Навигация

Биологический софт

Главная
Об авторе
     Урочное:
Биология + компьютер:
         полные уроки по типам
Компьютерные программы
         на уроках
 Биософт                 Планшет
 Учебные рисунки и
           карикатуры
 Фотографии           Проекты
 Художественная
         литература на уроке
 Наглядные пособия
 Олимпиадное
 Книги и статьи
 ''Биология-10'': практикум +
         попытка учебника
 ''Игра и биология''
 ''Информационная
       культура и/или компьютер
       на уроках биологии''
 ИУМК ''Экология.          Конструирование
         биосферы''
 Проектно-ролевая игра
         ''Генная инженерия''
 ''Библейская генетика''
 Рабочие тетради
         по общей биологии
 Педагогическое

 Программа визуализации молекул "RasMol V2.7.5 Molecular Visualisation Program"

Сайт разработчиков ("Бернштейн-и-сыновья"), на нем есть версии программы под любую операционную систему. Наиболее распространенная версия программы под Windows располагается по ссылке ниже. Программа бесплатная, инсталляции не требует, файлы с нужным расширением узнает после первой подсказки.

Сами молекулы можно найти на сайте PDB (Банка белковых структур - но там есть и молекулы нуклеиновых кислот; для помощи в работе с сайтом см. Экскурсию по PDB), и на сайте www.nyu.edu (там есть малые молекулы - сахара, нуклеотиды, липиды, витамины). См. также мою маленькую коллекцию.

Есть также однооконная версия программы - RasTop (справа), позволяющая, к тому же, сохранять подготовленные для демонстрации модели (с выделенными группами атомов, удобными способами отображения и т.п.).

 

Virus Particle Explorer
Сайт с программным инструментом, с помощью которого можно для любого икосаэдрического вируса, структура капсомера которого известна (и находится в Банке белковых структур PDB) воссоздать полную вирусную частицу.
Также на сайте есть база данных со значительным количеством различных вирусных капсидов, созданных с помощью этого средства. Модели создаются в собственном формате с расширением vdb, однако эти файлы отлично открываются  RasMol (если не учитывать их размер – порядка 20 Мб – и соответственно время на обработку такого файла, впрочем, зависящего от вашего процессора; впрочем, представлять молекулярную поверхность, Molecular Surface, я бы не советовал).

См. также о моделировании вирусов тут.

 

Матеріали до практичної роботи   "Моделювання біополімерів" cd_ua.rar (архівний файл, 19,6 Мб)

 Музыка белков и нуклеиновых кислот

В Интернете есть целый ряд онлайновых проектов, которые позволяют перекодировать последовательность аминокислот белка или нуклеотидов ДНК в более или менее музыкальные произведения (не визуализация, а аудилизация молекул).

PROM - Protein Music Composer
Страничка для создания музыкальных фрагментов по первичной структуре белков в формате mid. Достаточно в текстовое поле ввести последовательность аминокислот полипептида (не обязательно набирать самому - можно взять готовые последовательности в базах
NCBI или ExPAsy) и нажать Submit, чтобы получить на выходе звуковой файл, например, такой:  альфа-1А-адренорецептор.

gene2music

Еще один проект, кодирующий музыкальные произведения по генам. Авторы проекта, Ри Такахаси (Rie Takahashi) и Джеффри Миллер (Jeffrey Miller) полагали, что смогут найти оригинальный подход, который не только создаст гармоничную музыку генов, но и пригодится в научных исследованиях, и  нашли способ преобразовать каждую из 20 стандартных аминокислот, из которых построены все белки, в аккорды фортепьяно. Так звучит, например,  гормон роста. Перекодировать собственный белок можно на этой странице. Статья в Мембране - тут.

Foldit 

Недавно группа американских исследователей создала полезную онлайн-игру под названием «Фолдит» (Foldit — «сложи это»). Играя в нее, вы можете помочь научному прогрессу, причем участвовать могут не только дипломированные специалисты, но и простые смертные. Вам предлагается решить одну из самых важных, обширных и нудных задач в биологии — определить правильную конформацию белка по его первичной последовательности. Но в игре от нудности не осталось и следа. На экране — разноцветная цепочка, которую надо сложить по определенным правилам. За верное решение начисляются очки, у каждого игрока есть собственный рейтинг. Можно объединяться в группы и решать задачи сообща — и при этом двигать биологию вперед.

Чтобы начать играть, надо зарегистрироваться и поставить на компьютере специальную программу. О том, как всё это сделать, написано здесь. Подробнее (а также обозначения к цифрам на рисунке справа) в "Элементах".

EteRNA
Аналогичный проект по дизайну РНК EteRNA. "Играя в EteRNA, - пишут разработчики, - вы будете участвовать в создании первой крупномасштабной библиотеки синтетических конструкций РНК. Ваши усилия будут способствовать выявлению новых принципов проектирования РНК-переключателей и наномашин - новых систем управления живыми клетками и болезнетворными вирусами. Взаимодействуя с тысячами игроков и изучая результаты реальных экспериментов, вы будете заниматься делать науку совершенно новым способом."

Справа - одно из заданий и его выполнение.

Phylo
Игра Phylo посвящена множественному выравниванию последовательностей ДНК. Была разработана в центре биоинформатики Университета Макгилла в 2010 г. Игроки решают головоломки, которые представляют собой нуклеотидные последовательности разных таксонов. Согласуя друг с другом нуклеотидные последовательности, представленные в виде разноцветных блоков, игроки пытаются достичь соответствия наибольшего возможного количества цветов и получить за это наивысшие баллы.
    Neurosim for Windows (Симулятор работы нейронов) 

 

Семейство программ (by W.J.Heitler из The Gatty Marine Laboratory, Университет св. Андрея, Шотландия), моделирующих работу как отдельных нейронов, так и нейронных сетей. Иллюстрирует передачу нервного импульса с нейрона на нейрон, работу группы нейронов, потенциалы на мембране (модель Ходжкина-Хаксли), введение в клетку микропипетки. Большой выбор параметров, которые можно произвольно менять, иллюстрация процессов на графиках, в динамике. Сами  программы - на сайте разработчиков.

 "Жизнь" Д. Конвея
и другие модели популяций

Хотя "Жизнь", или  "Эволюция" Д.Конвея и представляет собой игру, основанную на теории клеточных автоматов, она настолько напоминает все то, что происходит в живом мире, что от игры иногда тяжело оторваться. Основная идея игры состоит в том, чтобы, начав с какого-нибудь простого расположения живых клеток, проследить за эволюцией исходной позиции под действием генетических законов Конвея, которые управляют рождением, гибелью и выживанием клеток. Модифицируя эти параметры, можно наблюдать динамику клеточных популяций, а также упорядоченные структуры, возникающие при клеточном развитии. Игру можно скачать бесплатно c ряда сайтов, например, с сайта Антона Дубины, а также с http://freeware.ru/. Особенно удачна с точки зрения программирования версия Life 32 (169  кб в zip-архиве) by Johan Bontes - ee Homepage. Подробный рассказ об игре на сайте Истинного жизнелюба  В. Скляра, «Такова "Жизнь"» на Научном форуме http://lib.mexmat.ru/. См. также Cellular Automata explorer by Mirek Wojtowicz с "цветной" версией "Жизни".
Интересные модели популяций есть также на сайте В.И.Грабовского. И, конечно -
NetLogo - среда и изрядный набор имитационных моделей биологических (и не только) процессов и явлений - инсталлятор 58 Мб (но только на английском). По-русски см. о NetLogo на Летописи.RU.

Dyson / Eufloria
Dyson — космическая "био"стратегия. В начале каждого уровня игроку дается один или несколько астероидов на которых живут его «дайсоновые зерна». Каждое из зерен (в зависимости от астероида, на котором они появилось) владеет тремя характеристиками - скоростью, здоровьем и силой. Эти параметры влияют на скорость передвижения и регенерации зерна, его энергию и мощность. Зерна могут выполнять различные функции - давать жизнь новому дереву, атаковать вражеские зерна, защищать свой астероид, снижать энергию чужого астероида. Они образуются на ветвях деревьев, которые могут быть двух типов - для воспроизведения обычных (универсальных) зерен, и для запуска особых защитных колючих плодов. Словом, биотические факторы: конкуренция...
После версии 1.20 игра Dyson была переименована в
Eufloria, и стала платной. Однако в Интернете можно найти ее полную бесплатную версию (и даже с русским интерфейсом). Описание - отсюда.
LS IFS 1.1
Очень простая и удобная программа для выполнения фрактальных построений по известным параметрам (например, моделировать преобразования, описанные в статьях в журнале "В мире науки"). Изменения выполняются в текстовом файле LSIFS.txt (первый рисунок), после чего программа запускается вновь и строит фракталы с измененными параметрами (второй рисунок). Очень удобно экспериментировать с параметрами.
Программа создана Максимом Чинякиным. На сайте автора есть и более мощная версия с улучшенными графическими функциями (
LS IFS 2.1) - с ее помощью сделаны рисунки в фотоальбоме. Но для исследования удобнее более простая - первая.
Небольшая выборка наиболее удачных моделей биологических объектов (как автора, так и по журнальным статьям) в текстовом файле fractals.txt. Надо переставлять параметры конкретного фрактала в
файл LSIFS.txt.
Есть также онлайновые модули, реализованные на Java (см. Julia and Mandelbrot Set Explorer) и ряд более профессиональных специальных программ.
CellCraft, Phage Wars
Две Flash-игры на темы клеточной биологии.
CellCraft (справа) в доступной форме учит основам клеточной биологии - дает игроку знания о строении и функционировании клеток. Амёбе под руководством игрока предстоит искать ресурсы, эволюционировать и отбивать атаки вирусов. Игра создана в рамках Digital Media and Learning Competition. Скачать CellCraft можно бесплатно с сайта разработчиков (8,5 Мб).
 
Phage Wars - незатейливая онлайновая игра о конкуренции фагов. Выбираешь фага с определенными свойствами и стараешься заселить клетки быстрее, чем это сделают конкуренты. Сугубо action, биологического содержания немного, но по-своему весело. Как учебную задачу можно попробовать играть разными типами фагов и выяснять, влияют ли (и как влияют) стартовые условия, т.е. выбранный тип фага, на успех в конкурентной борьбе. Играть здесь.

Spore: редактор существ

На сайте известной игры-симулятора жизни и общества Spore выложен в открытом доступе на ряду с покупной полной версией демонстрационный, т.е. несколько обрезанный по функциональности, редактор существ "Лаборатория Существ Spore".
С точки зрения преподавания биологии очень милая игрушка: создать максимально адаптированное к заданным условиям существо - вполне интересная биологическая задача. Равно как и создать максимально абсурдное с точки зрения принципов биологии существо - тоже забавно. И выяснить, чем же они отличаются...
Впрочем, отдельно взятое существо создавать не очень интересно - надо как минимум с двумя соседями по пищевой цепи, чтобы понимать, как он адаптирован кушать того, кого кушает, и как - уходить от того, кто намеревается скушать его. Гонка вооружений, снова обед или жизнь...

  Sonogram Visible Speech 2.4

Если Вас не устраивает качество или количество сонограмм (спектрограмм - графической визуализации частотных характеристик)  птичьих или лягушачьих трелей, записей голоса человека и т.п. - можно сгенерировать их самостоятельно при помощи Sonogram Visible Speech 2.4. Это маленькая (6 Мб в zip-архиве, правда, нуждающаяся еще и в Java Runtime и Java3D) бесплатная, не требующая инсталляции кроссплатформенная программа для визуализации звуков, в т.ч. в виде трехмерных поверхностей. С сайта скачивается архив, распаковывается; запустили файл Sonogram.jar, открыли звуковой файл – программа генерирует сонограмму с анализом по каждой двухсотой доле секунды.
Программа разработана в Немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (Deutsches Forschungszentrum fuer Kuenstliche Intelligenz DFKI, www.dfki.de).
На рисунке справа - созданная в программе сонограмма  Dendrocopos medius.
См. также
подборку круговых сонограмм с голосами американских птиц и тоны сердца.
  Считалка калорий

"Считалка калорий" - программа для расчета пищевой и энергетической ценности (калорийности) рациона.
В программе реализованы:
 - сохранение и экспорт рационов в различные форматы для ведения "дневника питания";
 - добавление своих продуктов и готовых блюд (достаточно ввести компоненты блюда и их вес);
 - расчет процентного соотношения жиров, белков и углеводов в рационе, объема выпитой жидкости и количества хлебных единиц;
 - автоматический перевод в граммы из мер объема (чайная, столовая ложка, стакан) для некоторых продуктов.
"Считалка калорий" - это, по мнению разработчиков, помощник для тех, кто следит за своим питанием - например, хочет похудеть... но не учителю на уроке. Во-первых, демоверсия весьма урезана в возможностях. Во-вторых, посмотреть сбалансированность рациона по витаминам, микроэлементам или белкам невозможно. Так что проще сделать себе модель в Excel...
SellCode + 2.0,
SellCode 3.0 (украиноязычная версия)

Программа для проверки штрихкодов и пищевых добавок, включаемых в состав пищевых продуктов. Сайт разработчика http://www.griban.by.ru/ в процессе перманентного обновления. Саму программу (3-я версия, 552 кб) можно скачать с сайта. Разработчик о ней отзывается так:
Вы когда-нибудь задумывались из чего состоит то, что вы едите... Тогда эта программа для Вас! Она сможет по Е-коду (обозначения пищевых добавок) вычислить тип вещества, его воздействие на организм, дать совет по употреблению.
Очень, ну просто очень полезная и необходимая в хозяйстве штука.
Очень хороша для проведения лабораторных работ по экологии и биологии человека. См. лабораторную работу по экологии человека.
О штрих-кодах и Е-кодах на сайте автора программы есть и статья.


ПРОГРАММЫ СОСТАВЛЕНИЯ РОДОСЛОВНЫХ

Стандарт файлов родословных - *.ged (иконка слева). Вместе с тем, ряд программ имеет собственные, внутренние форматы.


GenoPro


Сайт программы. Дистрибутив 2,13 Мб. Достаточно мощная и многофункциональная программа, строящая родословные (почти) по правилам медико-генеалогического анализа, с использованием медицинской символики. Стоимость $49 (демоверсия с ограничениями, например, на сохранение родословных не более 25 членов; ознакомительная версия – 14 дней, лицензия для учебных заведений – 180 дней). Широкий ассортимент демонстрируемых связей (в т.ч. внутрисемейных отношенийэмоциональных, социальных и др.).
Цели использования: Подготовка родословных к задачам, анализ родословных с добавлением текстовых комментариев. Менее реально – создание учениками родословных по условию задач (относительно сложный функционал). Возможность выполнения проектов по составлению больших родословных группами учащихся, в т.ч. с демонстрацией социальных связей и эмоциональных отношений (интегрированный проект с литературой - персонажи романа). Пример - родословная героев Поттерианы, в т.ч. самого Г. Поттера, а также родословная для задачи, в которой нужно рассчитать вероятность рождения больных детей в паре, отмеченной стрелкой. Идеальна для составления
геносоциограмм (см. тут и тут).
Локализованный (и бесплатный) вариант под именем "Живая Родословная"  (7,55 Мб) - в коллекции ЦОР НФПК.


MyHeritage Family Tree Builder

Сайт программы. Дистрибутив 19,0 Мб. Бесплатная программа для составления семейных родословных и интеграции документов и данных, а также для экспорта и представления в Интернет. Очень удобное добавление медиаобъектов с редактированием их описаний, интуитивно понятный интерфейс. Хорошее сохранение файлов и back-up (возможность полного сохранения всего наработанного в одном отчуждаемом архиве). Экспорт в PDF и JPEG. Программа не предназначена для медико-генетических задач, нет научной символики.

Цели использования: Большие проекты, в т.ч. распределенные, с использованием Интернет, интегрированные с историей (мировой художественной культурой, литературой) – с изображениями, документами, привязками к историческим событиям и т.п. У программы много пользователей в Интернет, возможность интеграции с другими пользователями (поиск родственников).


Generezis

 

 

Бесплатная программа, сохраняющая родословные в формате *.ged. Предназначение - составление небольших родословных и повышение интереса к генеалогии; вместе с тем используемая символика (почти) соответствует научным требованиям.
Цели использования: Подготовка заданий по готовым (созданным в программе) родословным.
Пример - родословная А.С. Пушкина (впрочем, короткая и не совсем точная).


 

Отдельного разговора заслуживают программы моделирования климата - надеюсь, скорого.

Что касается программ по составлению тестов для проверки знаний учащихся - их очень много на сайтах бесплатных программ, но об их достоинствах и недостатках говорить нужно также отдельно.