Biotieteet kulkevat polkua suuresta pieneen. Viime aikoina biologia kuvasi yksinomaan eläinten, kasvien ja bakteerien ulkoisia piirteitä. Molekyylibiologia tutkii eläviä organismeja yksittäisten molekyylien vuorovaikutuksen tasolla. Rakennebiologia - tutkii solujen prosesseja atomitasolla. Jos haluat oppia "näkemään" yksittäisiä atomeja, kuinka rakennebiologia toimii ja "elää" ja mitä instrumentteja se käyttää, tämä on oikea paikka sinulle!

Syklin pääkumppani on yritys: suurin biologisen tutkimuksen ja tuotannon laitteiden, reagenssien ja kulutustarvikkeiden toimittaja.

Yksi Biomoleculesin tärkeimmistä tehtävistä on päästä juurille. Emme vain kerro, mitä uusia tosiasioita tutkijat löysivät - puhumme siitä, kuinka he löysivät ne, yritämme selittää biologisten tekniikoiden periaatteet. Kuinka ottaa geeni pois yhdestä organismista ja lisätä se toiseen? Kuinka voit jäljittää useiden pienten molekyylien kohtalon valtavassa solussa? Kuinka herättää yksi pieni neuroniryhmä valtavissa aivoissa?

Ja niin päätimme puhua laboratoriomenetelmistä systemaattisemmin, koota yhteen osaan tärkeimmät, nykyaikaisimmat biologiset tekniikat. Jotta se olisi kiinnostavampaa ja selkeämpää, kuvitimme artikkeleita voimakkaasti ja lisäsimme jopa animaatioita sinne tänne. Haluamme, että uuden osion artikkelit ovat mielenkiintoisia ja ymmärrettäviä myös satunnaiselle ohikulkijalle. Ja toisaalta niiden tulee olla niin yksityiskohtaisia, että ammattilainenkin voisi löytää niistä jotain uutta. Olemme koonneet menetelmät 12 suureen ryhmään ja aiomme tehdä niiden pohjalta biometodologisen kalenterin. Pysy kuulolla päivityksistä!

Miksi rakennebiologiaa tarvitaan?

Kuten tiedät, biologia on elämän tiedettä. Se ilmestyi aivan 1800-luvun alussa ja ensimmäisen sadan vuoden aikana se oli puhtaasti kuvaileva. Biologian päätehtävänä pidettiin tuolloin löytää ja karakterisoida mahdollisimman monta eri elävien organismien lajia ja hieman myöhemmin - tunnistaa niiden väliset perhesuhteet. Ajan myötä ja muiden tieteenalojen kehittyessä biologiasta syntyi useita haaroja etuliitteellä "molekyyli": molekyyligenetiikka, molekyylibiologia ja biokemia - tieteet, jotka tutkivat eläviä olentoja yksittäisten molekyylien tasolla, ei molekyylien ilmaantumisen perusteella. eliö tai sen sisäelinten suhteellinen sijainti. Lopuksi, aivan äskettäin (viime vuosisadan 50-luvulla) sellainen tietokenttä kuin rakennebiologia- tiede, joka tutkii elävien organismien prosesseja muutoksen tasolla tilarakenne yksittäisiä makromolekyylejä. Pohjimmiltaan rakennebiologia on kolmen eri tieteen risteyksessä. Ensinnäkin tämä on biologiaa, koska tiede tutkii eläviä esineitä, toiseksi fysiikkaa, koska käytetään laajinta fysikaalisten kokeellisten menetelmien arsenaalia, ja kolmanneksi kemiaa, koska molekyylien rakenteen muuttaminen on tämän tieteenalan kohteena.

Rakennebiologia tutkii kahta pääluokkaa yhdisteitä - proteiineja (kaikkien tunnettujen organismien tärkein "työkappale") ja nukleiinihappoja (tärkeimmät "tieto"molekyylit). Rakennebiologian ansiosta tiedämme, että DNA:lla on kaksoiskierrerakenne, että tRNA tulee kuvata vintage-kirjaimella "L" ja että ribosomissa on suuri ja pieni alayksikkö, joka koostuu proteiineista ja RNA:sta tietyssä konformaatiossa.

Globaali tavoite Rakennebiologian, kuten minkä tahansa muun tieteen, tarkoituksena on "ymmärtää, kuinka kaikki toimii". Missä muodossa solujen jakautumista aiheuttava proteiiniketju on laskostunut, miten entsyymin pakkaus muuttuu sen suorittaman kemiallisen prosessin aikana, missä paikoissa kasvuhormoni ja sen reseptori ovat vuorovaikutuksessa - nämä ovat kysymyksiä, joita tämä tiede vastaa. Lisäksi erillinen tavoite on kerätä niin paljon dataa, että näihin kysymyksiin (vielä tutkimattomasta kohteesta) voidaan vastata tietokoneella ilman kalliita kokeita.

Sinun on esimerkiksi ymmärrettävä, kuinka matojen tai sienten bioluminesenssijärjestelmä toimii - he selvittivät genomin, näiden tietojen perusteella he löysivät halutun proteiinin ja ennustivat sen avaruudellisen rakenteen sekä toimintamekanismin. On kuitenkin syytä huomata, että toistaiseksi tällaisia ​​menetelmiä on olemassa vasta lapsenkengissään, ja proteiinin rakennetta on edelleen mahdotonta ennustaa tarkasti, koska sillä on vain sen geeni. Toisaalta rakennebiologian tuloksilla on käyttöä lääketieteessä. Kuten monet tutkijat toivovat, tieto biomolekyylien rakenteesta ja heidän työnsä mekanismeista mahdollistaa uusien lääkkeiden kehittämisen rationaalisesti, eikä yrityksen ja erehdyksen avulla (tiukasti sanottuna korkean suorituskyvyn seulonta), kuten useimmiten tehdään. nyt. Ja tämä ei ole tieteisfiktiota: monia lääkkeitä on jo luotu tai optimoitu rakennebiologian avulla.

Rakennebiologian historia

Rakennebiologian historia (kuva 1) on melko lyhyt ja alkaa 1950-luvun alusta, jolloin James Watson ja Francis Crick rakensivat Rosalind Franklinin DNA-kiteiden röntgendiffraktiosta saatujen tietojen perusteella mallin nykyisestä tunnettu kaksoiskierre vintage-rakennussarjasta. Hieman aikaisemmin Linus Pauling rakensi ensimmäisen uskottavan mallin -helixistä, joka on yksi proteiinien sekundaarirakenteen peruselementeistä (kuva 2).

Viisi vuotta myöhemmin, vuonna 1958, määritettiin maailman ensimmäinen proteiinirakenne - kaskelokseen kuuluva myoglobiini (lihaskuituproteiini) (kuva 3). Se ei tietenkään näyttänyt yhtä kauniilta kuin nykyaikaiset rakenteet, mutta se oli merkittävä virstanpylväs modernin tieteen kehityksessä.

Kuvio 3b. Proteiinimolekyylin ensimmäinen spatiaalinen rakenne. John Kendrew ja Max Perutz esittelevät myoglobiinin spatiaalista rakennetta, joka on koottu erityisestä rakennussarjasta.

Kymmenen vuotta myöhemmin, vuosina 1984–1985, määritettiin ensimmäiset rakenteetopialla. Siitä hetkestä lähtien on tapahtunut useita keskeisiä löytöjä: vuonna 1985 saatiin entsyymin ensimmäisen kompleksin rakenne sen inhibiittorin kanssa, vuonna 1994 ATP-syntaasin rakenne, solujemme voimalaitosten tärkein "kone". mitokondriot) määritettiin, ja jo vuonna 2000 saatiin ensimmäinen avaruudellinen rakenne proteiinien "tehtaita" - ribosomeja, jotka koostuvat proteiineista ja RNA:sta (kuva 6). 2000-luvulla rakennebiologian kehitys on edennyt harppauksin, mitä on seurannut tilarakenteiden määrän räjähdysmäinen kasvu. Monien proteiiniluokkien rakenteet on saatu: hormoni- ja sytokiinireseptorit, G-proteiiniin kytketyt reseptorit, maksun kaltaiset reseptorit, immuunijärjestelmän proteiinit ja monet muut.

Uusien kryoelektronimikroskooppikuvaus- ja -kuvaustekniikoiden käyttöönoton myötä 2010-luvulla on syntynyt monia monimutkaisia ​​kalvoproteiinien superresoluutiorakenteita. Rakennebiologian kehitys ei ole jäänyt huomaamatta: alan löytöistä on myönnetty 14 Nobel-palkintoa, joista viisi 2000-luvulla.

Rakennebiologian menetelmät

Rakennebiologian alan tutkimusta tehdään useilla fysikaalisilla menetelmillä, joista vain kolme mahdollistaa biomolekyylien avaruudellisten rakenteiden saamisen atomiresoluutiolla. Rakennebiologian menetelmät perustuvat tutkittavan aineen vuorovaikutuksen mittaamiseen erityyppisten sähkömagneettisten aaltojen tai alkuainehiukkasten kanssa. Kaikki menetelmät vaativat merkittäviä taloudellisia resursseja - laitteiden kustannukset ovat usein hämmästyttäviä.

Historiallisesti ensimmäinen rakennebiologian menetelmä on röntgendiffraktioanalyysi (XRD) (kuva 7). Jo 1900-luvun alussa havaittiin, että käyttämällä kiteissä röntgendiffraktiokuviota voidaan tutkia niiden ominaisuuksia - solusymmetrian tyyppiä, atomien välisten sidosten pituutta jne. Jos kiteissä on orgaanisia yhdisteitä. kidehilasoluja, niin atomien koordinaatit voidaan laskea ja siten näiden molekyylien kemiallinen ja spatiaalinen rakenne. Juuri näin penisilliinin rakenne saatiin vuonna 1949 ja vuonna 1953 - DNA:n kaksoiskierteen rakenne.

Näyttää siltä, ​​​​että kaikki on yksinkertaista, mutta siinä on vivahteita.

Ensinnäkin sinun on jotenkin hankittava kiteitä, ja niiden koon on oltava riittävän suuri (kuva 8). Vaikka tämä on mahdollista ei kovin monimutkaisille molekyyleille (muista, kuinka ruokasuola tai kuparisulfaatti kiteytyy!), proteiinikiteytys on monimutkainen tehtävä, joka vaatii ei-ilmeistä menettelyä optimaalisten olosuhteiden löytämiseksi. Nyt tämä tehdään erikoisrobottien avulla, jotka valmistelevat ja valvovat satoja erilaisia ​​ratkaisuja etsiessään "itäneitä" proteiinikiteitä. Kuitenkin kristallografian alkuaikoina proteiinikiteen saaminen voi viedä vuosia arvokasta aikaa.

Toiseksi rakenne on "laskettava" saatujen tietojen perusteella ("raaka" diffraktiokuvio; kuva 8). Nykyään tämäkin on rutiinitehtävä, mutta 60 vuotta sitten, lampputekniikan ja reikäkorttien aikakaudella, se ei ollut läheskään niin yksinkertaista.

Kolmanneksi, vaikka kiteen kasvattaminen olisi mahdollista, proteiinin avaruudellisen rakenteen määrittäminen ei ole ollenkaan välttämätöntä: tätä varten proteiinilla on oltava sama rakenne kaikissa hilakohdissa, mikä ei aina pidä paikkaansa. .

Ja neljänneksi, kristalli on kaukana proteiinin luonnollisesta tilasta. Kiteissä olevien proteiinien tutkiminen on kuin ihmisten tutkimista ahmimalla heitä kymmenen pieneen savuiseen keittiöön: saat selville, että ihmisillä on kädet, jalat ja pää, mutta heidän käyttäytymisensä ei välttämättä ole aivan samanlaista kuin mukavassa ympäristössä. Röntgendiffraktio on kuitenkin yleisin menetelmä tilarakenteiden määrittämiseen, ja 90 % PDB-sisällöstä saadaan tällä menetelmällä.

SAR vaatii tehokkaita röntgensäteiden lähteitä - elektronikiihdytintä tai vapaiden elektronien lasereita (kuva 9). Tällaiset lähteet ovat kalliita - useita miljardeja dollareita - mutta yleensä sadat tai jopa tuhannet ryhmät ympäri maailmaa käyttävät yhtä lähdettä melko nimellistä korvausta vastaan. Maassamme ei ole voimakkaita lähteitä, joten useimmat tutkijat matkustavat Venäjältä Yhdysvaltoihin tai Eurooppaan analysoimaan tuloksena olevia kiteitä. Voit lukea lisää näistä romanttisista tutkimuksista artikkelista " Kalvoproteiinien edistyneen tutkimuksen laboratorio: geenistä Angströmiin» .

Kuten jo mainittiin, röntgendiffraktioanalyysi vaatii tehokkaan röntgensäteilyn lähteen. Mitä voimakkaampi lähde, sitä pienempiä kiteet voivat olla, ja sitä vähemmän kipua biologien ja geenisuunnittelijoiden on kestettävä yrittäessään saada onnettomia kiteitä. Röntgensäteilyä tuotetaan helpoimmin kiihdyttämällä elektronisädettä synkrotroneissa tai syklotroneissa - jättiläisrenkaiden kiihdyttimissä. Kun elektroni kokee kiihtyvyyden, se lähettää sähkömagneettisia aaltoja halutulla taajuusalueella. Viime aikoina on ilmestynyt uusia erittäin suuritehoisia säteilylähteitä - vapaaelektronilasereita (XFEL).

Laserin toimintaperiaate on melko yksinkertainen (kuva 9). Ensin elektronit kiihdytetään suuriin energioihin käyttämällä suprajohtavia magneetteja (kiihdyttimen pituus 1–2 km), ja sitten ne kulkevat ns. aaltoputkien - eri polariteettien magneettisarjojen - läpi.

Kuva 9. Vapaiden elektronien laserin toimintaperiaate. Elektronisuihku kiihtyy, kulkee aaltoputken läpi ja lähettää gammasäteitä, jotka putoavat biologisiin näytteisiin.

Kulkiessaan aaltolaitteen läpi elektronit alkavat ajoittain poiketa säteen suunnasta, kokevat kiihtyvyyttä ja lähettävät röntgensäteilyä. Koska kaikki elektronit liikkuvat samalla tavalla, säteily vahvistuu johtuen siitä, että muut säteen elektronit alkavat absorboida ja lähettää uudelleen samantaajuisia röntgenaaltoja. Kaikki elektronit lähettävät säteilyä synkronisesti erittäin voimakkaana ja erittäin lyhyenä välähdyksenä (kesto alle 100 femtosekuntia). Röntgensäteen teho on niin suuri, että yksi lyhyt välähdys muuttaa pienen kiteen plasmaksi (kuva 10), mutta niissä muutamassa femtosekunnissa kun kide on ehjä, saadaan korkealaatuisimmat kuvat korkean intensiteetin ansiosta. ja säteen koherenssi. Tällaisen laserin hinta on 1,5 miljardia dollaria, ja maailmassa on vain neljä tällaista asennusta (sijaitsee Yhdysvalloissa (kuva 11), Japanissa, Koreassa ja Sveitsissä). Vuonna 2017 on tarkoitus ottaa käyttöön viides - eurooppalainen - laser, jonka rakentamiseen myös Venäjä osallistui.

Kuva 10. Proteiinien muuntaminen plasmaksi 50 fs:ssa vapaiden elektronien laserpulssin vaikutuksesta. Femtosekunti = 1/1000000000000000 sekuntia.

NMR-spektroskopiaa käyttämällä on määritetty noin 10 % PDB:n tilarakenteista. Venäjällä on useita erittäin tehokkaita herkkiä NMR-spektrometrejä, jotka tekevät maailmanluokan työtä. Suurin NMR-laboratorio ei vain Venäjällä, vaan koko Prahasta itään ja Soulista länteen sijaitsevassa avaruudessa sijaitsee Venäjän tiedeakatemian bioorgaanisen kemian instituutissa (Moskova).

NMR-spektrometri on loistava esimerkki tekniikan voitosta älykkyydestä. Kuten olemme jo maininneet, NMR-spektroskopiamenetelmän käyttämiseen tarvitaan voimakas magneettikenttä, joten laitteen sydän on suprajohtava magneetti - kela, joka on valmistettu erityisestä metalliseoksesta, joka on upotettu nestemäiseen heliumiin (−269 °C). Suprajohtavuuden saavuttamiseksi tarvitaan nestemäistä heliumia. Heliumin haihtumisen estämiseksi sen ympärille rakennetaan valtava nestetyppisäiliö (−196 °C). Vaikka se on sähkömagneetti, se ei kuluta sähköä: suprajohtavalla kelalla ei ole vastusta. Magneettia on kuitenkin jatkuvasti ”syötettävä” nestemäisellä heliumilla ja nestemäisellä typellä (kuva 15). Jos et seuraa, tapahtuu "sammutus": kela kuumenee, helium haihtuu räjähdysmäisesti ja laite rikkoutuu ( cm. video). Tärkeää on myös, että 5 cm pituisen näytteen kenttä on erittäin tasainen, joten laite sisältää parikymmentä pientä magneettia, joita tarvitaan magneettikentän hienosäätöön.

Video. 21,14 Teslan NMR-spektrometrin suunniteltu sammutus.

Mittausten suorittamiseen tarvitset anturin - erityisen kelan, joka sekä tuottaa sähkömagneettista säteilyä että rekisteröi "käänteisen" signaalin - näytteen magneettisen momentin värähtelyn. Herkkyyden lisäämiseksi 2–4 kertaa anturi jäähdytetään -200 °C:n lämpötilaan, mikä eliminoi lämpökohinan. Tätä varten he rakentavat erityisen koneen - kryoalustan, joka jäähdyttää heliumin vaadittuun lämpötilaan ja pumppaa sen ilmaisimen viereen.

On olemassa koko joukko menetelmiä, jotka perustuvat valonsirontaan, röntgensäteisiin tai neutronisäteeseen. Nämä menetelmät, jotka perustuvat säteilyn/hiukkasten sironnan voimakkuuteen eri kulmissa, mahdollistavat liuoksessa olevien molekyylien koon ja muodon määrittämisen (kuva 16). Sironta ei voi määrittää molekyylin rakennetta, mutta sitä voidaan käyttää apuvälineenä toisessa menetelmässä, kuten NMR-spektroskopiassa. Valonsirontamittauslaitteet ovat suhteellisen halpoja ja maksavat "vain" noin 100 000 dollaria, kun taas muut menetelmät edellyttävät hiukkaskiihdytintä, joka voi tuottaa neutronisäteen tai voimakkaan röntgensäteen.

Toinen menetelmä, jolla rakennetta ei voida määrittää, mutta tärkeitä tietoja voidaan saada, on resonoiva fluoresenssienergian siirto(TUSKAILLA). Menetelmässä käytetään fluoresenssin ilmiötä - joidenkin aineiden kykyä absorboida yhden aallonpituuden valoa samalla kun ne emittoivat toisen aallonpituuden valoa. Voit valita yhdisteparin, joista yhdelle (luovuttajalle) fluoresenssin aikana säteilevä valo vastaa toisen (akseptorin) ominaista absorptioaallonpituutta. Säteilytä luovuttaja vaaditun aallonpituuden omaavalla laserilla ja mittaa vastaanottajan fluoresenssi. FRET-vaikutus riippuu molekyylien välisestä etäisyydestä, joten jos lisäät fluoresenssin luovuttajan ja vastaanottajan kahden proteiinin molekyyleihin tai saman proteiinin eri domeeniin (rakenneyksiköihin), voit tutkia proteiinien välisiä vuorovaikutuksia tai domeenien suhteellisia asentoja proteiinia. Rekisteröinti tapahtuu optisella mikroskoopilla, joten FRET on halpa, vaikkakin vähän informatiivinen menetelmä, jonka käyttöön liittyy tietojen tulkintavaikeuksia.

Lopuksi emme voi olla mainitsematta rakennebiologien "unelmamenetelmää" - tietokonemallinnusta (kuva 17). Menetelmän ideana on käyttää nykyaikaista tietoa molekyylien rakenteesta ja käyttäytymisen laeista simuloidakseen proteiinin käyttäytymistä tietokonemallissa. Esimerkiksi molekyylidynamiikkamenetelmällä voit seurata reaaliajassa molekyylin liikkeitä tai proteiinin "kokoamisprosessia" (laskostumista) yhdellä "mutta": maksimi laskettava aika ei ylitä 1 ms , joka on erittäin lyhyt, mutta vaatii samalla valtavia laskentaresursseja (kuva 18). Järjestelmän käyttäytymistä on mahdollista tutkia pidemmänkin ajanjakson aikana, mutta tämä saavutetaan luvattoman tarkkuuden menettämisen kustannuksella.

Tietokonemallinnusta käytetään aktiivisesti proteiinien tilarakenteiden analysointiin. Telakointia käyttämällä he etsivät mahdollisia lääkkeitä, joilla on suuri taipumus olla vuorovaikutuksessa kohdeproteiinin kanssa. Tällä hetkellä ennusteiden tarkkuus on vielä alhainen, mutta telakointi voi kaventaa merkittävästi uuden lääkkeen kehittämistä varten testattavia mahdollisesti vaikuttavia aineita.

Rakennebiologian tulosten pääasiallinen käytännön sovellusalue on lääkkeiden kehittäminen tai, kuten nyt on muodikasta sanoa, vetämissuunnittelu. Lääke voidaan suunnitella rakennetietojen perusteella kahdella tavalla: voit aloittaa ligandista tai kohdeproteiinista. Jos useita kohdeproteiiniin vaikuttavia lääkkeitä tunnetaan ja proteiini-lääkekompleksien rakenteet on saatu, voit luoda mallin "ihanteellisesta lääkkeestä" sidos"taskun" ominaisuuksien mukaisesti. proteiinimolekyylin, tunnistaa mahdollisen lääkkeen tarvittavat ominaisuudet ja etsiä kaikista tunnetuista luonnollisista ja vähemmän tunnetuista yhdisteistä. On jopa mahdollista rakentaa suhteita lääkkeen rakenteellisten ominaisuuksien ja sen aktiivisuuden välille. Esimerkiksi jos molekyylin päällä on jousi, sen aktiivisuus on korkeampi kuin molekyylin ilman jousia. Ja mitä enemmän keulaa ladataan, sitä paremmin lääke toimii. Tämä tarkoittaa, että kaikista tunnetuista molekyyleistä sinun on löydettävä yhdiste, jolla on suurin varautunut jousi.

Toinen tapa on käyttää kohteen rakennetta etsimään tietokoneelta yhdisteitä, jotka voivat mahdollisesti olla vuorovaikutuksessa sen kanssa oikeassa paikassa. Tässä tapauksessa käytetään yleensä fragmenttien kirjastoa - pieniä aineosia. Jos löydät useita hyviä kappaleita, jotka ovat vuorovaikutuksessa kohteen kanssa eri paikoista, mutta lähellä toisiaan, voit rakentaa palasista lääkkeen "ompelemalla" ne yhteen. On monia esimerkkejä onnistuneesta lääkekehityksestä rakennebiologian avulla. Ensimmäinen onnistunut tapaus on vuodelta 1995: silloin hyväksyttiin käytettäväksi dortsoliamidi, glaukooman hoitoon tarkoitettu lääke.

Yleinen suuntaus biologisessa tutkimuksessa kallistuu yhä enemmän paitsi laadullisiin, myös kvantitatiivisiin luonnonkuvauksiin. Rakennebiologia on tästä hyvä esimerkki. Ja on täysi syy uskoa, että se hyödyttää jatkossakin perustieteen lisäksi myös lääketiedettä ja bioteknologiaa.

Kalenteri

Erikoisprojektin artikkeleiden perusteella päätimme tehdä vuodelle 2019 kalenterin "12 biologian menetelmää". Tämä artikkeli edustaa maaliskuuta.

Kirjallisuus

1. Bioluminesenssi: Rebirth;
2. Tietokonemenetelmien voitto: proteiinin rakenteen ennustaminen;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).

Tavoitteet

• Koulutus: jatkaa tietämyksen kehittämistä biologiasta tieteenä; antaa käsitteitä biologian päähaaroista ja niiden tutkimista kohteista;
• Kehittävä: kehittää taitoja työskennellä kirjallisten lähteiden kanssa, kehittää kykyä luoda analyyttisiä yhteyksiä;
• Koulutus: laajentaa näköalojasi, muodostaa kokonaisvaltainen käsitys maailmasta.

Tehtävät

1. Paljasta biologian rooli muiden tieteiden joukossa.
2. Selvitä biologian ja muiden tieteiden välinen yhteys.
3. Selvitä, mitä biologian eri aloja opiskellaan.
4. Selvitä biologian rooli elämässä henkilö .
5. Opi mielenkiintoisia faktoja aiheesta oppitunnin videoista.

Termit ja käsitteet

• Biologia on tieteiden kokonaisuus, jonka tutkimuskohteita ovat elävät olennot ja niiden vuorovaikutus ympäristön kanssa.
• Elämä on aineen aktiivinen olemassaolomuoto, jossain mielessä korkeampi kuin sen fyysiset ja kemialliset olemassaolomuodot; joukko solussa tapahtuvia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, jotka mahdollistavat aineenvaihdunnan ja solun jakautumisen.
• Tiede on ihmisen toiminnan ala, jonka tavoitteena on kehittää ja teoreettisesti systematisoida objektiivista tietoa todellisuudesta.

Tuntien aikana

Tietojen päivittäminen

Muista mitä biologiaa opiskelee.
Nimeä tuntemasi biologian alat.
Etsi oikea vastaus:
1. Kasvitieteelliset tutkimukset:
A) kasvit
B) eläimet
B) vain levät
2. Sieniä tutkitaan seuraavissa puitteissa:
A) kasvitieteilijät;
B) virologia;
B) mykologia.
3. Biologiassa erotetaan useita valtakuntia, nimittäin:
A) 4
B) 5
KLO 7
4. Biologiassa henkilöllä tarkoitetaan:
A) Eläinkunta
B) Alaluokka Nisäkkäät;
C) Eräänlainen Homo sapiens.

Käytä kuvaa 1, muista kuinka monta valtakuntaa erotetaan biologiassa:

Riisi. 1 Elävien organismien valtakunnat

Uuden materiaalin oppiminen

Termiä "biologia" ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1797 saksalainen professori T. Rusom. Mutta sitä alettiin käyttää aktiivisesti vasta vuonna 1802, tämän termin teräsbetoni käytön jälkeen. Lamarck teoksissaan.

Nykyään biologia on tieteiden kokonaisuus, jonka muodostavat itsenäiset tieteenalat, jotka käsittelevät tiettyjä tutkimuskohteita.

Biologian "haaroista" voimme nimetä sellaiset tieteet kuin:
- kasvitiede on tiede, joka tutkii kasveja ja sen alaosastoja: mykologia, jäkäläologia, bryologia, geobotaniikka, paleobotanika;
- eläintiede– eläimiä tutkiva tiede ja sen alaosastot: iktyologia, araknologia, ornitologia, etologia;
- ekologia – tiede elävien organismien ja ulkoisen ympäristön välisestä suhteesta;
- anatomia - tiede kaikkien elävien olioiden sisäisestä rakenteesta;
- morfologia on tiede, joka tutkii elävien organismien ulkoista rakennetta;
- sytologia on tiede, joka käsittelee solujen tutkimusta;
- samoin kuin histologia, genetiikka, fysiologia, mikrobiologia ja muut.

Yleisesti ottaen näet kaikki biologiset tieteet kuvasta 2:

Riisi. 2 Biologian tieteet

Samalla erotetaan koko joukko tieteitä, jotka muodostuivat biologian läheisen vuorovaikutuksen seurauksena muiden tieteiden kanssa, ja niitä kutsutaan integroiduiksi. Tällaisia ​​tieteitä voivat olla turvallisesti: biokemia, biofysiikka, biogeografia, biotekniikka, radiobiologia, avaruusbiologia ja muut. Kuvassa 3 esitetään tärkeimmät biologiaan liittyvät tieteet

Riisi. 3. Integraaliset biologiset tieteet

Biologian tuntemus on ihmiselle tärkeää.
Tehtävä 1: Yritä muotoilla itsellesi, mikä on biologisen tiedon merkitys ihmiselle?
Tehtävä 2: Katso seuraava video evoluutiosta ja määritä, mitä biologisia tieteitä vaadittiin sen luomiseen

Muistetaan nyt, millaista tietoa henkilö tarvitsee ja miksi:
- määrittää erilaisia ​​kehon sairauksia. Niiden hoito ja ehkäisy edellyttää tietoa ihmiskehosta, mikä tarkoittaa tietoa: anatomiasta, fysiologiasta, genetiikasta, sytologiasta. Biologian saavutusten ansiosta teollisuus alkoi tuottaa lääkkeitä, vitamiineja ja biologisesti aktiivisia aineita;

Elintarviketeollisuudessa on tiedettävä kasvitiede, biokemia, ihmisen fysiologia;
- Maataloudessa vaaditaan kasvitieteen ja biokemian tuntemusta. Kasvi- ja eläinorganismien välisten suhteiden tutkimuksen ansiosta on tullut mahdolliseksi luoda biologisia menetelmiä viljelykasvien tuholaisten torjuntaan. Esimerkiksi kasvitieteen ja eläintieteen monimutkainen tietämys näkyy maataloudessa, ja tämä näkyy lyhyessä videossa

Ja tämä on vain lyhyt luettelo "biologisen tiedon hyödyllisestä roolista" ihmiselämässä.
Seuraava video auttaa sinua ymmärtämään enemmän biologian roolista elämässä.

Biologian tietoa ei voi poistaa pakollisesta tiedosta, koska biologia tutkii elämäämme, biologia tarjoaa tietoa, jota käytetään useimmilla ihmiselämän aloilla.

Tehtävä 3. Selitä miksi modernia biologiaa kutsutaan monimutkaiseksi tieteeksi.

Tiedon konsolidointi

1. Mitä on biologia?
2. Nimeä kasvitieteen alaosastot.
3. Mikä on anatomian tiedon rooli ihmisen elämässä?
4. Tietoa siitä, mitä tieteitä lääketieteessä tarvitaan?
5. Kuka tunnisti ensimmäisenä biologian käsitteen?
6. Katso kuvaa 4 ja määritä, mikä tiede tutkii kuvattua kohdetta:

Kuva 4. Mikä tiede tutkii tätä kohdetta?

7. Tutki kuvaa 5, nimeä kaikki elävät organismit ja niitä tutkiva tiede

Riisi. 5. Elävät organismit

Kotitehtävät

1. Käsittele oppikirjan materiaali - kohta 1
2. Kirjoita muistikirjaan ja opi termit: biologia, elämä, tiede.
3. Kirjoita muistikirjaan kaikki biologian tieteenalat ja alaluvut, kuvaile niitä lyhyesti.

Äskettäin maanalaisista luolista löydettiin elävä silmätön kala, Phreatichthys andruzzii, jonka sisäinen kello ei ole asetettu 24:ään (kuten muiden eläinten), vaan 47 tuntiin. Tästä on syynä mutaatio, joka sammutti kaikki valoherkät reseptorit näiden kalojen kehosta.

Tiedemiehet arvioivat planeetallamme elävien biologisten lajien kokonaismääräksi 8,7 miljoonaa, ja tällä hetkellä vain 20 prosenttia tästä määrästä on löydetty ja luokiteltu.

Jääkalat eli siika elävät Etelämantereen vesillä. Tämä on ainoa selkärankainen, jonka veressä ei ole punasoluja tai hemoglobiinia - siksi jääkalojen veri on väritöntä. Niiden aineenvaihdunta perustuu vain suoraan vereen liuenneeseen happeen

Sana "paskiainen" tulee verbistä "haureuttaa" ja tarkoitti alun perin vain puhdasrotuisen eläimen laitonta jälkeläistä. Ajan myötä biologiassa tämä sana syrjäytettiin termillä "hybridi", mutta siitä tuli loukkaava suhteessa ihmisiin.

Luettelo käytetyistä lähteistä

1. Oppitunti "Biologia - elämän tiede" Konstantinova E. A., biologian opettaja lukiossa 3, Tver
2. Oppitunti "Johdatus. Biologia on elämän tiedettä” Titorov Yu.I., biologian opettaja, Kemerovon KL:n johtaja.
3. Oppitunti "Biologia - elämän tiede" Nikitina O.V., biologian opettaja kunnallisessa oppilaitoksessa "Secondary School No. 8, Cherepovets.
4. Zakharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. "Biology" (4. painos) -L.: Academy, 2011.- 512 s.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Biologia 9. luokka - K.: Geneza, 2009. - 253 s.

Muokannut ja lähettänyt Borisenko I.N.

Työskentelimme oppitunnilla

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Biologia- tiede elävästä luonnosta.

Biologia tutkii elävien olentojen monimuotoisuutta, niiden ruumiinrakennetta ja elinten toimintaa, eliöiden lisääntymistä ja kehitystä sekä ihmisen vaikutusta elävään luontoon.

Tämän tieteen nimi tulee kahdesta kreikan sanasta " bios" - "elämä ja" logo"-"tiede, sana."

Yksi elävien organismien tieteen perustajista oli suuri antiikin kreikkalainen tiedemies (384 - 322 eKr.). Hän oli ensimmäinen, joka yleisti ennen häntä ihmiskunnan hankkiman biologisen tiedon. Tiedemies ehdotti ensimmäistä eläinten luokittelua yhdistämällä rakenteeltaan samanlaiset elävät organismit ryhmiin ja nimesi paikan ihmisille.

Myöhemmin monet tiedemiehet, jotka tutkivat erilaisia ​​planeetallamme asuvia eläviä organismeja, osallistuivat biologian kehitykseen.

Biotieteiden perhe

Biologia on luonnontiede. Biologien tutkimusala on valtava: se sisältää erilaisia ​​mikro-organismeja, kasveja, sieniä, eläimiä (mukaan lukien ihmiset), organismien rakennetta ja toimintaa jne.

Täten, biologia ei ole vain tiede, vaan koko perhe, joka koostuu useista erillisistä tieteistä.

Tutustu vuorovaikutteiseen kaavioon biologisten tieteiden perheestä ja ota selvää, mitä biologian eri alat opiskelevat.

Anatomia- tiede yksittäisten elinten, järjestelmien ja koko kehon muodosta ja rakenteesta.

Fysiologia- tiede organismien, niiden järjestelmien, elinten ja kudosten elintärkeistä toiminnoista sekä kehossa tapahtuvista prosesseista.

Sytologia- tiede solujen rakenteesta ja toiminnasta.

Eläintiede - tiede, joka tutkii eläimiä.

Eläintieteen osastot:

• Entomologia on hyönteistiede.

Siinä on useita osioita: koleopterologia (kuoriaisten tutkimukset), lepidopterologia (perhosten tutkimukset), myrmekologia (muurahaisten tutkimukset).

• Iktyologia on kalatiede.
• Ornitologia on lintutiede.
• Teriologia on tiedettä nisäkkäistä.

Kasvitiede - tiede, joka tutkii kasveja.

Mykologia- sieniä tutkiva tiede.

Protistologia - tiede, joka tutkii alkueläimiä.

Virologia - viruksia tutkiva tiede.

Bakteriologia - bakteereja tutkiva tiede.

Biologian merkitys

Biologia liittyy läheisesti moniin ihmisen käytännön toiminnan osa-alueisiin - maatalouteen, eri toimialoihin, lääketieteeseen.

Maatalouden onnistunut kehitys nykyään riippuu pitkälti biologeista ja kasvattajista, jotka ovat mukana parantamassa ja luomassa uusia viljelykasveja ja kotieläinrotuja.

Biologian saavutusten ansiosta mikrobiologinen teollisuus luotiin ja kehittyy menestyksekkäästi. Esimerkiksi kefiiriä, jogurttia, jogurttia, juustoa, kvassia ja monia muita tuotteita ihmiset saavat tietyntyyppisten sienten ja bakteerien toiminnan ansiosta. Yritykset tuottavat nykyaikaisen biotekniikan avulla lääkkeitä, vitamiineja, rehun lisäaineita, kasvinsuojeluaineita tuholaisilta ja taudeilta, lannoitteita ja paljon muuta.

Biologian lakien tuntemus auttaa hoitamaan ja ehkäisemään ihmisten sairauksia.

Joka vuosi ihmiset käyttävät luonnonvaroja yhä enemmän. Tehokas tekniikka muuttaa maailmaa niin nopeasti, että nyt maapallolla ei ole enää juuri yhtään koskemattoman luonnon kulmia.

Ihmisten normaalien elämän olosuhteiden ylläpitämiseksi on tarpeen palauttaa tuhoutunut luonto. Tämän voivat tehdä vain ihmiset, jotka tuntevat hyvin luonnonlait. Biologian ja biologian tuntemusta ekologia auttaa meitä ratkaisemaan planeetan elinolojen säilyttämisen ja parantamisen ongelman.

Suorita interaktiivinen tehtävä -

Mikä on biologia? Biologia on tiede elämästä, maan päällä elävistä organismeista.

Kuva 3 esityksestä "Tiede" biologian tunneille aiheesta "Biologia"

Mitat: 720 x 540 pikseliä, muoto: jpg. Lataa ilmainen kuva biologian oppitunnille napsauttamalla kuvaa hiiren kakkospainikkeella ja napsauttamalla "Tallenna kuva nimellä...". Kuvien näyttämiseksi oppitunnilla voit myös ladata koko esityksen "Science.ppt" ja kaikki kuvat zip-arkistossa ilmaiseksi. Arkiston koko on 471 kt.

Biologia

"Biologian tutkimusmenetelmät" - Biologian tieteena kehityshistoria. Kokeilun suunnittelu, tekniikan valinta. Tuntisuunnitelma: Minkä ihmiskunnan globaalien ongelmien ratkaiseminen edellyttää biologian tuntemusta? Aihe: Rajatieteet: Tehtävä: Morfologia, anatomia, fysiologia, systematiikka, paleontologia. Biologian merkitys." Biologia on tiede elämästä.

"Tutkija Lomonosov" - Korosti Pohjanmeren reitin tutkimisen ja Siperian kehittämisen merkitystä. 19. marraskuuta 1711 - 15. huhtikuuta 1765 (53 vuotta vanha). 10. kesäkuuta 1741. Löytöjä. Hän kehitti atomi- ja molekyylikäsitteitä aineen rakenteesta. Ideoita. Poistettu flogistoni kemiallisten aineiden luettelosta. Job. Deismin kannattajana hän katsoi luonnonilmiöitä materialistisesti.

"Kasvitieteilijä Vavilov" - Unionin soveltavan kasvitieteen instituutti. Vuonna 1906 Nikolai Ivanovich Vavilov. Vuonna 1924 Valmistuneet: Babicheva Roxana ja Zhdanova Lyudmila, luokan 10B opiskelijat. Vavilovin arvovalta tiedemiehenä ja tieteen järjestäjänä kasvoi. Mertonissa (Englanti), Horticultural Instituten geneettisessä laboratoriossa. N. I. Vavilov syntyi 26. marraskuuta 1887 Moskovassa.

"Projektitoiminta" - Alekseeva E.V. Luentosuunnitelma. Opettajasta tulee projektin kirjoittaja. Selaa lisäresursseja. Koulutusprosessin tietomallin teknologisointi. Biologian tunnin suunnittelu. Projektitoiminta. Teoria ja käytäntö. (Projektimenetelmä). Opettajan työn vaiheet. Teoria ja käytäntö. Päälohkot projekteissa.

"Science of Living Nature" - Työkirjojen suunnittelu. 3. Biologia - tiede elävästä luonnosta. Biologia on tiede elävästä luonnosta. Bakteerit. Sienet. Ne koostuvat yhdestä solusta, eikä niissä ole ydintä. Mark Cicero. Biologia tutkii eläviä organismeja. Niissä on klorofylliä ja ne muodostavat valossa orgaanisia aineita vapauttaen happea. Kysymys: Mitä biologia tutkii?

Biologisen piirtämisen erityispiirteet yläkoululaisille

Biologinen piirtäminen on yksi yleisesti hyväksytyistä työkaluista biologisten esineiden ja rakenteiden tutkimiseen. On monia hyviä tekniikoita tämän ongelman ratkaisemiseksi.

Esimerkiksi Greenin, Stoutin ja Taylorin kolmiosaisessa kirjassa "Biology" on muotoiltu seuraavat biologisen piirtämisen säännöt.

1. On tarpeen käyttää sopivan paksuista ja laadukasta piirustuspaperia. Lyijykynäviivat tulee poistaa siitä helposti.

2. Kynien tulee olla teräviä, kovuuden HB (järjestelmässämme - TM), ei värillisiä.

3. Piirustuksen tulee olla:

– riittävän suuri – mitä enemmän elementtejä tutkittava kohde muodostaa, sitä suurempi piirustuksen tulee olla;
– yksinkertainen – sisältää rakenteen ääriviivat ja muut tärkeät yksityiskohdat osoittamaan yksittäisten elementtien sijainnin ja suhteen;
– piirretty ohuilla ja selkeillä viivoilla – jokainen viiva on mietittävä ja piirrettävä sitten nostamatta kynää paperilta; älä kuori tai maalaa;
– merkintöjen tulee olla mahdollisimman täydellisiä, niistä tulevat viivat eivät saa leikkiä; Jätä piirustuksen ympärille tilaa allekirjoituksille.

4. Tee tarvittaessa kaksi piirustusta: kaavamainen piirustus, joka näyttää pääpiirteet, ja yksityiskohtainen piirustus pienistä osista. Piirrä esimerkiksi pienellä suurennuksella suunnitelma kasvin poikkileikkauksesta ja suurella suurennuksella yksityiskohtainen solurakenne (piirustuksen suuri osa piirretään suunnitelmaan kiilalla tai neliöllä).

5. Sinun tulisi piirtää vain se, mitä todella näet, ei sitä, mitä luulet näkeväsi, äläkä tietenkään kopioi piirustusta kirjasta.

6. Jokaisessa piirustuksessa on oltava otsikko, osoitus näytteen suurennosta ja projektiosta.

Sivu kirjasta "Johdatus eläintieteeseen" (saksankielinen painos 1800-luvun lopulla)

Ensi silmäyksellä se on melko yksinkertainen eikä aiheuta vastalauseita. Joitakin opinnäytetöitä piti kuitenkin harkita uudelleen. Tosiasia on, että tällaisten käsikirjojen kirjoittajat ottavat huomioon biologisen piirtämisen erityispiirteet jo instituutin tai erityiskoulujen vanhempien luokkien tasolla; heidän suosituksensa on osoitettu melko aikuisille ihmisille, joilla on (jo) analyyttinen ajattelutapa. Keskimmäisellä (6–8.) luokalla – sekä tavallisilla että biologisilla – asiat eivät ole niin yksinkertaisia.

Hyvin usein laboratorioluonnokset muuttuvat molemminpuoliseksi "piinaksi". Rumat ja käsittämättömät piirustukset eivät pidä lapset itse - he eivät yksinkertaisesti osaa vielä piirtää - eikä opettaja - koska useimmat lapset jäävät usein huomaamatta ne rakenteen yksityiskohdat, joiden takia kaikki aloitettiin. Vain taiteellisesti lahjakkaat lapset selviytyvät hyvin tällaisista tehtävistä (äläkä ala vihata heitä!). Lyhyesti sanottuna ongelmana on, että tilat ovat, mutta ei ole riittävää tekniikkaa. Muuten, taideopettajat kohtaavat joskus päinvastaisen ongelman - heillä on tekniikka ja esineiden valinta on vaikeaa. Ehkä meidän pitäisi yhdistyä?

Moskovan 57. koulussa, jossa työskentelen, on jo pitkään ollut ja kehittyy edelleen integroitu biologisen piirtämisen kurssi keskiluokilla, jossa biologian ja piirustuksen opettajat työskentelevät pareittain. Olemme kehittäneet monia mielenkiintoisia projekteja. Heidän tuloksiaan oli toistuvasti esillä Moskovan museoissa - Moskovan eläintieteellisessä yliopistossa, paleontologisessa, Darwinissa ja erilaisilla lasten luovuuden festivaaleilla. Mutta tärkeintä on, että tavalliset lapset, joita ei ole valittu taiteen tai biologian tunneille, suorittavat nämä projektitehtävät mielellään, ovat ylpeitä omista teoksistaan ​​ja, kuten meistä näyttää, alkavat kurkistaa elävään maailmaan paljon lähemmin. ja harkiten. Tietenkään kaikissa kouluissa ei ole mahdollisuutta biologian ja taiteen opettajien työskennellä yhdessä, mutta jotkut löydöistämme ovat todennäköisesti mielenkiintoisia ja hyödyllisiä, vaikka toimisitkin vain biologian ohjelman puitteissa.

Motivaatio: tunteet ovat etusijalla

Tietenkin piirrämme voidaksemme paremmin tutkia ja ymmärtää rakenteellisia piirteitä, tutustuaksemme luokassa tutkimien organismien monimuotoisuuteen. Mutta riippumatta siitä, minkä tehtävän annat, muista, että tämän ikäisten lasten on erittäin tärkeää olla emotionaalisesti kohteen kauneuden ja tarkoituksenmukaisuuden vallassa ennen työn aloittamista. Yritämme aloittaa uuden projektin kirkkain vaikutelmin. Paras tapa tehdä tämä on joko lyhyt videopätkä tai pieni (enintään 7-10!) valikoima dioja. Kommenttimme on suunnattu esineiden epätavallisuuteen, kauneuteen, hämmästyttävyyteen, vaikka se olisi jotain tavallista: esimerkiksi puiden talviset siluetit versojen haarautumisia tutkiessa - ne voivat olla joko huurteita ja muistuttaa korallia tai painokkaasti graafisia - musta valkoisella lumella. Tämän johdannon ei tarvitse olla pitkä - vain muutaman minuutin, mutta se on erittäin tärkeä motivaation kannalta.

Työn eteneminen: analyyttinen rakentaminen

Sitten siirryt tehtävälauseeseen. Tässä on tärkeää korostaa ensin niitä rakenteellisia piirteitä, jotka määräävät esineen ulkonäön ja osoittavat niiden biologisen merkityksen. Tietenkin kaikki tämä on kirjoitettava taululle ja kirjoitettava muistivihkoon. Itse asiassa juuri nyt asetat opiskelijoille työtehtävän - nähdä ja näyttää.

Ja sitten taulun toisella puoliskolla kuvailet piirustuksen rakentamisen vaiheita täydentäen niitä kaavioilla, ts. hahmotella menetelmät ja työjärjestys. Pohjimmiltaan suoritat itse tehtävän nopeasti lasten edessä pitäen koko sarjan apu- ja välirakenteita laudalla.

Tässä vaiheessa on erittäin hyvä näyttää lapsille joko samoja esineitä kuvaaneiden taiteilijoiden valmiita piirustuksia tai aikaisempien opiskelijoiden menestyneitä töitä. On jatkuvasti korostettava, että hyvä ja kaunis biologinen piirros on pohjimmiltaan tutkimusta - ts. vastaa kysymykseen siitä, miten esine toimii, ja ajan myötä opettaa lapsia muotoilemaan nämä kysymykset itse.

Piirustuksen rakentaminen - ja esineen tutkiminen! – aloitat selvittämällä sen mittasuhteet: pituuden ja leveyden suhde, osat kokonaisuuteen, ja muista asettaa piirustuksen muoto melko tiukasti. Se on muoto, joka määrittää automaattisesti yksityiskohtaisuuden tason: pieni menettää suuren määrän yksityiskohtia, suuri vaatii kyllästymistä yksityiskohdilla ja siten enemmän työaikaa. Mieti etukäteen, mikä on sinulle tärkeämpää kussakin tapauksessa.

1) piirrä symmetria-akseli;

2) rakentaa kaksi paria symmetrisiä suorakulmioita - ylä- ja alasiipille (esimerkiksi sudenkorento) määrittämällä ensin niiden mittasuhteet;

3) sovita siipien kaarevat linjat näihin suorakulmioihin

Riisi. 1. 7. luokka. Teema: "Hyönteisten veljet". Muste, kynä lyijykynällä, satiinista

(Muistan hauskan, surullisen ja tavallisen tarinan, joka tapahtui tehdessäni tätä työtä ensimmäistä kertaa. Seitsemännen luokan poika ymmärsi sanan "sopii" yksinkertaisesti sisälle sopivaksi ja piirsi vinoja ympyröitä suorakulmioiden sisään - kaikki neljä erilaista! Sitten vihjaukseni jälkeen, mitä sovittaa - tarkoittaa apulinjojen koskettamista, hän toi perhonen, jolla oli suorakaiteen muotoiset siivet, vain hieman kulmista tasoitettu. Ja vasta sitten ajattelin selittää hänelle, että kaiverrettu käyrä koskettaa molempia puolia suorakulmio vain yhdessä kohdassa. Ja meidän piti tehdä piirustus uudelleen...)

4) ... Tämä piste voi sijaita keskellä sivua tai kolmanneksen etäisyydellä kulmasta, ja tämä on myös määritettävä!

Mutta kuinka onnellinen hän olikaan, kun hänen piirroksensa pääsi koulunäyttelyyn - ensimmäistä kertaa - se toimi! Ja nyt selitän hänen kanssaan kaikki kärsimyksemme vaiheet "Työn edistymisen" kuvauksessa.

Piirustuksen tarkempi tarkentaminen johtaa meidät keskusteluun kohteen monien ominaisuuksien biologisesta merkityksestä. Jatkamalla esimerkkiä hyönteisten siipillä (kuva 2), pohditaan, mitä suonet ovat, miten ne rakentuvat, miksi ne välttämättä sulautuvat yhdeksi verkostoksi, kuinka venaation luonne eroaa eri systemaattisten ryhmien hyönteisillä (esimerkiksi muinaisina). ja uudet siivekkäät hyönteiset), miksi etusiipien äärimmäinen suoni on paksuuntunut jne. Ja yritä antaa suurin osa ohjeistasi kysymysten muodossa, joihin lasten on löydettävä vastauksia.

Riisi. 2. "Sudenkorento ja muurahainen." 7. luokka, aihe "Hyönteisten järjestykset". Muste, kynä lyijykynällä, satiinista

Muuten, yritä valita enemmän samantyyppisiä esineitä, jolloin lapset voivat valita. Työn lopussa luokka näkee ryhmän biologisen monimuotoisuuden ja tärkeät yhteiset rakenteelliset piirteet, ja lopuksi lasten erilaiset piirtämiskyvyt eivät ole niin tärkeitä.

Valitettavasti koulun opettajalla ei aina ole käytettävissään riittävää määrää yhden ryhmän erilaisia ​​esineitä. Kokemuksemme voi olla hyödyksi: ryhmässä opiskellessa teemme ensin frontaalipiirroksen helposti saavutettavasta elämän esineestä ja sitten yksittäin – piirustuksia erilaisista esineistä valokuvista tai jopa ammattitaiteilijoiden piirustuksista.

Riisi. 3. Katkarapu. 7. luokka, aihe "Äyriäiset". Lyijykynä, elämästä

Esimerkiksi laboratoriotyön "Äyriäisen ulkoinen rakenne" aiheessa "Äyriäiset" piirrämme kaikki ensin ruokakaupasta pakastettuna ostettuja katkarapuja (ravun sijasta) (kuva 3) ja sitten lyhyen videon katsomisen jälkeen. leikkaa, piirrä erikseen erilaisia ​​planktonisia äyriäisten toukkia (kuva 4), jotka on kuvattu "Eläinten elämä": suurille (A3) arkeille, sävytetty vesiväreillä viileillä harmaan, sinisen, vihertävän sävyillä; liitu tai valkoinen guassi, viimeistelee hienoja yksityiskohtia musteella ja kynällä. (Kun selitämme planktonisten äyriäisten läpinäkyvyyden välittämistä, voimme tarjota yksinkertaisimman mallin - lasipurkin, johon on asetettu esine.)

Riisi. 4. Plankton. 7. luokka, aihe "Äyriäiset". Sävytetty paperi (A3-koko), liitu tai valkoinen guassi, musta muste, satiinista

8. luokalla kaloja opiskellessa laboratoriotyössä "Luisen kalan ulkoinen rakenne" piirretään ensin tavallinen särki, jonka jälkeen lapset piirtävät vesiväreillä eri kalaluokkien edustajia upeista väritaulukoista "Kaupakalat". ", joka meillä on koulussa.

Riisi. 5. Sammakon luuranko. 8. luokka, aihe "Sammakkoeläimet". Lyijykynä koulutusvalmiudella

Sammakkoeläimiä tutkittaessa ensin - laboratoriotyö "Sammakon luurangon rakenne", piirustus yksinkertaisella kynällä (kuva 5). Sitten lyhyen videokatkelman katsomisen jälkeen vesiväripiirros erilaisista eksoottisista sammakoista - lehtikiipeilijöistä jne. (Kopisimme kalentereista laadukkailla valokuvilla, onneksi ne eivät ole nykyään harvinaisia.)

Tämän mallin avulla melko tylsiä lyijykynäpiirroksia samasta esineestä pidetään normaalina valmisteluvaiheena kirkkaille ja yksilöllisille teoksille.

Yhtä tärkeää: tekniikka

Tekniikan valinta on erittäin tärkeää työn onnistumisen kannalta. Klassisessa versiossa sinun on otettava yksinkertainen kynä ja valkoinen paperi, mutta... . Kokemuksemme kertoo, että lasten näkökulmasta tällainen piirros näyttää keskeneräiseltä ja he jäävät tyytymättömiksi työhön.

Sillä välin riittää, että teet lyijykynällä luonnoksen musteella ja otat jopa sävytettyä paperia (käytämme usein värillistä paperia tulostimiin) - ja tulos havaitaan täysin eri tavalla (kuva 6, 7). Epätäydellisyyden tunne syntyy usein yksityiskohtaisen taustan puutteesta, ja helpoin tapa ratkaista tämä ongelma on sävytetyn paperin avulla. Lisäksi käyttämällä tavallista liitua tai valkoista kynää voit saavuttaa melkein välittömästi häikäisyn tai läpinäkyvyyden, jota usein tarvitaan.

Riisi. 6. Radiolaria. 7. luokka, aihe "Yksinkertaisin". Sävytetty paperi (A3-koko) vesiväreille (karkea rakenne), muste, pastelli tai liitu, satiinista

Riisi. 7. Mehiläinen. 7. luokka, aihe "Hyönteisten järjestykset". Muste, kynä kynällä, volyymi - siveltimellä ja laimennetulla musteella, hienoja yksityiskohtia kynällä, satiinista

Jos sinun on vaikea järjestää työtä ripsivärin kanssa, käytä pehmeitä mustia linerejä tai rullia (pahimmillaan geelikynät) - ne antavat saman vaikutuksen (kuvat 8, 9). Kun käytät tätä tekniikkaa, muista näyttää kuinka paljon tietoa tuotetaan käyttämällä eri paksuisia ja paineisia viivoja - sekä korostaaksesi tärkeimpiä asioita että luodaksesi äänenvoimakkuuden vaikutelman (etualalla ja taustalla). Voit myös käyttää kohtalaista tai vaaleaa varjostusta.

Riisi. 8. Kaura. 6. luokka, aihe "Kukkakasvien monimuotoisuus, perhe Vilja". Muste, sävytetty paperi, herbariumista

Riisi. 9. Korte ja maila sammal. 6. luokka, aihe "Itiöt kantavat kasvit". Muste, valkoinen paperi, herbaariosta

Lisäksi, toisin kuin klassisissa tieteellisissä piirustuksissa, teemme työt usein väreinä tai käytämme vaaleita sävytyksiä äänenvoimakkuuden osoittamiseen (kuva 10).

Riisi. 10. Kyynärnivel. 9. luokka, aihe "Tuki- ja liikuntajärjestelmä." Lyijykynä, kipsistä apua

Kokeilimme monia väritekniikoita - akvarelleja, guassia, pastellia ja asettuimme lopulta pehmeille värikynille, mutta aina karkealle paperille. Jos päätät kokeilla tätä tekniikkaa, on hyvä muistaa muutama tärkeä seikka.

1. Valitse pehmeät, laadukkaat kynät hyvästä yrityksestä, kuten Kohinoorista, mutta älä anna lapsille laajaa värivalikoimaa (riittävän perusväri): tässä tapauksessa he yleensä yrittävät valita valmiin värin, mikä kurssi epäonnistuu. Näytä, kuinka saat oikean sävyn sekoittamalla 2-3 väriä. Tätä varten heidän on työskenneltävä paletilla - paperilla, jolle he valitsevat haluamasi yhdistelmät ja paineen.

2. Karkea paperi helpottaa huomattavasti heikkojen ja vahvojen värien käyttöä.

3. Kevyillä lyhyillä vedoilla tulisi ikään kuin muotoilla kohteen muotoa: ts. toista päälinjat (eikä väriä, mikä on ristiriidassa muodon ja ääriviivojen kanssa).

4. Sitten tarvitset viimeistelyn, täyteläisen ja vahvan, kun oikeat värit on jo valittu. Usein kannattaa lisätä kohokohtia, jotka elävöittävät piirustusta suuresti. Yksinkertaisin asia on käyttää tavallista liitua (sävytetylle paperille) tai pehmeää pyyhekumia (valkoiselle paperille). Muuten, jos käytät löysää tekniikkaa - liitua tai pastellia - voit sitten korjata työn hiuslakalla.

Kun hallitset tämän tekniikan, voit käyttää sitä luonnossa, jos sinulla ei ole tarpeeksi aikaa, kirjaimellisesti "polvillasi" (älä vain unohda tabletteja - pakkauspahvi riittää!).

Ja tietysti työmme onnistumisen vuoksi järjestämme ehdottomasti näyttelyitä - joskus luokkahuoneessa, joskus koulun käytävillä. Melko usein lasten raportit samasta aiheesta ajoitetaan samaan aikaan näyttelyn kanssa - sekä suullisesti että kirjallisesti. Kaiken kaikkiaan tällainen projekti jättää sinulle ja lapsille tunteen suuresta ja kauniista työstä, johon kannattaa valmistautua. Todennäköisesti voit aloittaa työskentelyn biologian tunneilla, kun otat yhteyttä ja keskinäinen kiinnostus taiteen opettajan kanssa: analyyttinen valmisteleva vaihe, jossa tutkitaan esinettä, luodaan lyijykynäluonnos ja lopetetaan se yhdessä valitsemassasi tekniikassa - hänen tunneissaan.

Tässä on esimerkki. Kasvitiede, aihe "Pako - silmu, haarautuminen, versojen rakenne." Etualalla on suuri oksa, jossa on silmuja, taustalla on puiden tai pensaiden siluetteja valkoisen lumen ja mustan taivaan taustalla. Tekniikka: musta muste, valkoinen paperi. Oksat - elämästä, puiden siluetit - valokuvista tai kirjapiirroksista. Otsikko on "Puita talvella" tai "Talvimaisema".

Toinen esimerkki. Tutkiessamme aihetta "Hyönteisten järjestys" teemme lyhyen työn aiheesta "Kuoriaisten muoto ja tilavuus". Mikä tahansa tekniikka, joka välittää valoa ja varjoa ja korostuksia (akvarelli, muste vedellä, sivellin), mutta yksivärinen, jotta se ei häiriintyisi muodon tutkimisesta ja kuvaamisesta (kuva 11). Yksityiskohdat on parempi työstää kynällä tai geelikynällä (jos käytät suurennuslasia, jalat ja pää tulevat paremmin esiin).

Riisi. 11. Kovakuoriaiset. Muste, kynä kynällä, volyymi - siveltimellä ja laimennetulla musteella, hienoja yksityiskohtia kynällä, satiinista

1-2 kaunista teosta neljänneksellä riittää - ja elävän olennon piirtäminen ilahduttaa kaikkia osallistujia tässä vaikeassa prosessissa.