
2. Zeigen Sie die Verbindung zwischen Biologie und anderen Wissenschaften auf.
3. Bestimmen Sie, welche verschiedenen Zweige der Biologie studiert werden.
4. Bestimmen Sie die Rolle der Biologie im Leben Person .
5. Erfahren Sie Wissenswertes zum Thema aus den in der Lektion vorgestellten Videos.

Begriffe und Konzepte

• Die Biologie ist ein Komplex von Wissenschaften, deren Untersuchungsgegenstand Lebewesen und ihre Interaktion mit der Umwelt sind.
• Leben ist eine aktive Existenzform der Materie, in gewissem Sinne höher als ihre physikalischen und chemischen Existenzformen; eine Reihe physikalischer und chemischer Prozesse, die in einer Zelle ablaufen und den Stoffwechsel und die Zellteilung ermöglichen.
• Die Wissenschaft ist ein Bereich menschlichen Handelns, der darauf abzielt, objektives Wissen über die Realität zu entwickeln und theoretisch zu systematisieren.

Während des Unterrichts

Wissen aktualisieren

Denken Sie daran, was Biologie studiert.
Nennen Sie die Zweige der Biologie, die Sie kennen.
Finden Sie die richtige Antwort:
1. Botanikstudium:
A) Pflanzen
B) Tiere
B) nur Algen
2. Die Erforschung von Pilzen erfolgt im Rahmen von:
A) Botaniker;
B) Virologie;
B) Mykologie.
3. In der Biologie werden mehrere Königreiche unterschieden, nämlich:
A) 4
B) 5
UM 7
4. In der Biologie bezieht sich eine Person auf:
A) Tierreich
B) Unterklasse Säugetiere;
C) Eine Art Homo sapiens.

Erinnern Sie sich anhand von Abbildung 1 daran, wie viele Königreiche in der Biologie unterschieden werden:

Reis. 1 Königreiche lebender Organismen

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Der Begriff „Biologie“ wurde erstmals 1797 vom deutschen Professor T. Rusom vorgeschlagen. Die aktive Nutzung begann jedoch erst im Jahr 1802, nachdem der Begriff Stahlbeton verwendet wurde. Lamarck in seinen Werken.

Heute ist die Biologie ein Wissenschaftskomplex, der aus eigenständigen wissenschaftlichen Disziplinen besteht, die sich mit bestimmten Forschungsgegenständen befassen.

Unter den „Zweigen“ der Biologie können wir folgende Wissenschaften nennen:
- Botanik ist eine Wissenschaft, die Pflanzen und ihre Unterabschnitte untersucht: Mykologie, Lichenologie, Bryologie, Geobotanik, Paläobotanik;
- Zoologie– die Wissenschaft, die Tiere und ihre Unterabschnitte untersucht: Ichthyologie, Arachnologie, Ornithologie, Ethologie;
- Ökologie – die Wissenschaft der Beziehung zwischen lebenden Organismen und der äußeren Umwelt;
- Anatomie – die Wissenschaft vom inneren Aufbau aller Lebewesen;
- Morphologie ist eine Wissenschaft, die die äußere Struktur lebender Organismen untersucht;
- Zytologie ist eine Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung von Zellen beschäftigt;
- sowie Histologie, Genetik, Physiologie, Mikrobiologie und andere.

Im Allgemeinen können Sie die Gesamtheit der biologischen Wissenschaften in Abbildung 2 sehen:

Reis. 2 Biowissenschaften

Gleichzeitig wird eine ganze Reihe von Wissenschaften unterschieden, die durch die enge Interaktion der Biologie mit anderen Wissenschaften entstanden sind und als integriert bezeichnet werden. Zu diesen Wissenschaften können sicher gehören: Biochemie, Biophysik, Biogeographie, Biotechnologie, Radiobiologie, Weltraumbiologie und andere. Abbildung 3 zeigt die wichtigsten Wissenschaften, die für die Biologie von wesentlicher Bedeutung sind

Reis. 3. Integrale biologische Wissenschaften

Biologische Kenntnisse sind für den Menschen wichtig.
Aufgabe 1: Versuchen Sie selbst zu formulieren, welche Bedeutung biologisches Wissen genau für den Menschen hat.
Aufgabe 2: Sehen Sie sich das folgende Video über die Evolution an und ermitteln Sie, welche biologischen Wissenschaften erforderlich waren, um sie zu erschaffen

Erinnern wir uns nun daran, welche Art von Wissen eine Person benötigt und warum:
- um verschiedene Erkrankungen des Körpers zu bestimmen. Ihre Behandlung und Vorbeugung erfordert Kenntnisse über den menschlichen Körper, das heißt Kenntnisse über: Anatomie, Physiologie, Genetik, Zytologie. Dank der Errungenschaften der Biologie begann die Industrie mit der Herstellung von Medikamenten, Vitaminen und biologisch aktiven Substanzen;

In der Lebensmittelindustrie sind Kenntnisse in Botanik, Biochemie und menschlicher Physiologie erforderlich.
- In der Landwirtschaft sind Kenntnisse in Botanik und Biochemie erforderlich. Dank der Untersuchung der Beziehungen zwischen pflanzlichen und tierischen Organismen ist es möglich geworden, biologische Methoden zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen zu entwickeln. Das komplexe Wissen der Botanik und Zoologie manifestiert sich beispielsweise in der Landwirtschaft, was in einem kurzen Video zu sehen ist

Und dies ist nur eine kurze Liste der „nützlichen Rolle biologischen Wissens“ im menschlichen Leben.
Das folgende Video wird Ihnen helfen, mehr über die Rolle der Biologie im Leben zu verstehen.

Es ist nicht möglich, Kenntnisse der Biologie vom Pflichtwissen zu streichen, denn die Biologie untersucht unser Leben, die Biologie liefert Wissen, das in den meisten Bereichen des menschlichen Lebens genutzt wird.

Aufgabe 3. Erklären Sie, warum die moderne Biologie als komplexe Wissenschaft bezeichnet wird.

Festigung des Wissens

1. Was ist Biologie?
2. Benennen Sie die Teilgebiete der Botanik.
3. Welche Rolle spielen Anatomiekenntnisse im menschlichen Leben?
4. Kenntnisse darüber, welche Wissenschaften für die Medizin notwendig sind?
5. Wer hat als Erster das Konzept der Biologie identifiziert?
6. Schauen Sie sich Abbildung 4 an und bestimmen Sie, welche Wissenschaft das abgebildete Objekt untersucht:

Abb.4. Welche Wissenschaft untersucht dieses Objekt?

7. Studieren Sie Abbildung 5: Nennen Sie alle lebenden Organismen und die Wissenschaft, die sie untersucht

Reis. 5. Lebende Organismen

Hausaufgaben

1. Verarbeiten Sie das Lehrbuchmaterial – Absatz 1
2. Schreiben Sie in ein Notizbuch und lernen Sie die Begriffe: Biologie, Leben, Wissenschaft.
3. Schreiben Sie alle Abschnitte und Unterabschnitte der Biologie als Wissenschaft in ein Notizbuch und charakterisieren Sie sie kurz.

Kürzlich wurde ein augenloser Fisch, Phreatichthys andruzzii, entdeckt, der in unterirdischen Höhlen lebt und dessen innere Uhr nicht auf 24 Stunden (wie bei anderen Tieren), sondern auf 47 Stunden eingestellt ist. Schuld daran ist eine Mutation, die alle lichtempfindlichen Rezeptoren am Körper dieser Fische abgeschaltet hat.

Die Gesamtzahl der auf unserem Planeten lebenden biologischen Arten wird von Wissenschaftlern auf 8,7 Millionen geschätzt, und nicht mehr als 20 % dieser Zahl wurden bisher entdeckt und klassifiziert.

Eisfische oder Felchen leben in antarktischen Gewässern. Dies ist die einzige Wirbeltierart, bei der es keine roten Blutkörperchen oder Hämoglobin im Blut gibt – daher ist das Blut von Eisfischen farblos. Ihr Stoffwechsel basiert ausschließlich auf direkt im Blut gelöstem Sauerstoff

Das Wort „Bastard“ kommt vom Verb „unzüchtigen“ und meinte ursprünglich nur den unehelichen Nachwuchs eines reinrassigen Tieres. Im Laufe der Zeit wurde dieses Wort in der Biologie durch den Begriff „Hybrid“ ersetzt, aber in Bezug auf Menschen wurde es beleidigend.

Liste der verwendeten Quellen

1. Lektion „Biologie – die Wissenschaft vom Leben“ Konstantinova E. A., Biologielehrerin an der Sekundarschule Nr. 3, Twer
2. Lektion „Einführung. Biologie ist die Wissenschaft vom Leben“ Titorov Yu.I., Biologielehrer, Direktor der KL in Kemerowo.
3. Lektion „Biologie – die Wissenschaft vom Leben“ Nikitina O.V., Biologielehrerin an der städtischen Bildungseinrichtung „Sekundarschule Nr. 8, Tscherepowez“.
4. Zakharov V. B., Kozlova T. A., Mamontov S. G. „Biologie“ (4. Auflage) -L.: Akademie, 2011.- 512 S.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Biologie 9. Klasse - K.: Geneza, 2009. - 253 S.

Herausgegeben und gesendet von Borisenko I.N.

Wir haben an der Lektion gearbeitet

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Die Biowissenschaften verfolgen einen Weg vom Großen zum Kleinen. In jüngerer Zeit beschrieb die Biologie ausschließlich die äußeren Merkmale von Tieren, Pflanzen und Bakterien. Die Molekularbiologie untersucht lebende Organismen auf der Ebene der Wechselwirkungen einzelner Moleküle. Strukturbiologie – untersucht Prozesse in Zellen auf atomarer Ebene. Wenn Sie lernen möchten, wie man einzelne Atome „sieht“, wie die Strukturbiologie funktioniert und „lebt“ und welche Instrumente sie verwendet, sind Sie hier genau richtig!

Komplementärin des Zyklus ist das Unternehmen: der größte Anbieter von Geräten, Reagenzien und Verbrauchsmaterialien für die biologische Forschung und Produktion.

Eine der Hauptaufgaben von Biomolekülen besteht darin, den Wurzeln auf den Grund zu gehen. Wir erzählen Ihnen nicht nur, welche neuen Fakten die Forscher entdeckt haben – wir sprechen darüber, wie sie sie entdeckt haben, wir versuchen, die Prinzipien biologischer Techniken zu erklären. Wie entnimmt man einem Organismus ein Gen und fügt es in einen anderen ein? Wie kann man das Schicksal mehrerer winziger Moleküle in einer riesigen Zelle verfolgen? Wie erregt man eine winzige Gruppe von Neuronen in einem riesigen Gehirn?

Deshalb beschlossen wir, systematischer über Labormethoden zu sprechen und die wichtigsten und modernsten biologischen Techniken in einem Abschnitt zusammenzufassen. Um es interessanter und klarer zu machen, haben wir die Artikel stark illustriert und hier und da sogar Animationen hinzugefügt. Wir möchten, dass die Artikel in der neuen Rubrik auch für den gelegentlichen Passanten interessant und verständlich sind. Und andererseits sollten sie so detailliert sein, dass auch ein Profi darin etwas Neues entdecken könnte. Wir haben die Methoden in 12 großen Gruppen zusammengefasst und werden darauf basierend einen biomethodischen Kalender erstellen. Bleiben Sie dran für Updates!

Warum wird Strukturbiologie benötigt?

Wie Sie wissen, ist Biologie die Wissenschaft vom Leben. Es erschien gleich zu Beginn des 19. Jahrhunderts und war in den ersten hundert Jahren seines Bestehens rein beschreibender Natur. Die Hauptaufgabe der damaligen Biologie bestand darin, möglichst viele Arten verschiedener lebender Organismen zu finden und zu charakterisieren und wenig später die familiären Beziehungen zwischen ihnen zu identifizieren. Im Laufe der Zeit und mit der Entwicklung anderer Wissenschaftsbereiche entstanden aus der Biologie mehrere Zweige mit dem Präfix „molekular“: Molekulargenetik, Molekularbiologie und Biochemie – Wissenschaften, die Lebewesen auf der Ebene einzelner Moleküle und nicht anhand ihres Aussehens untersuchen den Organismus oder die relative Lage seiner inneren Organe. Schließlich wurde erst vor kurzem (in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts) ein Wissensgebiet wie Strukturbiologie- eine Wissenschaft, die Prozesse in lebenden Organismen auf der Ebene der Veränderung untersucht räumliche Struktur einzelne Makromoleküle. Im Wesentlichen ist die Strukturbiologie die Schnittstelle zwischen drei verschiedenen Wissenschaften. Erstens ist dies die Biologie, weil die Wissenschaft lebende Objekte untersucht, zweitens die Physik, da das breiteste Arsenal physikalischer experimenteller Methoden verwendet wird, und drittens die Chemie, da die Veränderung der Struktur von Molekülen Gegenstand dieser besonderen Disziplin ist.

Die Strukturbiologie untersucht zwei Hauptklassen von Verbindungen – Proteine ​​(der wichtigste „Arbeitskörper“ aller bekannten Organismen) und Nukleinsäuren (die wichtigsten „Informationsmoleküle“). Der Strukturbiologie ist es zu verdanken, dass wir wissen, dass DNA eine Doppelhelixstruktur hat, dass tRNA als alter Buchstabe „L“ dargestellt werden sollte und dass das Ribosom eine große und eine kleine Untereinheit aus Proteinen und RNA in einer bestimmten Konformation hat.

Globales Ziel Strukturbiologie besteht wie jede andere Wissenschaft darin, „zu verstehen, wie alles funktioniert“. In welcher Form ist die Kette des Proteins, das die Zellteilung bewirkt, gefaltet, wie verändert sich die Verpackung des Enzyms während des chemischen Prozesses, den es durchführt, an welchen Stellen interagieren Wachstumshormon und sein Rezeptor – das sind die Fragen, die hier gestellt werden Antworten der Wissenschaft. Darüber hinaus besteht ein weiteres Ziel darin, eine solche Datenmenge anzusammeln, dass diese Fragen (an einem noch unerforschten Objekt) am Computer beantwortet werden können, ohne auf ein teures Experiment zurückgreifen zu müssen.

Sie müssen beispielsweise verstehen, wie das Biolumineszenzsystem in Würmern oder Pilzen funktioniert – sie haben das Genom entschlüsselt, anhand dieser Daten das gewünschte Protein gefunden und seine räumliche Struktur sowie den Funktionsmechanismus vorhergesagt. Es ist jedoch anzuerkennen, dass solche Methoden bisher erst in den Kinderschuhen stecken und es immer noch unmöglich ist, die Struktur eines Proteins, das nur über sein Gen verfügt, genau vorherzusagen. Andererseits haben die Ergebnisse der Strukturbiologie auch in der Medizin Anwendung. Viele Forscher hoffen, dass das Wissen über die Struktur von Biomolekülen und die Mechanismen ihrer Arbeit die Entwicklung neuer Medikamente auf rationaler Basis und nicht durch Versuch und Irrtum (streng genommen Hochdurchsatz-Screening) ermöglichen wird, wie es meistens üblich ist Jetzt. Und das ist keine Science-Fiction: Es gibt bereits viele Medikamente, die mithilfe der Strukturbiologie entwickelt oder optimiert wurden.

Geschichte der Strukturbiologie

Die Geschichte der Strukturbiologie (Abb. 1) ist recht kurz und beginnt in den frühen 1950er Jahren, als James Watson und Francis Crick auf der Grundlage von Daten von Rosalind Franklin über Röntgenbeugung an DNA-Kristallen ein Modell der heute gut bekannten Strukturbiologie zusammenstellten. bekannte Doppelhelix aus einem Vintage-Baukasten. Etwas früher konstruierte Linus Pauling das erste plausible Modell der -Helix, einem der Grundelemente der Sekundärstruktur von Proteinen (Abb. 2).

Fünf Jahre später, 1958, wurde die weltweit erste Proteinstruktur bestimmt – Myoglobin (Muskelfaserprotein) des Pottwals (Abb. 3). Natürlich sah es nicht so schön aus wie moderne Bauwerke, aber es war ein bedeutender Meilenstein in der Entwicklung der modernen Wissenschaft.

Abbildung 3b. Die erste räumliche Struktur eines Proteinmoleküls. John Kendrew und Max Perutz demonstrieren die räumliche Struktur von Myoglobin, zusammengesetzt aus einem speziellen Baukasten.

Zehn Jahre später, 1984–1985, wurden die ersten Strukturen mittels Kernspinresonanzspektroskopie bestimmt. Seitdem wurden mehrere wichtige Entdeckungen gemacht: 1985 wurde die Struktur des ersten Komplexes eines Enzyms mit seinem Inhibitor erhalten, 1994 die Struktur der ATP-Synthase, der wichtigsten „Maschine“ der Kraftwerke unserer Zellen ( Mitochondrien) wurde bestimmt und bereits im Jahr 2000 wurde die erste räumliche Struktur „Fabriken“ von Proteinen – Ribosomen, bestehend aus Proteinen und RNA – erhalten (Abb. 6). Im 21. Jahrhundert hat die Entwicklung der Strukturbiologie sprunghafte Fortschritte gemacht, begleitet von einem explosionsartigen Wachstum der Zahl räumlicher Strukturen. Die Strukturen vieler Proteinklassen wurden ermittelt: Hormon- und Zytokinrezeptoren, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Toll-like-Rezeptoren, Proteine ​​des Immunsystems und viele andere.

Mit dem Aufkommen neuer Kryoelektronenmikroskopie-Bildgebungs- und Bildgebungstechnologien in den 2010er Jahren sind viele komplexe hochauflösende Strukturen von Membranproteinen entstanden. Der Fortschritt der Strukturbiologie ist nicht unbemerkt geblieben: 14 Nobelpreise wurden für Entdeckungen auf diesem Gebiet verliehen, fünf davon im 21. Jahrhundert.

Methoden der Strukturbiologie

Die Forschung auf dem Gebiet der Strukturbiologie erfolgt mit mehreren physikalischen Methoden, von denen nur drei es ermöglichen, die räumlichen Strukturen von Biomolekülen mit atomarer Auflösung zu erhalten. Strukturbiologische Methoden basieren auf der Messung der Wechselwirkung des untersuchten Stoffes mit verschiedenen Arten elektromagnetischer Wellen oder Elementarteilchen. Alle Methoden erfordern erhebliche finanzielle Ressourcen – die Kosten für die Ausrüstung sind oft erstaunlich.

Historisch gesehen ist die Röntgenbeugungsanalyse (XRD) die erste Methode der Strukturbiologie (Abb. 7). Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde entdeckt, dass man mithilfe des Röntgenbeugungsmusters an Kristallen deren Eigenschaften untersuchen kann – die Art der Zellsymmetrie, die Länge der Bindungen zwischen Atomen usw. Wenn organische Verbindungen vorhanden sind Kristallgitterzellen können dann die Koordinaten der Atome und damit die chemische und räumliche Struktur dieser Moleküle berechnet werden. Genau auf diese Weise wurde 1949 die Struktur von Penicillin und 1953 die Struktur der DNA-Doppelhelix erhalten.

Es scheint, dass alles einfach ist, aber es gibt Nuancen.

Zuerst müssen Sie irgendwie Kristalle erhalten, und ihre Größe muss groß genug sein (Abb. 8). Während dies für nicht sehr komplexe Moleküle möglich ist (denken Sie daran, wie Kochsalz oder Kupfersulfat kristallisieren!), ist die Proteinkristallisation eine komplexe Aufgabe, die ein nicht offensichtliches Verfahren zum Finden optimaler Bedingungen erfordert. Dies geschieht nun mit Hilfe spezieller Roboter, die Hunderte verschiedener Lösungen auf der Suche nach „gekeimten“ Proteinkristallen vorbereiten und überwachen. In den Anfängen der Kristallographie konnte die Gewinnung eines Proteinkristalls jedoch Jahre voller wertvoller Zeit in Anspruch nehmen.

Zweitens muss anhand der gewonnenen Daten („rohe“ Beugungsmuster; Abb. 8) die Struktur „berechnet“ werden. Heutzutage ist das auch eine Routineaufgabe, aber vor 60 Jahren, im Zeitalter von Lampentechnik und Lochkarten, war es alles andere als einfach.

Drittens ist es, selbst wenn es möglich wäre, einen Kristall zu züchten, keineswegs notwendig, dass die räumliche Struktur des Proteins bestimmt wird: Dazu muss das Protein an allen Gitterplätzen die gleiche Struktur haben, was nicht immer der Fall ist .

Und viertens ist Kristall weit vom natürlichen Zustand von Protein entfernt. Das Studium von Proteinen in Kristallen ist so, als würde man Menschen untersuchen, indem man zehn davon in einer kleinen, verrauchten Küche zusammenpfercht: Man kann herausfinden, dass Menschen Arme, Beine und einen Kopf haben, aber ihr Verhalten ist möglicherweise nicht genau das gleiche wie in einer angenehmen Umgebung. Allerdings ist die Röntgenbeugung die gebräuchlichste Methode zur Bestimmung räumlicher Strukturen und 90 % des PDB-Gehalts werden mit dieser Methode gewonnen.

SAR erfordert leistungsstarke Röntgenquellen – Elektronenbeschleuniger oder Freie-Elektronen-Laser (Abb. 9). Solche Quellen sind teuer – mehrere Milliarden US-Dollar –, aber normalerweise wird eine einzelne Quelle von Hunderten oder sogar Tausenden von Gruppen auf der ganzen Welt gegen eine relativ geringe Gebühr genutzt. In unserem Land gibt es keine leistungsstarken Quellen, daher reisen die meisten Wissenschaftler aus Russland in die USA oder nach Europa, um die resultierenden Kristalle zu analysieren. Mehr über diese romantischen Studien können Sie im Artikel „ Labor für fortgeschrittene Forschung an Membranproteinen: Vom Gen zum Angström» .

Wie bereits erwähnt, erfordert die Röntgenbeugungsanalyse eine leistungsstarke Röntgenstrahlungsquelle. Je leistungsfähiger die Quelle, desto kleiner können die Kristalle sein und desto weniger Schmerzen müssen Biologen und Gentechniker ertragen, wenn sie versuchen, an die unglücklichen Kristalle zu gelangen. Röntgenstrahlung lässt sich am einfachsten durch die Beschleunigung eines Elektronenstrahls in Synchrotrons oder Zyklotrons – riesigen Ringbeschleunigern – erzeugen. Wenn ein Elektron eine Beschleunigung erfährt, sendet es elektromagnetische Wellen im gewünschten Frequenzbereich aus. Vor kurzem sind neue Strahlungsquellen mit ultrahoher Leistung aufgetaucht – Freie-Elektronen-Laser (XFEL).

Das Funktionsprinzip des Lasers ist recht einfach (Abb. 9). Zunächst werden Elektronen mit supraleitenden Magneten auf hohe Energien beschleunigt (Beschleunigerlänge 1–2 km) und durchlaufen dann sogenannte Undulatoren – Magnetsätze unterschiedlicher Polarität.

Abbildung 9. Funktionsprinzip eines Freie-Elektronen-Lasers. Der Elektronenstrahl wird beschleunigt, durchläuft den Undulator und emittiert Gammastrahlen, die auf biologische Proben fallen.

Beim Durchgang durch den Undulator beginnen Elektronen periodisch von der Strahlrichtung abzuweichen, erfahren eine Beschleunigung und emittieren Röntgenstrahlung. Da sich alle Elektronen auf die gleiche Weise bewegen, wird die Strahlung dadurch verstärkt, dass andere Elektronen im Strahl beginnen, Röntgenwellen derselben Frequenz zu absorbieren und wieder auszusenden. Alle Elektronen emittieren synchron Strahlung in Form eines extrem starken und sehr kurzen Blitzes (Dauer weniger als 100 Femtosekunden). Die Leistung des Röntgenstrahls ist so hoch, dass ein kurzer Blitz einen kleinen Kristall in Plasma verwandelt (Abb. 10), aber in diesen wenigen Femtosekunden, während der Kristall intakt ist, können aufgrund der hohen Intensität Bilder von höchster Qualität erhalten werden und Kohärenz des Strahls. Die Kosten für einen solchen Laser betragen 1,5 Milliarden US-Dollar, und es gibt weltweit nur vier solcher Installationen (in den USA (Abb. 11), Japan, Korea und der Schweiz). Im Jahr 2017 ist die Inbetriebnahme des fünften – europäischen – Lasers geplant, an dessen Bau auch Russland beteiligt war.

Abbildung 10. Umwandlung von Proteinen in Plasma in 50 fs unter dem Einfluss eines Freie-Elektronen-Laserpulses. Femtosekunde = 1/1000000000000000stel Sekunde.

Mittels NMR-Spektroskopie wurden etwa 10 % der räumlichen Strukturen im PDB bestimmt. In Russland gibt es mehrere äußerst leistungsstarke und empfindliche NMR-Spektrometer, die erstklassige Arbeit leisten. Das größte NMR-Labor nicht nur in Russland, sondern im gesamten Raum östlich von Prag und westlich von Seoul befindet sich am Institut für Bioorganische Chemie der Russischen Akademie der Wissenschaften (Moskau).

Das NMR-Spektrometer ist ein wunderbares Beispiel für den Triumph der Technologie über die Intelligenz. Wie bereits erwähnt, ist für die Verwendung der NMR-Spektroskopiemethode ein starkes Magnetfeld erforderlich. Das Herzstück des Geräts ist daher ein supraleitender Magnet – eine Spule aus einer speziellen Legierung, die in flüssiges Helium (−269 °C) getaucht ist. Um Supraleitung zu erreichen, wird flüssiges Helium benötigt. Um zu verhindern, dass Helium verdampft, wird darum herum ein riesiger Tank mit flüssigem Stickstoff (−196 °C) gebaut. Obwohl es sich um einen Elektromagneten handelt, verbraucht er keinen Strom: Die supraleitende Spule hat keinen Widerstand. Allerdings muss der Magnet ständig mit flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff „gespeist“ werden (Abb. 15). Wenn Sie nicht den Überblick behalten, kommt es zu einem „Quench“: Die Spule erhitzt sich, das Helium verdampft explosionsartig und das Gerät geht kaputt ( cm. Video). Wichtig ist auch, dass das Feld in der 5 cm langen Probe äußerst gleichmäßig ist, daher enthält das Gerät ein paar Dutzend kleine Magnete, die zur Feinabstimmung des Magnetfelds benötigt werden.

Video. Geplanter Löschvorgang des 21,14-Tesla-NMR-Spektrometers.

Um Messungen durchzuführen, benötigen Sie einen Sensor – eine spezielle Spule, die sowohl elektromagnetische Strahlung erzeugt als auch das „umgekehrte“ Signal registriert – die Schwingung des magnetischen Moments der Probe. Um die Empfindlichkeit um das Zwei- bis Vierfache zu erhöhen, wird der Sensor auf eine Temperatur von −200 °C gekühlt, wodurch thermisches Rauschen eliminiert wird. Dazu bauen sie eine spezielle Maschine – eine Kryoplattform, die Helium auf die erforderliche Temperatur abkühlt und es neben den Detektor pumpt.

Es gibt eine ganze Gruppe von Methoden, die auf dem Phänomen der Lichtstreuung, Röntgenstrahlung oder eines Neutronenstrahls beruhen. Diese Methoden basieren auf der Intensität der Strahlung/Partikelstreuung unter verschiedenen Winkeln und ermöglichen die Bestimmung der Größe und Form von Molekülen in einer Lösung (Abb. 16). Die Streuung kann nicht die Struktur eines Moleküls bestimmen, sie kann jedoch als Hilfsmittel für eine andere Methode, beispielsweise die NMR-Spektroskopie, verwendet werden. Instrumente zur Messung der Lichtstreuung sind relativ günstig und kosten „nur“ etwa 100.000 US-Dollar, während andere Methoden einen Teilchenbeschleuniger erfordern, der einen Neutronenstrahl oder einen starken Röntgenstrahl erzeugen kann.

Eine andere Methode, mit der die Struktur nicht bestimmt werden kann, aber einige wichtige Daten erhalten werden können, ist resonanter Fluoreszenzenergietransfer(BUND). Die Methode nutzt das Phänomen der Fluoreszenz – die Fähigkeit einiger Substanzen, Licht einer Wellenlänge zu absorbieren und gleichzeitig Licht einer anderen Wellenlänge zu emittieren. Sie können ein Paar von Verbindungen auswählen, bei denen das während der Fluoreszenz emittierte Licht für eine davon (Donor) der charakteristischen Absorptionswellenlänge der zweiten (Akzeptor) entspricht. Bestrahlen Sie den Donor mit einem Laser der erforderlichen Wellenlänge und messen Sie die Fluoreszenz des Akzeptors. Der FRET-Effekt hängt vom Abstand zwischen Molekülen ab. Wenn Sie also einen Fluoreszenzdonor und -akzeptor in die Moleküle zweier Proteine ​​oder in verschiedene Domänen (Struktureinheiten) desselben Proteins einführen, können Sie Wechselwirkungen zwischen Proteinen oder die relativen Positionen von Domänen darin untersuchen ein Protein. Da die Registrierung mithilfe eines optischen Mikroskops erfolgt, handelt es sich bei FRET um eine kostengünstige, wenn auch wenig aussagekräftige Methode, deren Einsatz mit Schwierigkeiten bei der Interpretation der Daten verbunden ist.

Abschließend können wir nicht umhin, die „Traummethode“ der Strukturbiologen zu erwähnen – die Computermodellierung (Abb. 17). Die Idee der Methode besteht darin, moderne Erkenntnisse über die Struktur und Verhaltensgesetze von Molekülen zu nutzen, um das Verhalten eines Proteins in einem Computermodell zu simulieren. Mit der Methode der Molekulardynamik können Sie beispielsweise die Bewegungen eines Moleküls oder den Prozess des „Zusammenbaus“ eines Proteins (Faltung) in Echtzeit mit einem „Aber“ überwachen: Die maximal berechenbare Zeit überschreitet 1 ms nicht , was extrem kurz ist, aber gleichzeitig enorme Rechenressourcen erfordert (Abb. 18). Es ist möglich, das Verhalten des Systems über einen längeren Zeitraum zu untersuchen, allerdings geht dies mit einem inakzeptablen Genauigkeitsverlust einher.

Computermodellierung wird aktiv zur Analyse der räumlichen Strukturen von Proteinen eingesetzt. Mittels Docking suchen sie nach potenziellen Medikamenten, die eine hohe Neigung zur Interaktion mit dem Zielprotein haben. Derzeit ist die Genauigkeit der Vorhersagen noch gering, doch das Andocken kann das Spektrum potenzieller Wirkstoffe, die für die Entwicklung eines neuen Medikaments getestet werden müssen, deutlich einschränken.

Das Hauptfeld der praktischen Anwendung der Ergebnisse der Strukturbiologie ist die Entwicklung von Arzneimitteln oder, wie es heute in Mode ist, das Drag-Design. Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Medikament auf der Grundlage von Strukturdaten zu entwickeln: Sie können von einem Liganden oder von einem Zielprotein ausgehen. Wenn bereits mehrere Medikamente bekannt sind, die auf das Zielprotein wirken, und die Strukturen von Protein-Wirkstoff-Komplexen erhalten wurden, kann man ein Modell des „idealen Arzneimittels“ entsprechend den Eigenschaften der Bindungstasche auf der Oberfläche des Zielproteins erstellen Proteinmolekül, identifizieren Sie die notwendigen Merkmale des potenziellen Arzneimittels und suchen Sie unter allen bekannten natürlichen und weniger bekannten Verbindungen. Es ist sogar möglich, Beziehungen zwischen den strukturellen Eigenschaften eines Arzneimittels und seiner Aktivität herzustellen. Wenn ein Molekül beispielsweise oben eine Schleife hat, ist seine Aktivität höher als die eines Moleküls ohne Schleife. Und je stärker der Bogen aufgeladen ist, desto besser wirkt die Medizin. Das bedeutet, dass Sie von allen bekannten Molekülen die Verbindung mit der größten Ladungsbeugung finden müssen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Struktur des Ziels zu nutzen, um auf einem Computer nach Verbindungen zu suchen, die potenziell in der Lage sind, an der richtigen Stelle mit dem Ziel zu interagieren. In diesem Fall wird üblicherweise eine Bibliothek von Fragmenten – kleinen Stoffstücken – verwendet. Wenn Sie mehrere gute Fragmente finden, die an verschiedenen Orten, aber nahe beieinander, mit dem Ziel interagieren, können Sie aus den Fragmenten ein Medikament herstellen, indem Sie sie „zusammennähen“. Es gibt viele Beispiele für eine erfolgreiche Arzneimittelentwicklung mithilfe der Strukturbiologie. Der erste erfolgreiche Fall datiert aus dem Jahr 1995: Damals wurde Dorzolamid, ein Medikament gegen Glaukom, zur Anwendung zugelassen.

Der allgemeine Trend in der biologischen Forschung geht zunehmend hin zu nicht nur qualitativen, sondern auch quantitativen Beschreibungen der Natur. Ein Paradebeispiel dafür ist die Strukturbiologie. Und es gibt allen Grund zu der Annahme, dass davon weiterhin nicht nur die Grundlagenwissenschaft, sondern auch die Medizin und die Biotechnologie profitieren werden.

Kalender

Basierend auf den Artikeln des Sonderprojekts haben wir beschlossen, einen Kalender „12 Methoden der Biologie“ für 2019 zu erstellen. Dieser Artikel repräsentiert den März.

Literatur

1. Biolumineszenz: Wiedergeburt;
2. Der Siegeszug der Computermethoden: Vorhersage der Proteinstruktur;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).

Biologie- Wissenschaft der belebten Natur.

Die Biologie untersucht die Vielfalt der Lebewesen, den Aufbau ihres Körpers und die Funktionsweise ihrer Organe, die Fortpflanzung und Entwicklung von Organismen sowie den Einfluss des Menschen auf die belebte Natur.

Der Name dieser Wissenschaft kommt von zwei griechischen Wörtern: „ BIOS" - "Leben und " Logo„-„Wissenschaft, Wort.“

Einer der Begründer der Wissenschaft der lebenden Organismen war der große antike griechische Wissenschaftler (384 - 322 v. Chr.). Er war der erste, der das biologische Wissen verallgemeinerte, das die Menschheit vor ihm erworben hatte. Der Wissenschaftler schlug die erste Klassifizierung von Tieren vor, indem er lebende Organismen mit ähnlicher Struktur zu Gruppen zusammenfasste und darin einen Platz für den Menschen festlegte.

In der Folge leisteten viele Wissenschaftler, die verschiedene Arten lebender Organismen auf unserem Planeten untersuchten, Beiträge zur Entwicklung der Biologie.

Familie der Biowissenschaften

Biologie ist die Wissenschaft der Natur. Das Forschungsgebiet der Biologen ist riesig: Es umfasst verschiedene Mikroorganismen, Pflanzen, Pilze, Tiere (einschließlich des Menschen), den Aufbau und die Funktionsweise von Organismen usw.

Auf diese Weise, Biologie ist nicht nur eine Wissenschaft, sondern eine ganze Familie, die aus vielen einzelnen Wissenschaften besteht.

Erkunden Sie das interaktive Diagramm über die Familie der Biowissenschaften und finden Sie heraus, was die verschiedenen Zweige der Biologie studieren.

Anatomie- die Wissenschaft von der Form und Struktur einzelner Organe, Systeme und des Körpers als Ganzes.

Physiologie- die Wissenschaft von den lebenswichtigen Funktionen von Organismen, ihren Systemen, Organen und Geweben sowie den im Körper ablaufenden Prozessen.

Zytologie- die Wissenschaft vom Aufbau und der Funktionsweise von Zellen.

Zoologie - die Wissenschaft, die Tiere untersucht.

Abschnitte der Zoologie:

• Entomologie ist die Wissenschaft der Insekten.

Es gibt mehrere Abschnitte: Koleopterologie (Käferstudien), Lepidopterologie (Schmetterlingsstudien), Myrmekologie (Ameisenstudien).

• Ichthyologie ist die Wissenschaft vom Fisch.
• Ornithologie ist die Wissenschaft der Vögel.
• Theriologie ist die Wissenschaft der Säugetiere.

Botanik - die Wissenschaft, die Pflanzen untersucht.

Pilzkunde- die Wissenschaft, die Pilze erforscht.

Protistologie - die Wissenschaft, die Protozoen untersucht.

Virologie - die Wissenschaft, die Viren untersucht.

Bakteriologie - die Wissenschaft, die Bakterien untersucht.

Die Bedeutung der Biologie

Die Biologie ist eng mit vielen Aspekten der praktischen Tätigkeit des Menschen verbunden – Landwirtschaft, verschiedene Industrien, Medizin.

Die erfolgreiche Entwicklung der Landwirtschaft hängt heute weitgehend von Biologen und Züchtern ab, die sich mit der Verbesserung bestehender und der Schaffung neuer Sorten von Kulturpflanzen und Haustierrassen befassen.

Dank der Errungenschaften der Biologie wurde die mikrobiologische Industrie geschaffen und entwickelt sich erfolgreich. Beispielsweise erhalten Menschen Kefir, Joghurt, Joghurt, Käse, Kwas und viele andere Produkte dank der Aktivität bestimmter Arten von Pilzen und Bakterien. Mithilfe moderner Biotechnologien produzieren Unternehmen Medikamente, Vitamine, Futtermittelzusatzstoffe, Pflanzenschutzmittel gegen Schädlinge und Krankheiten, Düngemittel und vieles mehr.

Die Kenntnis der Gesetze der Biologie hilft bei der Behandlung und Vorbeugung menschlicher Krankheiten.

Jedes Jahr verbrauchen die Menschen immer mehr natürliche Ressourcen. Leistungsstarke Technologie verändert die Welt so schnell, dass es auf der Erde mittlerweile fast keinen Winkel unberührter Natur mehr gibt.

Um normale Lebensbedingungen für den Menschen aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die zerstörte natürliche Umwelt wiederherzustellen. Dies können nur Menschen leisten, die die Naturgesetze gut kennen. Kenntnisse in Biologie und Biowissenschaften Ökologie hilft uns, das Problem der Erhaltung und Verbesserung der Lebensbedingungen auf dem Planeten zu lösen.

Schließen Sie die interaktive Aufgabe ab –

Besonderheiten des biologischen Zeichnens für Mittelschüler

Biologisches Zeichnen ist eines der allgemein anerkannten Werkzeuge zur Untersuchung biologischer Objekte und Strukturen. Es gibt viele gute Techniken, die dieses Problem angehen.

Beispielsweise werden in dem dreibändigen Buch „Biology“ von Green, Stout und Taylor die folgenden Regeln des biologischen Zeichnens formuliert.

1. Es ist notwendig, Zeichenpapier geeigneter Dicke und Qualität zu verwenden. Bleistiftlinien sollten sich leicht entfernen lassen.

2. Bleistifte müssen scharf sein, Härte HB (in unserem System - TM), nicht gefärbt.

3. Die Zeichnung sollte sein:

– groß genug – je mehr Elemente das Untersuchungsobjekt bilden, desto größer sollte die Zeichnung sein;
– einfach – enthalten Sie Umrisse der Struktur und andere wichtige Details, um die Position und Beziehung einzelner Elemente zu zeigen;
– mit dünnen und deutlichen Linien gezeichnet – jede Linie muss durchdacht und dann gezeichnet werden, ohne den Bleistift vom Papier abzuheben; nicht schraffieren oder bemalen;
– Die Inschriften sollten möglichst vollständig sein, die von ihnen ausgehenden Linien sollten sich nicht überschneiden; Lassen Sie rund um die Zeichnung Platz für Unterschriften.

4. Erstellen Sie bei Bedarf zwei Zeichnungen: eine schematische Zeichnung mit den Hauptmerkmalen und eine detaillierte Zeichnung der Kleinteile. Zeichnen Sie beispielsweise bei geringer Vergrößerung einen Plan des Querschnitts einer Pflanze und bei hoher Vergrößerung eine detaillierte Zellstruktur (der große gezeichnete Teil der Zeichnung wird auf dem Plan mit einem Keil oder Quadrat umrandet).

5. Sie sollten nur das zeichnen, was Sie wirklich sehen, und nicht das, was Sie zu sehen glauben, und natürlich keine Zeichnung aus einem Buch kopieren.

6. Jede Zeichnung muss einen Titel, einen Hinweis auf die Vergrößerung und die Projektion des Musters haben.

Eine Seite aus dem Buch „Einführung in die Zoologie“ (deutsche Ausgabe des späten 19. Jahrhunderts)

Auf den ersten Blick ist es ganz einfach und wirft keine Einwände auf. Allerdings mussten wir einige Thesen überdenken. Tatsache ist, dass die Autoren solcher Handbücher die Besonderheiten des biologischen Zeichnens bereits auf der Ebene eines Instituts oder der Oberstufen von Sonderschulen berücksichtigen; ihre Empfehlungen richten sich an eher erwachsene Menschen mit einer (bereits) analytischen Denkweise. In der mittleren (6.–8.) Klasse – sowohl der normalen als auch der biologischen – sind die Dinge nicht so einfach.

Sehr oft werden Laborskizzen zur gegenseitigen „Qual“. Hässliche und unverständliche Zeichnungen gefallen weder den Kindern selbst – sie können einfach noch nicht zeichnen – noch dem Lehrer – denn die Details der Struktur, mit denen alles begann, werden von den meisten Kindern sehr oft übersehen. Nur künstlerisch begabte Kinder meistern solche Aufgaben gut (und fangen nicht an, sie zu hassen!). Kurz gesagt, das Problem besteht darin, dass es Einrichtungen gibt, aber keine angemessene Technologie. Kunstlehrer stehen übrigens manchmal vor dem gegenteiligen Problem: Sie verfügen über die Technik und es ist schwierig, Objekte auszuwählen. Vielleicht sollten wir uns vereinen?

In der 57. Moskauer Schule, an der ich arbeite, gibt es schon seit längerem einen integrierten Kurs für biologisches Zeichnen in der Mittelstufe, der sich weiterentwickelt, in dem Biologie- und Zeichenlehrer paarweise arbeiten. Wir haben viele interessante Projekte entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden wiederholt in Moskauer Museen ausgestellt – der Zoologischen Moskauer Staatlichen Universität, der Paläontologischen Universität, dem Darwin-Museum und auf verschiedenen Festivals der Kinderkreativität. Aber die Hauptsache ist, dass normale Kinder, die weder für den Kunst- noch für den Biologieunterricht ausgewählt wurden, diese Projektaufgaben mit Freude erledigen, stolz auf ihre eigenen Werke sind und, wie es uns scheint, beginnen, viel genauer in die lebendige Welt zu blicken und nachdenklich. Natürlich bietet nicht jede Schule die Möglichkeit, dass Biologie- und Kunstlehrer zusammenarbeiten, aber einige unserer Erkenntnisse werden wahrscheinlich interessant und nützlich sein, selbst wenn Sie nur im Rahmen des Biologieprogramms arbeiten.

Motivation: Emotionen stehen an erster Stelle

Natürlich zeichnen wir, um die Strukturmerkmale besser zu studieren und zu verstehen und uns mit der Vielfalt der Organismen vertraut zu machen, die wir im Unterricht studieren. Aber egal welche Aufgabe Sie stellen, denken Sie daran, dass es für Kinder in diesem Alter sehr wichtig ist, vor Beginn der Arbeit emotional von der Schönheit und Zweckmäßigkeit des Objekts fasziniert zu sein. Wir versuchen, die Arbeit an einem neuen Projekt mit guten Eindrücken zu beginnen. Der beste Weg hierfür ist entweder ein kurzes Videofragment oder eine kleine (nicht mehr als 7-10!) Auswahl an Folien. Unsere Kommentare zielen auf die Ungewöhnlichkeit, Schönheit und Erstaunlichkeit von Objekten ab, auch wenn es sich um etwas Gewöhnliches handelt: Zum Beispiel Wintersilhouetten von Bäumen beim Studium der Verzweigung von Trieben – sie können entweder frostig sein und an Korallen erinnern, oder betont grafisch – schwarz auf weißem Schnee. Diese Einführung muss nicht lang sein – nur ein paar Minuten, ist aber für die Motivation sehr wichtig.

Arbeitsfortschritt: analytische Konstruktion

Anschließend fahren Sie mit der Aufgabenanweisung fort. Dabei ist es wichtig, zunächst jene Strukturmerkmale hervorzuheben, die das Aussehen eines Objekts bestimmen und deren biologische Bedeutung aufzeigen. Das alles muss natürlich an der Tafel notiert und in einem Notizbuch notiert werden. Eigentlich stellen Sie den Schülern jetzt eine Arbeitsaufgabe – zu sehen und anzuzeigen.

Und dann beschreiben Sie in der zweiten Hälfte der Tafel die Schritte zur Erstellung der Zeichnung und ergänzen diese durch Diagramme, d.h. skizzieren Sie die Methodik und Reihenfolge der Arbeit. Im Wesentlichen erledigen Sie selbst die Aufgabe schnell vor den Augen der Kinder und behalten dabei die gesamte Reihe der Hilfs- und Zwischenkonstruktionen auf der Tafel.

In dieser Phase ist es sehr gut, den Kindern fertige Zeichnungen zu zeigen, entweder von Künstlern, die die gleichen Objekte dargestellt haben, oder erfolgreiche Werke früherer Schüler. Es muss immer wieder betont werden, dass eine gute und schöne biologische Zeichnung im Wesentlichen eine Forschung ist – d. h. Beantworten Sie die Frage, wie das Objekt funktioniert, und bringen Sie den Kindern im Laufe der Zeit bei, diese Fragen selbst zu formulieren.

Proportionen, Hilfslinien, Detaillierung, Leitfragen

Eine Zeichnung konstruieren – und das Objekt studieren! – Sie beginnen damit, die Proportionen herauszufinden: das Verhältnis von Länge zu Breite, Teile zum Ganzen, wobei Sie darauf achten, das Format der Zeichnung recht streng festzulegen. Es ist das Format, das automatisch den Detaillierungsgrad bestimmt: Bei einem kleinen Format gehen viele Details verloren, bei einem großen Format ist eine Sättigung mit Details und damit mehr Zeit zum Arbeiten erforderlich. Überlegen Sie sich vorab, was Ihnen im Einzelfall wichtiger ist.

1) Zeichnen Sie die Symmetrieachse;

2) Bauen Sie zwei Paare symmetrischer Rechtecke – für die oberen und unteren Flügel (z. B. eine Libelle), und bestimmen Sie zunächst deren Proportionen;

3) Passen Sie die geschwungenen Linien der Flügel in diese Rechtecke ein

Reis. 1. 7. Klasse. Thema: „Insektenordnungen“. Tinte, Feder auf Bleistift, aus Satin

(Ich erinnere mich an eine lustige, traurige und gewöhnliche Geschichte, die passierte, als ich diese Arbeit zum ersten Mal machte. Ein Siebtklässler verstand das Wort „passen“ zunächst als einfach „hineinpassen“ und zeichnete krumme Kreise in die Rechtecke – alle vier unterschiedlich! Dann, nach meinem Hinweis, was man einfügen soll – das Berühren der Hilfslinien, brachte er einen Schmetterling mit rechteckigen Flügeln, nur an den Ecken leicht geglättet. Und erst dann dachte ich daran, ihm zu erklären, dass die eingeschriebene Kurve jede Seite des berührt Rechteck nur an einer Stelle. Und wir mussten die Zeichnung noch einmal wiederholen...)

4) ... Dieser Punkt kann in der Mitte der Seite oder im Abstand von einem Drittel von der Ecke liegen und muss ebenfalls ermittelt werden!

Aber wie glücklich war er, als seine Zeichnung zum ersten Mal in die Schulausstellung kam – es funktionierte! Und jetzt erkläre ich mit ihm alle Phasen unserer Qual in der Beschreibung des „Fortschritts der Arbeit“.

Eine weitere Detaillierung der Zeichnung führt uns zu einer Diskussion der biologischen Bedeutung vieler Merkmale des Objekts. In Fortsetzung des Beispiels mit Insektenflügeln (Abb. 2) diskutieren wir, was Adern sind, wie sie strukturiert sind, warum sie notwendigerweise zu einem einzigen Netzwerk verschmelzen und wie sich die Art der Adern bei Insekten verschiedener systematischer Gruppen unterscheidet (z. B. in der Antike). und neue geflügelte Insekten), warum die Ader der Vorderflügel extrem verdickt ist usw. Und versuchen Sie, die meisten Ihrer Anweisungen in Form von Fragen zu geben, auf die Kinder Antworten finden müssen.

Reis. 2. „Libelle und Ameisenlöwe.“ 7. Klasse, Thema „Insektenordnungen“. Tinte, Feder auf Bleistift, aus Satin

Versuchen Sie übrigens, mehr Objekte des gleichen Typs auszuwählen, damit die Kinder die Möglichkeit haben, auszuwählen. Am Ende der Arbeit wird die Klasse die biologische Vielfalt der Gruppe und wichtige gemeinsame Strukturmerkmale erkennen und schließlich werden die unterschiedlichen zeichnerischen Fähigkeiten der Kinder nicht so wichtig sein.

Leider steht dem Schullehrer nicht immer eine ausreichende Anzahl unterschiedlicher Gegenstände einer Gruppe zur Verfügung. Unsere Erfahrung kann Ihnen nützlich sein: Beim Studium in einer Gruppe fertigen wir zunächst eine Frontalzeichnung eines leicht zugänglichen Objekts aus dem Leben an, und dann einzeln – Zeichnungen verschiedener Objekte anhand von Fotografien oder sogar anhand von Zeichnungen professioneller Künstler.

Reis. 3. Garnelen. 7. Klasse, Thema „Krebstiere“. Bleistift, aus dem Leben

Zum Beispiel zeichnen wir alle im Thema „Krebstiere“ in der Laborarbeit „Äußere Struktur eines Krebstiers“ zunächst Garnelen (anstelle von Krebsen), die wir gefroren in einem Lebensmittelgeschäft gekauft haben (Abb. 3), und schauen uns dann ein kurzes Video an Clip, zeichnen Sie individuell verschiedene planktonische Krebstierlarven (Abb. 4), dargestellt in „Leben der Tiere“: auf großen (A3) Blättern, getönt mit Wasserfarben in kühlen Grau-, Blau- und Grüntönen; Kreide oder weiße Gouache, feine Details mit Tinte und Stift ausarbeiten. (Um zu erklären, wie man die Transparenz planktonischer Krebstiere vermitteln kann, können wir das einfachste Modell anbieten – ein Glasgefäß mit einem darin platzierten Gegenstand.)

Reis. 4. Plankton. 7. Klasse, Thema „Krebstiere“. Getöntes Papier (A3-Format), Kreide oder weiße Gouache, schwarze Tinte, aus Satin

In der 8. Klasse zeichnen wir beim Studium von Fischen in der Laborarbeit „Äußere Struktur von Knochenfischen“ zunächst eine gewöhnliche Plötze, und dann zeichnen die Kinder mit Aquarellfarben Vertreter verschiedener Fischordnungen aus den prächtigen Farbtabellen „Kommerzielle Fische“. “, die wir in der Schule haben.

Reis. 5. Skelett eines Frosches. 8. Klasse, Thema „Amphibien“. Bleistift, mit pädagogischer Vorbereitung

Bei der Untersuchung von Amphibien zunächst die Laborarbeit „Struktur des Skeletts eines Frosches“, eine Zeichnung mit einem einfachen Bleistift (Abb. 5). Dann, nach dem Ansehen eines kurzen Videoausschnitts, eine Aquarellzeichnung verschiedener exotischer Frösche – Blattkletterer usw. (Wir haben aus Kalendern mit hochwertigen Fotos kopiert, zum Glück sind sie mittlerweile keine Seltenheit mehr.)

Bei diesem Schema werden eher langweilige Bleistiftzeichnungen desselben Objekts als normale Vorbereitungsphase für helle und individuelle Arbeiten wahrgenommen.

Ebenso wichtig: Technologie

Die Wahl der Technologie ist für den erfolgreichen Abschluss des Auftrags von großer Bedeutung. In der klassischen Version müssten Sie einen einfachen Bleistift und weißes Papier nehmen, aber... . Unsere Erfahrung zeigt, dass aus der Sicht der Kinder eine solche Zeichnung unvollendet wirkt und sie mit der Arbeit unzufrieden bleiben.

In der Zwischenzeit reicht es aus, eine Bleistiftskizze mit Tinte anzufertigen und sogar getöntes Papier zu nehmen (für Drucker verwenden wir oft farbiges Papier) – und das Ergebnis wird ganz anders wahrgenommen (Abb. 6, 7). Das Gefühl der Unvollständigkeit entsteht oft durch das Fehlen eines detaillierten Hintergrunds, und dieses Problem lässt sich am einfachsten mit Hilfe von getöntem Papier lösen. Darüber hinaus können Sie mit normaler Kreide oder einem weißen Stift fast sofort den oft benötigten Blend- oder Transparenzeffekt erzielen.

Reis. 6. Radiolarien. 7. Klasse, Thema „Das Einfachste“. Getöntes Papier (A3-Format) für Aquarellfarben (mit rauer Textur), Tusche, Pastell oder Kreide, aus Satin

Reis. 7. Biene. 7. Klasse, Thema „Insektenordnungen“. Tinte, Stift auf Bleistift, Volumen – mit Pinsel und verdünnter Tinte, feine Details mit Stift, aus Satin

Wenn es für Sie schwierig ist, die Arbeit mit Mascara zu organisieren, verwenden Sie weiche schwarze Liner oder Rollen (im schlimmsten Fall Gelstifte) – sie erzielen den gleichen Effekt (Abb. 8, 9). Stellen Sie bei dieser Technik sicher, dass Sie zeigen, wie viele Informationen Sie liefern, indem Sie Linien unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichen Drucks verwenden – sowohl um das Wichtigste hervorzuheben als auch um den Effekt von Volumen (Vorder- und Hintergrund) zu erzeugen. Sie können auch eine mäßige bis leichte Schattierung verwenden.

Reis. 8. Hafer. 6. Klasse, Thema „Vielfalt der Blütenpflanzen, Familiengetreide“. Tinte, getöntes Papier, aus Herbarium

Reis. 9. Schachtelhalm und Bärlauch. 6. Klasse, Thema „Sporentragende Pflanzen“. Tinte, weißes Papier, aus Herbarium

Darüber hinaus arbeiten wir im Gegensatz zu klassischen wissenschaftlichen Zeichnungen häufig in Farbe oder verwenden helle Farbtöne, um das Volumen anzuzeigen (Abb. 10).

Reis. 10. Ellenbogengelenk. 9. Klasse, Thema „Bewegungsapparat“. Bleistift, aus Gipshilfe

Wir haben viele Farbtechniken ausprobiert – Aquarell, Gouache, Pastell – und uns schließlich für weiche Buntstifte entschieden, aber immer für raues Papier. Wenn Sie sich entscheiden, diese Technik auszuprobieren, sollten Sie einige wichtige Dinge beachten.

1. Wählen Sie weiche, hochwertige Stifte von einem guten Unternehmen wie Kohinoor, aber geben Sie Kindern keine große Auswahl an Farben (grundlegend genug): In diesem Fall versuchen sie normalerweise, eine vorgefertigte Farbe auszuwählen Kurs schlägt fehl. Zeigen Sie, wie Sie durch Mischen von 2-3 Farben den richtigen Farbton erzielen. Dazu müssen sie mit einer Palette arbeiten – einem Blatt Papier, auf dem sie die gewünschten Kombinationen und den gewünschten Druck auswählen.

2. Raues Papier erleichtert die Verwendung schwacher und kräftiger Farben erheblich.

3. Leichte, kurze Striche sollen sozusagen die Form des Objekts modellieren: d. h. Wiederholen Sie die Hauptlinien (anstelle von Farben, die im Widerspruch zu Form und Konturen stehen).

4. Dann brauchen Sie den letzten Schliff, satt und kräftig, wenn die richtigen Farben bereits ausgewählt wurden. Oft lohnt es sich, Glanzlichter hinzuzufügen, die die Zeichnung deutlich beleben. Am einfachsten ist es, normale Kreide (auf getöntem Papier) oder einen weichen Radiergummi (auf weißem Papier) zu verwenden. Übrigens: Wenn Sie lockere Techniken – Kreide oder Pastell – verwenden, können Sie das Werk anschließend mit Haarspray fixieren.

Sobald Sie diese Technik beherrschen, können Sie sie in der Natur anwenden, wenn Sie nicht genug Zeit haben, buchstäblich „auf den Knien“ (vergessen Sie nur nicht die Tabletten – ein Stück Verpackungskarton reicht aus!).

Und natürlich veranstalten wir für den Erfolg unserer Arbeit auf jeden Fall Ausstellungen – mal im Klassenzimmer, mal auf den Fluren der Schule. Nicht selten finden zeitgleich mit der Ausstellung Kinderberichte zum gleichen Thema statt – sowohl mündlich als auch schriftlich. Insgesamt hinterlässt ein solches Projekt bei Ihnen und den Kindern das Gefühl, dass es sich um eine große und schöne Aufgabe handelt, auf die es sich zu vorbereiten lohnt. Wahrscheinlich können Sie bei Kontakt und gegenseitigem Interesse mit einem Kunstlehrer mit der Arbeit im Biologieunterricht beginnen: der analytischen Vorbereitungsphase des Studiums eines Objekts, der Erstellung einer Bleistiftskizze und der Fertigstellung in der von Ihnen gemeinsam gewählten Technik – in seinem Unterricht.

Hier ist ein Beispiel. Botanik, Thema „Austrieb – Knospe, Verzweigung, Triebstruktur“. Im Vordergrund steht ein großer Zweig mit Knospen, im Hintergrund Silhouetten von Bäumen oder Büschen vor einem Hintergrund aus weißem Schnee und schwarzem Himmel. Technik: schwarze Tinte, weißes Papier. Zweige – aus dem Leben, Silhouetten von Bäumen – aus Fotografien oder Buchzeichnungen. Der Titel lautet „Bäume im Winter“ oder „Winterlandschaft“.

Ein anderes Beispiel. Beim Studium des Themas „Ordnungen der Insekten“ führen wir eine kurze Arbeit zum Thema „Form und Volumen der Käfer“ durch. Jede Technik, die Licht, Schatten und Glanzlichter vermittelt (Aquarell, Tusche mit Wasser, Pinsel), jedoch monochrom, um nicht von der Untersuchung und Darstellung der Form abgelenkt zu werden (Abb. 11). Es ist besser, die Details mit einem Stift oder Gelstift auszuarbeiten (mit einer Lupe kommen die Beine und der Kopf besser zur Geltung).

Reis. 11. Käfer. Tinte, Stift auf Bleistift, Volumen – mit Pinsel und verdünnter Tinte, feine Details mit Stift, aus Satin

1-2 schöne Werke pro Viertel reichen aus – und das Zeichnen eines Lebewesens wird alle Teilnehmer dieses schwierigen Prozesses begeistern.

Was ist Biologie? Biologie ist die Wissenschaft vom Leben, von den lebenden Organismen, die auf der Erde leben.

Bild 3 aus der Präsentation „Wissenschaft“ für den Biologieunterricht zum Thema „Biologie“

Abmessungen: 720 x 540 Pixel, Format: jpg. Um ein kostenloses Bild für eine Biologiestunde herunterzuladen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Bild und klicken Sie auf „Bild speichern unter...“. Um Bilder in der Lektion anzuzeigen, können Sie die gesamte Präsentation „Science.ppt“ mit allen Bildern auch kostenlos in einem Zip-Archiv herunterladen. Die Archivgröße beträgt 471 KB.

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Biologie

„Forschungsmethoden in der Biologie“ – Entwicklungsgeschichte der Biologie als Wissenschaft. Ein Experiment planen, eine Technik auswählen. Unterrichtsplan: Um welche globalen Probleme der Menschheit zu lösen, sind Kenntnisse der Biologie erforderlich? Thema: Grenzdisziplinen: Aufgabe: Morphologie, Anatomie, Physiologie, Systematik, Paläontologie. Die Bedeutung der Biologie. Biologie ist die Wissenschaft vom Leben.

„Wissenschaftler Lomonossow“ – betonte die Bedeutung der Erforschung der Nordseeroute und der Entwicklung Sibiriens. 19. November 1711 – 15. April 1765 (53 Jahre alt). 10. Juni 1741. Entdeckungen. Er entwickelte atomare und molekulare Konzepte über die Struktur der Materie. Ideen. Phlogiston aus der Liste der chemischen Wirkstoffe ausgeschlossen. Arbeit. Als Anhänger des Deismus betrachtete er Naturphänomene materialistisch.

„Botaniker Vavilov“ – All-Union-Institut für Angewandte Botanik. Im Jahr 1906 Nikolai Iwanowitsch Wawilow. Im Jahr 1924 abgeschlossen von: Babicheva Roxana und Zhdanova Lyudmila, Schülerinnen der 10B-Klasse. Vavilovs Autorität als Wissenschaftler und Organisator der Wissenschaft wuchs. In Merton (England), im genetischen Labor des Horticultural Institute. N. I. Vavilov wurde am 26. November 1887 in Moskau geboren.

„Projektaktivität“ - Alekseeva E.V. Vorlesungsplan. Der Lehrer wird zum Autor des Projekts. Durchsuchen Sie zusätzliche Ressourcen. Technologisierung des Informationsmodells des Bildungsprozesses. Gestaltung einer Biologiestunde. Projektaktivitäten. Theorie und Praxis. (Projektmethode). Phasen der Arbeit eines Lehrers. Theorie und Praxis. Hauptblöcke in Projekten.

„Wissenschaft der belebten Natur“ – Gestaltung von Arbeitsbüchern. 3. Biologie – die Wissenschaft der belebten Natur. Biologie ist die Wissenschaft von der belebten Natur. Bakterien. Pilze. Sie bestehen aus einer Zelle und haben keinen Zellkern. Mark Cicero. Die Biologie untersucht lebende Organismen. Sie verfügen über Chlorophyll und bilden im Licht organische Stoffe unter Freisetzung von Sauerstoff. Frage: Was studiert Biologie?