Laboratorijos

Chemijos-Biologijos laboratorija

Laboratorijos vizija

Biologijos-chemijos laboratorija – šiuolaikiška žinių ir praktinių įgūdžių ugdymo laboratorija, įkūnijanti STEAM principus: neskaidomą ir integruotą fundamentinį ugdymą (biologijoje integruojant chemiją, fiziką, informatiką ir matematiką); procesų demonstravimą laboratorijoje ir stebėjimą realiame gyvenime; koncentruojančią ir konceptualizuojančią reiškinių teorinę interpretaciją; mokslo rezultatų taikymą, kuriant technologijas. Laboratorijoje bus galima atlikti ir nedidelės apimties mokslinius-tiriamuosius darbus, taigi laboratorija pasitarnaus ir gamtos mokslų tyrimams.

Biologijos-chemijos žinių branduolį gali formuoti 4 tarpusavyje susiję konceptai: „organizuotos biosistemos“, „viršorganizminės sistemos“, apimantys fundamentines žinias bei „genų technologijos“ ir „kitos biotechnologijos“, apimantys žinių taikomąjį aspektą (žr. schemą). Šiandien technologijų kūrimas ir mokslo pasiekimai vystosi kartu, todėl akcentuojamas ryšys tarp dešinės ir kairės pusės schemos konceptų.

Organizuotos sistemos

Pirmasis konceptas „Organizuotos sistemos“ aprėpia biosistemas su aiškiu informaciniu valdymu. Šių sistemų prigimtis dualistinė: egzistuoja materialusis medžiagų-energijos virsmų pasaulis ir jį atspindintis simbolių pasaulis – informacinis biosistemos modelis.

Laboratorijoje bus demonstruojami materialaus posistemio procesai ir funkcijos (mitybos, katalizės, kvėpavimo, sintezės, pernašos, augimo ir kt.) bei simbolinio posistemio informaciniai fenomenai (DNR sekos, žmogaus ir gyvūnų refleksų demonstracija ir kt.). Šių fenomenų interpretacijai taikomos biotermodinamikos ir informacinio valdymo teorijos. Pavyzdžiui, materialiuose virsmuose svarbu suprasti: kam termodinaminiu požiūriu organizmui reikia maisto; kuo termodinamiškai vandens bėgimas nuo kalno panašus į pasyviąją pernašą ląstelėje; kokie ląstelės procesai primena judėjimą į kalną, kaip juos termodinamiškai paaiškinti; kaip molekulinės mašinos-katalizatoriai perdirba medžiagas?

Nagrinėjant informacinio valdymo klausimus, svarbu suprasti: iš kur ląstelė ar daugialąstis organizmas „žino“ apie homeostatinius ar kitų savo būsenų rodiklius; kaip užrašytas organizmo DNR projektas ir kiti to organizmo projektai-modeliai. Mes prieiname prie kryžkelės, ką reiškia gauti informacijos vienetą (bitą) ir ar tai ką nors keičia; kas yra bitų gavėjai mūsų organizme ir kaip tai įtakoja procesus? Galiausiai, įdomūs yra ir biosistemų atkartojamumo su atsitiktinumu arba rekursyvumo aspektai, pavyzdžiui, kartų kaitose pasireiškiantys atsitiktiniai DNR projekto pokyčiai, lemiantys evoliuciją; kitas pavyzdys – atsitiktiniai pokyčiai neuroinformacijoje (sudaromi nauji ryšiai – sinapsės) yra svarbūs intelektinėje kūryboje, mokymesi.

Viršorganizminės sistemos

Antrasis konceptas „Viršorganizminės sistemos“ aprėpia aukštesnio lygmens sistemas be aiškaus informacinio posistemio – populiacijas, bendrijas, ekosistemas. Kitais žodžiais tariant, konceptas aprėpia autekologiją (organizmų rūšių ekologiją), demoekologiją (populiacijų ekologiją) ir sinekologiją (bendrijų ekologiją).

Laboratorijoje bus atliekami eksperimentai, demonstruojantys populiacijų kitimo laike (dinamikos) atvejus. Naudojantis lygtimi, kaip matematiniu modeliu, skirtinga populiacijų dinamika aiškintina parenkant dauginimosi koeficientus (jie būna +; 0; - verčių). Vertinant koeficientus yra svarbūs tiriamų rūšių ekologiniai poreikiai – juos suprantame tyrinėjant organizmų prisitaikymus, ekologines eiles. Stebint ir interpretuojant vienų populiacijų nykimą, o kitų augimą, prognozuojama bei interpretuojama ir bendrijų kaita (sukcesija). Galiausiai įdomi ir žmonijos populiacijos augimo dinamika planetoje. O kokia ši dinamika Lietuvoje, kokį dauginimosi koeficientą reikia parinkti jos aiškinimui ir kodėl jis toks? Kokios šios dinamikos perspektyvos?

Genų technologijos

Trečiasis konceptas „Genų technologijos“ aprėpia aukščiausio lygmens, šiuolaikines technologijas, pagrįstas organizmų informacinio posistemio arba gamybos projekto (DNR) keitimu, taip priverčiant organizmus vykdyti norimą gamybą. Šios technologijos buvo sukurtos tik atsiradus mokslo žinioms apie DNR, plazmides, genomo žirkles – restriktazes. Konceptas atsako į šiuo metu perspektyvias technologinio determinizmo ir transhumanizmo koncepcijas – valdyti biologines „mašinas“ pagal žmogaus norus.

Šio koncepto kontekste demonstruosime genetikos ir fiziologijos mokslais paremtą ląstelių kultūros metodą, įvairius genetinio kintamumo kūrimo metodus. Bendradarbiaujant su kitomis institucijomis, sieksime pademonstruoti šiuo metu labai aktualias genų inžinerijos technologijas. Skatinsime ieškoti atsakymų į klausimus: kas gi yra žmogaus valdoma evoliucija? Kas gi yra sintetinė biologija ar bioinžinerinė kūryba? Ar gamtos pertvarkymas yra blogybė?

Kitos biotechnologijos

Ketvirtas konceptas „Kitos biotechnologijos“ aprėpia maisto, žemės ūkio ar kitas technologijas, kur gamybos projektas DNR nekeičiamas, tik pasinaudojama organizmų natūraliai vykdoma gamyba – metabolizmu ir pan. Anot Georgijaus Gamovo ir Martyno Yčo, čia ląstelę ar organizmą prilyginsime gamyklai su tam tikru gamybos projektu – DNR bei gamybos priemonėmis – baltymais, perdirbančiais žaliavas ir duodančiais produktą. Šiomis natūraliomis perdirbimo technologijomis žmonės naudojosi nuo seno, dar neturėdami jų mokslinio paaiškinimo.

Kas yra kopūstų, agurkų rauginimas? O kefyro, alaus gamyba? Tai mikroorganizmų fermentų vykdomas medžiagų perdirbimas. Šias fermentacines technologijas demonstruosime ir kursime laboratorijoje. O kas yra žemės ūkio produkcijos sukūrimas? Supažindinsime su maistinės ir ne maisto paskirties (pavyzdžiui, biokuro) augalų auginimo ir panaudojimo technologijomis, fitoremediacijos (dirvožemio valymo), kalkinimo ir kitomis biotechnologijomis.