Biologia: znaczenie, badania i obserwacje

Biologia zajmuje się budową organizmów, ich czynnościami życiowymi i funkcjonowaniem w środowisku. Bada również ich pochodzenie oraz pokrewieństwo.

Organizmy mają budowę komórkową i materiał genetyczny w postaci DNA. Wykonują czynności życiowe: odżywiają się, oddychają, wydalają, poruszają się, reagują na bodźce, rozmnażają się, rosną i rozwijają. Potrafią utrzymywać homeostazę, czyli równowagę wewnętrzną.

W procesach dziedziczenia przekazują cechy potomstwu. Informacja o tych cechach jest zapisana w genach. Gen to odcinek DNA zawierający informację dotyczącą budowy białka lub cząsteczki RNA. Organizmy podlegają także ewolucji związanej z mutacjami, czyli zmianami w DNA.

W zadaniu opisano cząstkę zbudowaną z DNA i białek, całkowicie zależną od komórki bakterii. Nie ma ona budowy komórkowej, nie funkcjonuje i nie rozmnaża się samodzielnie oraz nie rośnie ani się nie rozwija. W świetle przedstawionych cech nie zaliczamy jej do organizmów.

Wiedza biologiczna ma znaczenie w wielu dziedzinach życia. W medycynie i farmakologii pomaga rozpoznawać i leczyć choroby oraz produkować szczepionki, antybiotyki i hormony, np. insulinę. Materiał opisuje modyfikowanie bakterii w celu uzyskania zdolności wytwarzania ludzkiej insuliny lub antybiotyków.

W rolnictwie, ogrodnictwie i leśnictwie wykorzystuje się ją do uzyskiwania większych plonów i szybszego przyrostu masy ciała zwierząt. Modyfikacje genetyczne roślin mogą służyć zwiększaniu odporności na szkodniki. W ochronie środowiska biologia wspiera oczyszczanie ścieków i produkcję biogazu przy udziale mikroorganizmów.

W kryminalistyce pomaga ustalać tożsamość ofiar i sprawców, a także rekonstruować wygląd zmarłych oraz czas i miejsce ich śmierci. Psychologia i pedagogika korzystają z biologii przy badaniu wpływu genów i środowiska na zdrowie psychiczne oraz etapów rozwoju człowieka.

Produkcja kosmetyków obejmuje m.in. kremy z białkami zwierzęcymi - kolagenem i elastyną - oraz tworzenie kompozycji zapachowych. W zadaniu podano również wykorzystanie bakterii do produkcji enzymów dodawanych do środków piorących.

Informacje biologiczne można znaleźć w artykułach naukowych, podręcznikach akademickich, czasopismach popularnonaukowych, internecie i filmach dokumentalnych. O wiarygodności informacji decydują zgodność z faktami i poparcie dowodami.

Korzystając z internetu, należy ocenić stronę, z której pochodzi tekst. Materiał wskazuje strony naukowe, urzędowe i oficjalne strony organizacji, np. WHO. Treści z portali społecznościowych i forów wymagają dystansu.

Sprawdzenie informacji obejmuje kilka powiązanych działań:

• Ustal, kim są autorzy tekstu lub twórcy strony, czy istnieją i czy są wiarygodni.
• Sprawdź datę publikacji, ponieważ starsze informacje mogą być nieaktualne.
• Oceń cel tekstu i jego obiektywność; publikacja przygotowana na zlecenie firmy lub organizacji może być ukrytą reklamą.
• Otwórz podane źródła i sprawdź, czy rzeczywiście zawierają przywołane informacje.
• Jeśli to możliwe, porównaj wiadomości w wielu różnych źródłach i zapytaj eksperta, np. nauczyciela.

Nie wystarczy więc znaleźć tekst lub zobaczyć w nim link. Trzeba sprawdzić również treść źródła, autora, aktualność i cel przekazu.

Badania dostarczają wiedzy o organizmach, procesach i zjawiskach. Przy ich opisywaniu trzeba rozróżniać przedmiot badań, czyli zjawisko lub proces, oraz obiekt badań, czyli materiał biologiczny. Przebieg choroby jest procesem, natomiast cały organizm lub jego fragment jest materiałem, na którym można prowadzić badania.

Badany czynnik to element, którego wpływ chcemy poznać, np. jednokierunkowe oświetlenie. Metoda badawcza określa sposób przeprowadzenia badania.

Podczas obserwacji badacz opisuje to, co dostrzega, bez ingerowania w badane obiekty, procesy i zjawiska. Przykładami są sprawdzanie gatunków płazów na danym obszarze oraz obserwowanie zachowań godowych ptaków. Obserwacje prowadzi się w środowisku naturalnym albo w sztucznych warunkach, np. oglądając podział pantofelka w kropli wody.

W doświadczeniu badacz celowo zmienia jeden czynnik, aby sprawdzić jego wpływ. Materiał podaje badanie wpływu zasolenia gleby na wzrost roślin i światła na wzrost oraz rozwój rzeżuchy. Obserwacja może być także elementem doświadczenia.

Obserwacje makroskopowe dotyczą obiektów oglądanych gołym okiem, przez lupę lub lornetkę. Mikroskopowe dotyczą małych obiektów, np. bakterii i pojedynczych komórek, oraz wymagają mikroskopu.

Badanie rozpoczyna się od dostrzeżenia interesującego zjawiska lub procesu. Następnie formułuje się problem badawczy, określający cel w postaci pytania albo równoważnika zdania. Powinien wskazywać czynnik, przedmiot i obiekt badań.

Hipoteza jest przewidywaną, prawdopodobną odpowiedzią na ten problem. Uwzględnia te same elementy, ale nie jest jeszcze wynikiem badania.

Weryfikacja hipotezy obejmuje zaplanowanie prób, wykonanie badania z określonym czasem trwania i liczbą powtórzeń oraz dokumentację i analizę wyników. Dopiero potem formułuje się wniosek, potwierdzający lub odrzucający hipotezę. Wniosek musi odnosić się zarówno do przewidywania, jak i do uzyskanych wyników.

W przykładzie z pieprzycą problem dotyczy wpływu jednostronnego oświetlenia na kierunek wzrostu pędów siewek. Hipoteza przewiduje taki wpływ. Przez trzy dni porównuje się siewki oświetlane jednostronnie i równomiernie, fotografuje obie próby oraz mierzy odchylenie łodyg od pionu. Przedstawiony wniosek wskazuje, że pędy rosną w kierunku światła.

Próba badawcza jest poddawana działaniu badanego czynnika. Próba kontrolna nie jest poddawana jego działaniu i stanowi podstawę porównania. Obie próby powinny różnić się tylko tym czynnikiem, aby można było ocenić przyczynę zaobserwowanego efektu.

W przykładzie z solą ilość wody, światło i temperatura są wspólne dla obu prób, a sól znajduje się wyłącznie w badawczej. W doświadczeniu z pieprzycą badanym czynnikiem jest jednostronne oświetlenie, dlatego kontrolę oświetla się równomiernie.

Materiał rozróżnia kontrolę pozytywną, w której można zaobserwować przedmiot badania, oraz negatywną, w której nie można go zaobserwować. W opisanych skórnych testach alergicznych histamina stanowi kontrolę pozytywną, a sól fizjologiczna - negatywną.

W zadaniu z wiesiołkiem na dwóch szalkach z wilgotną bibułą umieszczono po dziesięć nasion. Jedna miała dostęp do światła, drugą zasłonięto czarnym papierem. Przez sześć dni utrzymywano temperaturę dwudziestu stopni Celsjusza i jednakowe podlewanie. Następnie liczono wykiełkowane siewki. Problem dotyczy wpływu światła na kiełkowanie; bez podanych wyników nie można rozstrzygnąć tego wpływu.

Mikroskop optyczny umożliwia według materiału powiększenie około tysiąca razy, a elektronowy - do miliona razy. Skaningowy mikroskop elektronowy, SEM, daje obraz trójwymiarowy; transmisyjny, TEM - dwuwymiarowy.

Elementy mechaniczne mikroskopu optycznego pełnią różne funkcje:

• Tubus utrzymuje soczewki we właściwym położeniu.
• Rewolwer umożliwia zmianę obiektywu, a stolik mieści preparat.
• Śruba makrometryczna przesuwa stolik względem obiektywu i pomaga odnaleźć obraz.
• Śruba mikrometryczna pozwala precyzyjnie ustawić ostrość.

Okular i obiektyw powiększają obraz. Kondensor skupia wiązkę światła, a źródło światła oświetla preparat.

Przed obserwacją należy wyczyścić części optyczne miękką szmatką, ustawić obiektyw o najmniejszym powiększeniu i zapewnić oświetlenie. Preparat umieszcza się pod obiektywem. Obraz odnajduje się śrubą makrometryczną, a ostrość dopracowuje mikrometryczną. Następnie można wybrać większe powiększenie i ponownie wyregulować ostrość.

Powiększenie całkowite oblicza się według zależności $P = O B$, gdzie $O$ oznacza powiększenie okularu, a $B$ obiektywu.

Po zakończeniu należy ponownie ustawić najmniejsze powiększenie, wyłączyć światło, wyczyścić części optyczne i odstawić mikroskop. Dokumentację mikroskopową tworzą rysunki lub fotografie. Rysunek wykonuje się ołówkiem, wiernie przedstawiając obiekt; można narysować tylko wybrane komórki. Dodaje się tytuł, opis i powiększenie. Zdjęcie wykonuje się po zbliżeniu aparatu do okularu i ustawieniu widocznego obrazu.

Wyniki badań można przedstawiać w tabelach, na wykresach, zdjęciach, rysunkach i filmach. Tabela powinna mieć tytuł określający zawartość i nagłówki opisujące dane w kolumnach. Dane ilościowe podaje się z jednakową dokładnością dla określonej jednostki, a jakościowe zapisuje słownie.

W tabeli dotyczącej fasoli siewki w świetle mają zieloną barwę i średnią wysokość $19{,}2$ centymetra, a w ciemności - żółtą barwę i $30{,}3$ centymetra. Barwa jest informacją jakościową, a wysokość - ilościową.

Rodzaj wykresu dobiera się do celu prezentacji:

• Wykres kołowy przedstawia udziały procentowe elementów w zbiorze.
• Wykres liniowy pokazuje zależność zjawiska od czynnika i tendencję zmian.
• Wykres kolumnowy, nazywany też słupkowym, porównuje bezwzględne wartości pomiarów w różnych grupach.

Analiza statystyczna obejmuje zbieranie, przetwarzanie i prezentowanie danych. W materiale wykorzystano średnią arytmetyczną. Jej regułę można zapisać jako $m = S/n$, gdzie $S$ to suma wyników, a $n$ - ich liczba. Obliczenia wykonuje się osobno dla każdej próby.

Opisane wyniki, ich porównanie i analiza stanowią podstawę wniosku - nie zastępuje ich samo wcześniejsze przewidywanie.