| Los biólogos pueden optar por estudiar Escherichia coli (E. coli), una bacteria que es un residente normal de nuestros tractos digestivos, pero que a veces también es responsable de los brotes de enfermedades. En esta micrografía, la bacteria se visualiza usando un microscopio electrónico de barrido y coloración digital. |
La naturaleza de la ciencia
La biología es una ciencia, pero ¿qué es exactamente la ciencia? ¿Qué comparte el estudio de la biología con otras disciplinas científicas? La ciencia (del latín scientia, que significa "conocimiento") puede definirse como conocimiento sobre el mundo natural.
La ciencia es una forma muy específica de aprender o saber sobre el mundo. La historia de los últimos 500 años demuestra que la ciencia es una forma muy poderosa de conocer el mundo; Es en gran parte responsable de las revoluciones tecnológicas que han tenido lugar durante este tiempo. Sin embargo, hay áreas de conocimiento y experiencia humana a las que no se pueden aplicar los métodos de la ciencia. Estos incluyen cosas como responder preguntas puramente morales, preguntas estéticas o lo que generalmente se puede clasificar como preguntas espirituales. La ciencia no puede investigar estas áreas porque están fuera del ámbito de los fenómenos materiales, los fenómenos de la materia y la energía, y no se pueden observar ni medir.
El método científico es un método de investigación con pasos definidos que incluyen experimentos y observación cuidadosa. Los pasos del método científico se examinarán en detalle más adelante, pero uno de los aspectos más importantes de este método es la prueba de hipótesis. Una hipótesis es una explicación sugerida para un evento, que se puede probar. Las hipótesis, o explicaciones tentativas, generalmente se producen dentro del contexto de una teoría científica. Una teoría científica es una explicación generalmente aceptada, completamente probada y confirmada para un conjunto de observaciones o fenómenos. La teoría científica es la base del conocimiento científico. Además, en muchas disciplinas científicas (menos en biología) existen leyes científicas, a menudo expresadas en fórmulas matemáticas, que describen cómo se comportarán los elementos de la naturaleza bajo ciertas condiciones específicas. No hay una evolución de las hipótesis a través de las teorías a las leyes como si representaran un cierto aumento en la certeza sobre el mundo. Las hipótesis son el material cotidiano con el que trabajan los científicos y se desarrollan dentro del contexto de las teorías. Las leyes son descripciones concisas de partes del mundo que son susceptibles de descripción matemática o formulada.
Ciencias Naturales
¿Qué esperarías ver en un museo de ciencias naturales? Ranas? Plantas? Esqueletos de dinosaurios? ¿Exhibiciones sobre cómo funciona el cerebro? ¿Un planetario? Gemas y minerales? O tal vez todo lo anterior? La ciencia incluye campos tan diversos como astronomía, biología, ciencias de la computación, geología, lógica, física, química y matemáticas. Sin embargo, aquellos campos de la ciencia relacionados con el mundo físico y sus fenómenos y procesos se consideran ciencias naturales. Por lo tanto, un museo de ciencias naturales puede contener cualquiera de los elementos enumerados anteriormente.
| Algunos campos de la ciencia incluyen astronomía, biología, informática, geología, lógica, física, química y matemáticas. |
No hay un acuerdo completo cuando se trata de definir qué incluyen las ciencias naturales. Para algunos expertos, las ciencias naturales son astronomía, biología, química, ciencias de la tierra y física. Otros académicos eligen dividir las ciencias naturales en ciencias de la vida, que estudian los seres vivos e incluyen biología y ciencias físicas, que estudian la materia no viva e incluyen astronomía, física y química. Algunas disciplinas como la biofísica y la bioquímica se basan en dos ciencias y son interdisciplinarias.
La investigación científica
Una cosa es común a todas las formas de la ciencia: un objetivo final "saber". La curiosidad y la investigación son las fuerzas impulsoras para el desarrollo de la ciencia. Los científicos buscan entender el mundo y la forma en que funciona. Se utilizan dos métodos de pensamiento lógico: razonamiento inductivo y razonamiento deductivo.
El razonamiento inductivo es una forma de pensamiento lógico que utiliza observaciones relacionadas para llegar a una conclusión general. Este tipo de razonamiento es común en la ciencia descriptiva. Un científico de la vida como un biólogo hace observaciones y las registra. Estos datos pueden ser cualitativos (descriptivos) o cuantitativos (que consisten en números), y los datos sin procesar pueden complementarse con dibujos, imágenes, fotos o videos. A partir de muchas observaciones, el científico puede inferir conclusiones (inducciones) basadas en evidencia. El razonamiento inductivo implica formular generalizaciones inferidas de la observación cuidadosa y el análisis de una gran cantidad de datos. Los estudios del cerebro a menudo funcionan de esta manera. Se observan muchos cerebros mientras las personas realizan una tarea. La parte del cerebro que se ilumina, que indica actividad, se demuestra que es la parte que controla la respuesta a esa tarea.
El razonamiento deductivo o la deducción es el tipo de lógica utilizada en la ciencia basada en hipótesis. En el razonamiento deductivo, el patrón de pensamiento se mueve en la dirección opuesta en comparación con el razonamiento inductivo. El razonamiento deductivo es una forma de pensamiento lógico que utiliza un principio general o una ley para pronosticar resultados específicos. A partir de esos principios generales, un científico puede extrapolar y predecir los resultados específicos que serían válidos siempre que los principios generales sean válidos. Por ejemplo, una predicción sería que si el clima se calienta en una región, la distribución de plantas y animales debería cambiar. Se han hecho comparaciones entre distribuciones en el pasado y el presente, y los muchos cambios que se han encontrado son consistentes con un clima más cálido. Encontrar el cambio en la distribución es evidencia de que la conclusión del cambio climático es válida.
Ambos tipos de pensamiento lógico están relacionados con las dos vías principales del estudio científico: la ciencia descriptiva y la ciencia basada en hipótesis. La ciencia descriptiva (o de descubrimiento) tiene como objetivo observar, explorar y descubrir, mientras que la ciencia basada en hipótesis comienza con una pregunta o problema específico y una posible respuesta o solución que se puede probar. El límite entre estas dos formas de estudio a menudo es borroso, porque la mayoría de los esfuerzos científicos combinan ambos enfoques. Las observaciones conducen a preguntas, las preguntas conducen a formar una hipótesis como una posible respuesta a esas preguntas, y luego la hipótesis se prueba. Así, la ciencia descriptiva y la ciencia basada en hipótesis están en diálogo continuo.
Prueba de hipótesis
Los biólogos estudian el mundo de los vivos haciendo preguntas al respecto y buscando respuestas basadas en la ciencia. Este enfoque también es común a otras ciencias y a menudo se lo denomina método científico. El método científico se usó incluso en la antigüedad, pero fue documentado por primera vez por Sir Francis Bacon de Inglaterra (1561-1626), quien estableció métodos inductivos para la investigación científica. El método científico no es utilizado exclusivamente por biólogos, pero puede aplicarse a casi cualquier cosa como un método lógico de resolución de problemas.
| A Sir Francis Bacon se le atribuye ser el primero en documentar el método científico. |
El proceso científico generalmente comienza con una observación (a menudo un problema a resolver) que lleva a una pregunta. Pensemos en un problema simple que comienza con una observación y apliquemos el método científico para resolver el problema. Un lunes por la mañana, un estudiante llega a clase y rápidamente descubre que el aula es demasiado cálida. Esa es una observación que también describe un problema: el aula es demasiado cálida. Luego el estudiante hace una pregunta: "¿Por qué el aula es tan cálida?"
Recuerde que una hipótesis es una explicación sugerida que puede ser probada. Para resolver un problema, se pueden proponer varias hipótesis. Por ejemplo, una hipótesis podría ser: "El aula es cálida porque nadie encendió el aire acondicionado". Pero podría haber otras respuestas a la pregunta y, por lo tanto, se pueden proponer otras hipótesis. Una segunda hipótesis podría ser: "El aula es cálida porque hay un corte de energía y, por lo tanto, el aire acondicionado no funciona".
Una vez que se ha seleccionado una hipótesis, se puede hacer una predicción. Una predicción es similar a una hipótesis, pero generalmente tiene el formato "Si". . . entonces . . . . " Por ejemplo, la predicción para la primera hipótesis podría ser: "Si el alumno enciende el aire acondicionado, el aula ya no estará demasiado caliente".
Una hipótesis debe ser comprobable para garantizar que sea válida. Por ejemplo, una hipótesis que depende de lo que piensa un oso no es comprobable, porque nunca se puede saber lo que piensa un oso. También debe ser falsificable, lo que significa que puede ser refutado por resultados experimentales. Un ejemplo de una hipótesis infalificable es "El nacimiento de Venus de Botticelli es hermoso". No hay ningún experimento que pueda mostrar que esta afirmación sea falsa. Para probar una hipótesis, un investigador llevará a cabo uno o más experimentos diseñados para eliminar una o más de las hipótesis. Esto es importante. Una hipótesis puede ser refutada o eliminada, pero nunca se puede probar. La ciencia no se ocupa de pruebas como las matemáticas. Si un experimento no puede refutar una hipótesis, entonces encontramos apoyo para esa explicación, pero esto no quiere decir que en el camino no se encuentre una mejor explicación, o se encontrará un experimento más cuidadosamente diseñado para falsificar la hipótesis.
Cada experimento tendrá una o más variables y uno o más controles. Una variable es cualquier parte del experimento que puede variar o cambiar durante el experimento. Un control es una parte del experimento que no cambia. Busque las variables y controles en el ejemplo que sigue. Como ejemplo simple, se podría realizar un experimento para probar la hipótesis de que el fosfato limita el crecimiento de algas en los estanques de agua dulce. Una serie de estanques artificiales se llenan de agua y la mitad de ellos se tratan agregando fosfato cada semana, mientras que la otra mitad se trata agregando una sal que se sabe que las algas no usan. La variable aquí es el fosfato (o falta de fosfato), los casos experimentales o de tratamiento son los estanques con fosfato agregado y los estanques de control son aquellos con algo inerte agregado, como la sal. Solo agregar algo también es un control contra la posibilidad de que agregar material adicional al estanque tenga un efecto. Si los estanques tratados muestran un menor crecimiento de algas, entonces hemos encontrado apoyo para nuestra hipótesis. Si no lo hacen, rechazamos nuestra hipótesis. Tenga en cuenta que rechazar una hipótesis no determina si las otras hipótesis pueden aceptarse o no; simplemente elimina una hipótesis que no es válida. Usando el método científico, las hipótesis que son inconsistentes con los datos experimentales son rechazadas.
En los últimos años, se ha desarrollado un nuevo enfoque de prueba de hipótesis como resultado de un crecimiento exponencial de los datos depositados en varias bases de datos. Usando algoritmos informáticos y análisis estadísticos de datos en bases de datos, un nuevo campo de la llamada "investigación de datos" (también conocida como investigación "in silico") proporciona nuevos métodos de análisis de datos y su interpretación. Esto aumentará la demanda de especialistas tanto en biología como en informática, una prometedora oportunidad de carrera.
En la práctica, el método científico no es tan rígido y estructurado como podría parecer a primera vista. A veces un experimento lleva a conclusiones que favorecen un cambio de enfoque; a menudo, un experimento trae preguntas científicas completamente nuevas al rompecabezas. Muchas veces, la ciencia no opera de manera lineal; en cambio, los científicos continuamente hacen inferencias y hacen generalizaciones, encontrando patrones a medida que avanza su investigación. El razonamiento científico es más complejo de lo que sugiere el método científico solo.
Ciencias Básicas y Aplicadas
La comunidad científica ha estado debatiendo durante las últimas décadas sobre el valor de los diferentes tipos de ciencia. ¿Es valioso perseguir la ciencia por el simple hecho de obtener conocimiento, o el conocimiento científico solo tiene valor si podemos aplicarlo para resolver un problema específico o mejorar nuestras vidas? Esta pregunta se centra en las diferencias entre dos tipos de ciencia: ciencia básica y ciencia aplicada.
La ciencia básica o la ciencia "pura" busca expandir el conocimiento independientemente de la aplicación a corto plazo de ese conocimiento. No está enfocado en desarrollar un producto o servicio de valor público o comercial inmediato. El objetivo inmediato de la ciencia básica es el conocimiento por el bien del conocimiento, aunque esto no significa que al final no resulte en una aplicación.
Por el contrario, la ciencia aplicada o "tecnología" tiene como objetivo utilizar la ciencia para resolver problemas del mundo real, haciendo posible, por ejemplo, mejorar el rendimiento de un cultivo, encontrar una cura para una enfermedad en particular o salvar animales amenazados por un desastre natural. . En ciencias aplicadas, el problema generalmente se define para el investigador.
Algunas personas pueden percibir la ciencia aplicada como "útil" y la ciencia básica como "inútil". Una pregunta que estas personas podrían hacerle a un científico que defiende la adquisición de conocimiento sería: "¿Para qué?" Sin embargo, una mirada cuidadosa a la historia de la ciencia revela que el conocimiento básico ha resultado en muchas aplicaciones notables de gran valor. Muchos científicos piensan que es necesaria una comprensión básica de la ciencia antes de desarrollar una aplicación; por lo tanto, la ciencia aplicada se basa en los resultados generados a través de la ciencia básica. Otros científicos piensan que es hora de pasar de la ciencia básica y, en cambio, encontrar soluciones a problemas reales. Ambos enfoques son válidos. Es cierto que hay problemas que requieren atención inmediata; sin embargo, se encontrarían pocas soluciones sin la ayuda del conocimiento generado a través de la ciencia básica.
Un ejemplo de cómo las ciencias básicas y aplicadas pueden trabajar juntas para resolver problemas prácticos ocurridos después del descubrimiento de la estructura del ADN llevó a una comprensión de los mecanismos moleculares que rigen la replicación del ADN. Se encuentran hebras de ADN, únicas en cada ser humano, en nuestras células, donde proporcionan las instrucciones necesarias para la vida. Durante la replicación del ADN, se hacen nuevas copias del ADN, poco antes de que una célula se divida para formar nuevas células. La comprensión de los mecanismos de replicación del ADN permitió a los científicos desarrollar técnicas de laboratorio que ahora se utilizan para identificar enfermedades genéticas, identificar a las personas que se encontraban en la escena del crimen y determinar la paternidad. Sin ciencia básica, es poco probable que exista la ciencia aplicada.
Otro ejemplo del vínculo entre la investigación básica y la aplicada es el Proyecto Genoma Humano, un estudio en el que cada cromosoma humano fue analizado y mapeado para determinar la secuencia precisa de subunidades de ADN y la ubicación exacta de cada gen. (El gen es la unidad básica de herencia representada por un segmento de ADN específico que codifica una molécula funcional). Otros organismos también se han estudiado como parte de este proyecto para obtener una mejor comprensión de los cromosomas humanos. El Proyecto Genoma Humano se basó en la investigación básica realizada con organismos no humanos y, más tarde, con el genoma humano. Finalmente, un objetivo final importante se convirtió en utilizar los datos para la investigación aplicada en busca de curas para enfermedades genéticamente relacionadas.
| El Proyecto Genoma Humano fue un esfuerzo de colaboración de 13 años entre investigadores que trabajan en diferentes campos de la ciencia. El proyecto se completó en 2003. |
Si bien los esfuerzos de investigación en ciencias básicas y ciencias aplicadas generalmente se planifican cuidadosamente, es importante tener en cuenta que algunos descubrimientos se hacen por casualidad, es decir, por un accidente afortunado o una sorpresa afortunada. La penicilina se descubrió cuando el biólogo Alexander Fleming dejó accidentalmente abierta una placa de Petri de la bacteria Staphylococcus. Creció un moho no deseado, matando a las bacterias. El moho resultó ser Penicillium, y se descubrió un nuevo antibiótico. Incluso en el mundo altamente organizado de la ciencia, la suerte, cuando se combina con una mente observadora y curiosa, puede conducir a avances inesperados.
Reportando trabajo científico
Ya sea que la investigación científica sea ciencia básica o ciencia aplicada, los científicos deben compartir sus hallazgos para que otros investigadores amplíen y desarrollen sus descubrimientos. La comunicación y la colaboración dentro y entre las subdisciplinas de la ciencia son clave para el avance del conocimiento en la ciencia. Por esta razón, un aspecto importante del trabajo de un científico es difundir resultados y comunicarse con sus compañeros. Los científicos pueden compartir los resultados presentándolos en una reunión o conferencia científica, pero este enfoque solo puede llegar a los pocos que están presentes. En cambio, la mayoría de los científicos presentan sus resultados en artículos revisados por pares que se publican en revistas científicas. Los artículos revisados por pares son artículos científicos que son revisados, generalmente de forma anónima por colegas o colegas de un científico. Estos colegas son personas calificadas, a menudo expertos en la misma área de investigación, que juzgan si el trabajo del científico es o no adecuado para su publicación. El proceso de revisión por pares ayuda a garantizar que la investigación descrita en un documento científico o propuesta de subvención sea original, significativa, lógica y exhaustiva. Las propuestas de subvención, que son solicitudes de financiación de investigación, también están sujetas a revisión por pares. Los científicos publican su trabajo para que otros científicos puedan reproducir sus experimentos en condiciones similares o diferentes para ampliar los hallazgos. Los resultados experimentales deben ser consistentes con los hallazgos de otros científicos.
Hay muchas revistas y la prensa popular que no utilizan un sistema de revisión por pares. Una gran cantidad de revistas en línea de acceso abierto, revistas con artículos disponibles sin costo, ahora están disponibles, muchas de las cuales utilizan sistemas rigurosos de revisión por pares, pero algunas no. Los resultados de cualquier estudio publicado en estos foros sin revisión por pares no son confiables y no deberían formar la base para otro trabajo científico. En una excepción, las revistas pueden permitir que un investigador cite una comunicación personal de otro investigador sobre resultados no publicados con el permiso del autor citado.
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Puedes escribir un comentario en la parte de abajo y nosotros con gusto te responderemos. Esperemos que tengas un lindo día. ¡Mucho éxito en tus estudios!
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