§6. С какой целью в биологии используется моделирование?

Определения и обозначения

Модель — упрощённое представление объекта или явления, которое сохраняет важные для изучения особенности. Например, модель клетки может показывать её части, но не все свойства настоящей клетки. Это понятие нужно, чтобы понимать: перед нами не сам объект, а его специально созданное представление. По модели можно изучать только то, что в ней предусмотрено.

Моделирование — создание и изучение моделей, чтобы получить сведения об объекте или явлении. Сначала выбирают, что именно хотят выяснить, а затем решают, какая модель поможет найти ответ. Такой подход нужен, когда наблюдать сам объект трудно или невозможно. Изучение модели позволяет сосредоточиться на нужных свойствах.

Материальная модель — модель, которую можно увидеть и потрогать; например, объёмная модель клетки. Она может быть больше или проще настоящего объекта, чтобы его строение было удобнее рассматривать. Такая модель нужна, когда важно представить расположение частей или форму объекта. При этом она не обязательно передаёт его цвет, движение и другие свойства.

Информационная модель — описание объекта с помощью знаков, слов, рисунков, схем или таблиц. Она может передавать сведения о строении объекта или связи между разными организмами. Этот вид нужен, когда важнее описать информацию, чем изготовить объёмный макет. Например, схема позволяет наглядно показать, кто с кем связан.

Как это устроено

Живые организмы и биологические явления не всегда удобно изучать напрямую. Организм может быть слишком маленьким, чтобы рассмотреть его детали без специальных средств, или настолько большим, что целиком он не помещается в поле зрения. Некоторые процессы происходят внутри организма, а наблюдателю недоступны. Модель помогает обойти эти трудности: исследователь выбирает, что показать, и рассматривает это отдельно.

Модель не копирует объект целиком, потому что тогда она была бы такой же сложной, как сам объект, и не помогала бы сосредоточиться на вопросе. Если нужно узнать, из каких частей состоит клетка, достаточно представить её строение, а не воспроизводить все процессы живой клетки. Поэтому при создании модели выбирают существенные свойства — те, которые важны для исследования. Остальные особенности можно не показывать, если они не помогают ответить на поставленный вопрос.

Вид модели выбирают по тому, что требуется изучить. Объёмный макет удобен, когда нужно представить форму и расположение частей: его можно рассматривать с разных сторон. Схема лучше показывает связи или порядок, потому что их можно обозначить линиями и стрелками. Текст или таблица подходят, если нужно сообщить и упорядочить сведения, например перечислить признаки разных организмов.

Работа с моделью начинается с вопроса: что нужно узнать? Затем выбирают важные для ответа свойства объекта и решают, в какой форме их показать. После этого создают подходящую модель — например, макет, рисунок или схему — и изучают её. Такая последовательность помогает не тратить силы на детали, которые не имеют отношения к задаче.

Результат изучения модели помогает делать выводы о настоящем объекте, но только в пределах того, что модель показывает. Если на схеме отмечены пищевые связи, по ней можно понять, какие организмы связаны, но нельзя определить их точный размер или окраску. Модель не заменяет наблюдение за живым организмом и может не учитывать его особенности. Поэтому выводы нужно соотносить с возможностями модели и не приписывать ей сведения, которых в ней нет.

Виды моделей в биологии

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, в какой форме представлена модель. Затем посмотрите, какие свойства она помогает изучать, и сравните их с целью задания. Одна и та же модель может быть полезна для одного вопроса и не подходить для другого.

Разбор задач

Объёмный макет клетки

Ученик рассматривает объёмный макет, чтобы представить, как выглядит клетка. Нужно определить вид модели и понять, для чего она пригодна. Важно не путать макет с настоящей клеткой: он передаёт только выбранные особенности её строения.

1. Определяем форму: макет можно увидеть и потрогать, значит, это материальная модель.
2. Связываем модель с целью задания: её объём помогает представить форму клетки и расположение её частей.
3. Проверяем ограничение: макет показывает строение, но сам по себе не раскрывает все процессы, происходящие в живой клетке.

Ответ: это материальная модель. Она помогает представить форму и строение клетки, но не является самой клеткой и не показывает все её свойства.

Схема с растениями, зайцем и лисой

На схеме стрелками показаны связи между растениями, зайцем и лисой. Нужно объяснить, что передаёт эта модель и чего по ней нельзя узнать. Сначала смотрим на её форму, затем отделяем показанные сведения от тех, которых на схеме нет.

1. Стрелки и условные изображения — это способ записать информацию, поэтому схема является информационной моделью.
2. По направлению стрелок можно понять, как связаны организмы, например кто служит пищей для другого.
3. Проверяем границы вывода: схема не сообщает точные размеры, окраску, количество животных или все особенности их поведения, если этого на ней не обозначили.

Ответ: схема передаёт связи между растениями, зайцем и лисой. По ней нельзя узнать свойства, которые не показаны, например точные размеры этих организмов.

Очень маленький организм

Нужно изучить строение организма, который нельзя подробно рассмотреть невооружённым глазом. Модель следует выбирать не наугад, а под вопрос о строении. При этом нужно заранее решить, какие сведения она должна передать и что останется за пределами изображения.

1. Определяем цель: требуется рассмотреть строение очень маленького организма, а не, например, его поведение.
2. Выбираем информационную модель — увеличенный рисунок или схему, где можно обозначить важные части и их расположение.
3. Отмечаем ограничение: такая модель поможет изучить показанные детали, но может не передать настоящие размеры, цвет, движение и все особенности организма.

Ответ: подойдёт увеличенный рисунок или схема строения. Они дадут сведения о частях организма и их расположении, но не заменят наблюдение и не покажут свойства, которые на модели не отражены.

Типичные ошибки

Считать модель точной копией объекта — ошибка: модель упрощена и сохраняет только часть его особенностей. Так думают, потому что наглядный макет кажется похожим на настоящий объект. Проверьте себя вопросом: какие свойства модель показывает, а какие в ней отсутствуют?

Думать, что моделью бывает только объёмный макет, тоже неверно. Это представление возникает, если словом «модель» называют только предмет, который можно взять в руки. Чтобы проверить себя, вспомните, передаёт ли информация рисунок, схема, текст или таблица: если да, это тоже может быть информационная модель.

Использовать любую модель для ответа на любой вопрос нельзя, потому что она отражает лишь определённые свойства. Ошибка возникает, когда забывают о цели, ради которой модель создавали. Спросите себя, показано ли в модели именно то, о чём спрашивает задание; если нет, она не поможет дать полный ответ.

Переносить выводы о модели на настоящий организм без оговорок опасно: модель может не передавать важных особенностей. Например, схема связей сама по себе не сообщает, как выглядят изображённые организмы. Проверьте себя: есть ли нужное свойство в модели и подтверждено ли оно наблюдением за настоящим объектом?

Связь с другими темами

Чтобы изучать модели, нужно знать, что у живых организмов есть строение и свойства, которые можно наблюдать и описывать. Это помогает понять, какие особенности стоит включить в модель для ответа на конкретный вопрос. Модели пригодятся при изучении клетки и строения организмов, потому что позволяют наглядно представить их части. Схемы и таблицы помогут разбираться в пищевых связях и других биологических объектах и явлениях.

Что запомнить

• Модель представляет объект или явление.
• Модель сохраняет не все, а только важные для изучения особенности.
• Моделирование помогает получать сведения об объектах и явлениях.
• Модели бывают материальными и информационными.
• Рисунок, схема и таблица могут быть информационными моделями.
• Выводы по модели нужно соотносить с её возможностями и ограничениями.