Capítulo 1: La naturaleza y el proceso de la ciencia Respuestas

Preguntas de revisión

1. Explicar por qué la ciencia es considerada tanto un proceso como un cuerpo de conocimiento.
2. Indicar tres ejemplos específicos de esfuerzos humanos que se basan en el conocimiento científico.
3. Jenner utilizó a un niño como sujeto de investigación en su investigación de la vacuna contra la viruela. Hoy en día, los científicos deben seguir pautas estrictas a la hora de utilizar sujetos humanos en sus investigaciones. ¿Qué preocupaciones únicas crees que pueden surgir cuando los seres humanos son utilizados como sujetos de investigación?
4. ¿Qué le dio a Jenner la idea de desarrollar una vacuna contra la viruela?
5. ¿Por qué crees que pasó casi un siglo entre el desarrollo de la primera vacuna (para la viruela) y el desarrollo de la siguiente vacuna (para el cólera)?
6. ¿Cómo influye la ciencia en tu vida diaria?

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1. La ciencia es un cuerpo de conocimiento, pero también es el proceso mediante el cual se obtiene este conocimiento. El conocimiento científico avanza a lo largo del tiempo con experimentación y pruebas repetidas.
2. Las respuestas variarán. Respuesta muestral: Tres ejemplos específicos de esfuerzos humanos que se basan en el conocimiento científico son determinar la causa de una enfermedad como la enfermedad de Alzheimer, diseñar un edificio que pueda resistir el temblor de un fuerte terremoto sin colapsar, y desarrollar la tecnología necesarios para enviar astronautas a Marte.
3. Respuesta de muestra: El uso de seres humanos como sujetos de investigación puede generar preocupaciones sobre el riesgo de daño físico a los sujetos o problemas de privacidad. Estas preocupaciones no surgirían en la investigación sobre la mayoría de los otros organismos.
4. Jenner observó que las personas que se infectaron con la viruela no se enfermaron de viruela.
5. El hecho de que los “gérmenes” pueden causar enfermedades no se conocía hasta alrededor del momento en que se desarrolló la vacuna contra el cólera. Jenner hizo antes la afortunada observación de que las personas que estaban infectadas con la viruela no se enfermaron de viruela, pero es relativamente raro encontrar enfermedades similares donde una confiere naturalmente inmunidad a la otra.
6. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. En mi vida diaria, tomo medicamentos para tratar una afección médica, andar en autobús y usar computadoras y otra tecnología. La ciencia era necesaria para desarrollar todas estas cosas.

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1. ¿Sabes a quién se le considera el “padre de la ciencia moderna”? Usa internet para saber a quién se le otorga generalmente este honor y por qué. ¿Cómo se relaciona esto con la idea de la ciencia como proceso?
2. Las vacunas contra la viruela se administraron a prácticamente todos en Estados Unidos hasta 1972. Ahora rara vez se les da a alguien en Estados Unidos o en otro lugar. Entra en línea para averiguar por qué y resumir lo que aprendes.

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1. Galileo Galilei, un científico, matemático y filósofo italiano que vivió durante el siglo XVI, es generalmente considerado el “padre de la ciencia moderna”. Se le otorga este honor porque fue uno de los primeros defensores y practicantes de las pruebas de hipótesis basadas en la evidencia en la ciencia. Galileo también ha sido llamado el padre del método científico, que es la piedra angular de la ciencia como proceso.
2. Los brotes de viruela han ocurrido de vez en cuando durante miles de años, pero la enfermedad fue erradicada luego de un exitoso programa de vacunación mundial. El último caso de viruela en Estados Unidos fue en 1949, y la última vacunación rutinaria contra la viruela en Estados Unidos se dio en 1972. El último caso natural en el mundo fue en Somalia en 1977, por lo que las vacunas contra la viruela ya no se administran rutinariamente en ninguna parte del mundo.

Preguntas de revisión

1. Definir la ciencia.
2. ¿Cuál es el objetivo general de la ciencia?
3. Identificar cuatro supuestos básicos que hacen los científicos cuando estudian el mundo natural.
4. Explicar por qué la ciencia no puede dar respuestas a todas las preguntas.
5. ¿Las observaciones en la ciencia tienen que hacerse a simple vista? ¿Se te ocurre una manera en la que los científicos puedan hacer observaciones sobre algo que no pueden ver directamente?
6. Si algo no se puede observar, ¿se puede probar científicamente? Explica tu razonamiento.
7. ¿Qué crees que sería más susceptible de ser refutado: conclusiones extraídas de la ciencia de frontera o de la ciencia consensuada? Explica tu razonamiento.
8. El conocimiento científico se construye sobre sí mismo. Dar un ejemplo de una idea científica a partir de la lectura donde la idea inicial se extendió a medida que avanzaba la ciencia.
9. Un cambio dramático en la comprensión científica se llama ________ _________.
10. Discuta esta afirmación: “Las ideas científicas siempre están cambiando, por lo que no se puede confiar en ellas”. ¿Crees que esto es cierto?
11. Verdadero o Falso. La ciencia es a la vez un proceso y un cuerpo de conocimiento.
12. Verdadero o Falso. Una ley científica describe lo que ocurre la mayor parte del tiempo bajo ciertas condiciones.
13. ¿Cuál es una prueba de que la vida en la Tierra evolucionó con el tiempo?
14. ¿Por qué crees que, a medida que avanza la tecnología, el conocimiento científico se expande?

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1. La ciencia es una forma distintiva de adquirir conocimientos sobre el mundo natural que trata de responder preguntas con evidencia y lógica.
2. El objetivo general de la ciencia es incrementar nuestro conocimiento de la naturaleza.
3. Cuatro supuestos básicos que hacen los científicos son: la naturaleza puede entenderse a través del estudio sistemático, las ideas científicas están abiertas a la revisión, las ideas científicas sólidas resisten la prueba del tiempo y la ciencia no puede dar respuestas a todas las preguntas.
4. La ciencia no puede dar respuestas a todas las preguntas porque algunas preguntas no pueden ser respondidas con evidencia y lógica.
5. Las observaciones en la ciencia no necesitan hacerse a simple vista. Los científicos pueden utilizar herramientas para hacer observaciones sobre la naturaleza que no son observables directamente por los sentidos humanos. Las respuestas pueden variar. Los ejemplos pueden incluir el uso de un microscopio, telescopio, vehículo espacial no tripulado, etc.
6. No. La ciencia se basa en la evidencia, y si algo no se puede observar, no se puede reunir evidencia.
7. Es más probable que la ciencia de frontera sea desprobada que la ciencia consensuada, simplemente porque consiste en nuevos hallazgos que no tienen una larga historia de ser replicados y apoyados, a diferencia de la ciencia consensuada.
8. Las respuestas pueden variar. Las leyes de herencia de Mendel y la teoría atómica de Dalton son algunas respuestas posibles.
9. Cambio de paradigma.
10. Las respuestas pueden variar. Si bien es cierto que las ideas científicas están abiertas al cambio, se puede confiar en que los hallazgos científicos que han sido replicados repetidamente y apoyados por diferentes líneas de evidencia probablemente sean precisos. Ideas más nuevas que no han sido tan probadas a fondo, sin embargo, pueden verse con cierto escepticismo hasta que se obtenga más evidencia.
11. Cierto.
12. Falso. Una ley científica describe lo que siempre sucede bajo ciertas condiciones en la naturaleza. Sin embargo, una ley puede necesitar ser modificada a medida que se hacen más experimentos.
13. Las respuestas pueden variar. La evidencia fósil apoya la teoría de la evolución.
14. A medida que avanza la tecnología, mejoran los instrumentos y herramientas científicas, lo que aumenta nuestra capacidad para hacer experimentos y hacer observaciones sobre el mundo natural.

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1. Reconsidere las astas del alce. Formular una pregunta sobre ellos que creas que podría ser respondida con evidencia y lógica.
2. Con base en sus observaciones de por vida del mundo natural, escriba su propia ley natural.

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1. Respuesta de muestra: ¿Se utilizan las astas de alce para la defensa?
2. Respuesta de muestra: El sol siempre sale en Oriente y se pone en Occidente.

Preguntas de revisión

Semmelweis mostró cómo las muertes por fiebre puerperal aumentaron después de que los médicos comenzaron a realizar autopsias en la Maternidad de Viena (primera línea vertical) y disminuyeron después de que los médicos comenzaron a desinfectarse las manos (segunda línea vertical). A modo de comparación, mostró las menores tasas de mortalidad en el Hospital de Maternidad de Dublín donde no se realizaron autopsias.

1. Definir la teoría científica.
2. Contraste cómo se usa la teoría de palabras en la ciencia y en el lenguaje cotidiano.
3. ¿Cuál es la teoría germinal de la enfermedad? ¿Cómo se desarrolló?
4. Explique por qué Pasteur, más que Fracastoro o Semmelweis, se llama el padre de la teoría germinal.
5. Galeno y Fracastoro pueden haber presentado diferentes explicaciones de cómo se propaga una enfermedad, pero ¿qué observaciones crees que hicieron que fueran similares?
6. Utilice la explicación de la investigación de Semmelweis y la gráfica anterior para responder a las siguientes preguntas.
   1. ¿Cuál fue la observación de Semmelweis que lo llevó a emprender este estudio? ¿Qué pregunta estaba tratando de responder?
   2. ¿Cuál era la hipótesis (es decir, respuesta propuesta para una pregunta científica) de que Semmelweis estaba probando?
   3. ¿Por qué Semmelweis rastreó las tasas de mortalidad por fiebre puerperal en el Hospital de Maternidad de Dublín donde no se realizaron autopsias?
   4. ¿Cuáles fueron las dos pruebas mostradas en la gráfica que sustentaban la hipótesis de Semmelweis?
   5. ¿Por qué crees que fue importante que Semmelweis comparara el Hospital de Maternidad de Dublín y la Clínica de Maternidad de Viena en los mismos años?
7. ¿Cuál es la diferencia entre un microorganismo y un patógeno?
8. Explicar por qué el desarrollo del microscopio prestó apoyo a la teoría germinal de la enfermedad.
9. ¿La observación de microorganismos por sí sola prueba de manera concluyente que la teoría de los gérmenes es correcta? ¿Por qué o por qué no?
10. ¿Quién crees que estaba usando más razonamiento científico: Semmelweis o los médicos que se burlaban de sus resultados? Explica tu respuesta.

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1. Una teoría científica es una explicación amplia que es ampliamente aceptada porque está fuertemente respaldada por una gran cantidad de evidencia.
2. En el lenguaje cotidiano, la palabra teoría se utiliza para referirse a una suposición o corazonada que puede o no ser cierta. En la ciencia, la palabra teoría se utiliza para referirse a una idea que es ampliamente aceptada porque se ha acumulado una gran cantidad de evidencia en apoyo de la misma.
3. La teoría germinal de la enfermedad es la idea de que las enfermedades contagiosas son causadas por “gérmenes” o microorganismos. La idea de que pequeñas “entidades parecidas a semillas” (o gérmenes) causan enfermedades fue introducida por primera vez por Fracastoro a mediados del siglo XVI, pero fue ignorada en gran medida. Sin embargo, a lo largo de los tres siglos siguientes, la evidencia se acumuló para apoyar la teoría incipiente. Por ejemplo, van Leeuwenhoek utilizó el microscopio para descubrir microorganismos como bacterias en el siglo 1600. A mediados del siglo XIX, Semmelweis utilizó datos hospitalarios para inferir que los gérmenes transmitidos en las manos sucias de los médicos propagaban la fiebre puerperal. Desafortunadamente, sus pruebas fueron burladas. En las décadas de 1860 y 1870, Pasteur realizó cuidadosos experimentos y encontró pruebas convincentes de que los microorganismos causan ciertas enfermedades, incluida la fiebre puerperal. La evidencia de Pasteur y su fuerte convicción sobre la teoría de los gérmenes le permitieron convencer a la comunidad científica de aceptar la teoría.
4. Si bien Fracastoro hizo la primera declaración clara de la teoría de los gérmenes y Semmelweis aportó alguna evidencia para ello, ninguno de ellos convenció a otros médicos o científicos para que aceptaran la teoría. Pasteur es llamado el padre de la teoría germinal porque emprendió experimentos cuidadosos que proporcionaron fuertes evidencias para la teoría de gérmenes y también convencieron a la mayoría de la comunidad científica para que la aceptara.
5. Galeno y Fracastoro ambos probablemente observaron que la gente se enfermó al estar cerca de personas enfermas o cadáveres. Esto llevó a Galeno a proponer el miasma como agente causante de la enfermedad, pero Fracastoro atribuyó la causa a “entidades parecidas a semillas”.
6. a. Semmelweis había observado que las muertes maternas por fiebre puerperal se producían con mucha más frecuencia cuando las mujeres daban a luz en su hospital que en casa. Quería saber por qué estaba ocurriendo esto.

   b. La hipótesis de Semmelweis fue que la fiebre puerperal era una enfermedad contagiosa causada por algún tipo de materia transportada a pacientes embarazadas en manos de médicos de cuerpos autopsiados.

   c. Semmelweis utilizó datos del Hospital de Maternidad de Dublín donde no se realizaron autopsias para que pudiera probar su hipótesis de que se trataba de un agente transferido en manos de médicos de cuerpos autopsiados que estaba provocando que las mujeres murieran con mayor frecuencia de fiebre puerperal. El Hospital de Maternidad de Dublín sirvió como control para que Semmelweis pudiera comparar las tasas de mortalidad entre un hospital que no realizaba autopsias con uno que sí, lo que ayudó a señalar las autopsias como factor causal.

   d. Dos evidencias que apoyaban la idea de que los médicos estaban transfiriendo material contagioso de las autopsias a las mujeres que daban a luz fueron: 1) la tasa de mortalidad por fiebre puerperal aumentó después de que se iniciaran las autopsias, y 2) la tasa de mortalidad por fiebre puerperal volvió a bajar tras lavarse las manos se implementó.

   e. Era importante que Semmelweis comparara la Maternidad de Dublín y la Maternidad de Viena a lo largo de los mismos años debido a que las tasas de mortalidad puerperal fluctuaban ligeramente año con año. Puede haber otros factores que afectaron la tasa de mortalidad en un año determinado, por lo que para aislar la variable que quería probar (es decir, autopsias), necesitaba comparar los dos hospitales en los mismos años.

7. Los microorganismos son cualquier organismo demasiado pequeño para ser visto sin aumento. Los patógenos son tipos específicos de microorganismos que causan enfermedades.
8. El desarrollo del microscopio permitió la observación directa de microorganismos. Esto proporcionó evidencia de que efectivamente había “entidades parecidas a semillas” que eran demasiado pequeñas para que el ojo humano las viera.
9. El simple hecho de observar microorganismos no demuestra de manera concluyente que la teoría de los gérmenes sea correcta. Fue el primer paso y demostró que existen microorganismos, pero los científicos también tuvieron que demostrar que los microorganismos pueden ser transferidos de persona a persona y causar enfermedades para sustentar la validez de la teoría germinal.
10. Semmelweis utilizó el razonamiento científico porque recopiló y analizó cuidadosamente los datos, probó adecuadamente su hipótesis y sacó sus conclusiones a partir de múltiples pruebas. Los médicos que se burlaron de sus resultados, sin embargo, no recabaron pruebas y simplemente asumieron que los médicos siempre están limpios. Por lo tanto, no eran científicos en su razonamiento.

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1. ¿Cómo cree que la aceptación generalizada de la teoría de los gérmenes afectó a la medicina?
2. La leche, el jugo y algunos otros alimentos líquidos se pasteurizan. ¿Qué es la pasteurización y cómo se relaciona con Louis Pasteur y la teoría de gérmenes? Entra en línea para averiguarlo.

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1. Las respuestas pueden variar. Creo que la aceptación generalizada de la teoría de los gérmenes tuvo un gran impacto en la medicina. Hoy en día, los médicos, enfermeras y otro personal médico deben lavarse las manos con frecuencia, usar guantes estériles y seguir otras pautas estrictas para evitar transmitir gérmenes hacia y desde sus pacientes. Esto reduce la transmisión de enfermedades. También se han desarrollado medicamentos para matar microorganismos, como los antibióticos que matan las bacterias. Además, se han descubierto vacunas para prevenir muchas enfermedades causadas por microorganismos.
2. La pasteurización es un proceso que utiliza calor para tratar alimentos líquidos por lo que tendrán una vida útil más larga. El proceso lleva el nombre de Louis Pasteur quien lo inventó. Pasteur descubrió que calentar bebidas como la cerveza y el vino mata la mayoría de los gérmenes que pueden causar deterioro.

Preguntas de revisión

1. Esbozar los pasos de una investigación científica experimental típica.
2. ¿Qué es una hipótesis científica? ¿Qué características debe tener una hipótesis para ser útil en la ciencia?
3. Explica cómo podrías hacer una investigación científica para responder a esta pregunta: ¿Cuál de las siguientes superficies en mi hogar tiene más bacterias: el teléfono de la casa, el control remoto del televisor, el grifo del lavabo del baño o la manija exterior de la puerta? Formar una hipótesis y exponer qué resultados la apoyarían y qué resultados la refutarían.
4. Utilice la tabla anterior que muestra datos sobre el efecto del moho en el crecimiento bacteriano para responder a las siguientes preguntas.

   a. Observe las áreas de crecimiento bacteriano de las placas en un solo grupo, ya sea con moho (placas 1-5) o sin moho (placas 6-10). ¿Hay alguna variación dentro del grupo? ¿Cuáles crees que podrían ser posibles fuentes de variación dentro del grupo?

   b. Comparar el área de crecimiento bacteriano para la placa 1 frente a la placa 7. ¿Esto parece ser más una diferencia entre el grupo de moldes frente al grupo sin molde que si comparó la placa 5 frente a la placa 6? Usando estas diferencias entre los puntos de datos individuales, explique por qué es importante encontrar la media de cada grupo al analizar los datos.

   c. ¿Por qué cree que sería importante que otros investigadores intentaran replicar los hallazgos de este estudio?

5. Un científico está realizando un estudio para probar los efectos de un medicamento anticanceroso en ratones con tumores. Ella mira en las jaulas y observa que los ratones que recibieron el medicamento durante dos semanas aparecen más enérgicos que los que no recibieron el medicamento. Al final del estudio, realiza cirugía en los ratones para determinar si sus tumores se han encogido. Responde las siguientes preguntas sobre el experimento.

   a. ¿El nivel de energía de los ratones tratados con el medicamento es una observación cualitativa o cuantitativa?

   b. Al finalizar el estudio, mide el tamaño de los tumores. ¿Se trata de datos cualitativos o cuantitativos?

   c. ¿Se considerarían datos brutos o estadísticas descriptivas el tamaño de cada tumor?

   d. El científico determina la disminución promedio en el tamaño del tumor para el grupo tratado con fármaco. ¿Se trata de datos brutos, estadísticas descriptivas o estadísticas inferenciales?

   e. La disminución promedio del tamaño del tumor en el grupo tratado con fármaco es mayor que la disminución promedio en el grupo no tratado. ¿Puede el científico suponer que la droga encoge los tumores? Si no, ¿qué necesita hacer a continuación?

6. ¿Crees que los resultados publicados en una revista científica revisada por pares tienen más o menos probabilidades de ser científicamente válidos que los de un artículo o libro autopublicado? ¿Por qué o por qué no?
7. Explique por qué la ciencia real suele ser “no lineal”.

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1. Los pasos de una investigación científica experimental típica incluyen: hacer observaciones, hacer una pregunta, formar una hipótesis, recopilar y analizar datos para probar la hipótesis, sacar conclusiones y comunicar resultados.
2. Una hipótesis científica es una posible respuesta a una pregunta científica. Para ser útil en la ciencia, una hipótesis debe ser lógica y basarse en conocimientos científicos previos. También debe ser relativamente simple, y debe ser comprobable y falsificable. Es decir, debe ser posible generar evidencia a favor o en contra de la hipótesis, y debe ser posible hacer observaciones que desmentirían la hipótesis si realmente es falsa.
3. Respuesta de muestra: Para responder a esta pregunta, primero formaría una hipótesis que podría probar recopilando datos. Mi hipótesis podría ser que el grifo del lavabo del baño tiene la mayor cantidad de bacterias. Para probar mi hipótesis, recolectaría bacterias de cada superficie y compararía los resultados. Encontrar más bacterias en el grifo que en las otras superficies apoyaría mi hipótesis. Encontrar más bacterias en una o más de las otras superficies que el grifo refutaría mi hipótesis.
4. a. Sí, hay variación. Las respuestas pueden variar, pero las posibles fuentes de variación podrían incluir ligeras diferencias en: la cantidad o salud de bacterias o moho presentes inicialmente, variación en la cantidad de sustancia destructora de bacterias secretada por el moho, diferencias experimentales o de medición, etc. La variación es inherente a la naturaleza — biología ¡los experimentos rara vez dan como resultado exactamente las mismas mediciones cada vez!

   b. Sí, parece haber más diferencia entre la placa 1 y la placa 7 en comparación con la placa 5 y la placa 6, ya que la placa 1 y la placa 7 están ambas en el extremo lejano de los puntos de datos para sus respectivos grupos (la placa 1 tiene el área de crecimiento bacteriano más baja y la placa 7 tiene el área más alta). Es importante determinar la media de cada grupo para minimizar el impacto de la variación individual dentro de cada grupo para que se pueda evaluar cualquier efecto real del moho.

   c. Siempre es importante que se repitan los experimentos científicos y se repliquen los hallazgos, a fin de fortalecer la probabilidad de que las conclusiones sean correctas. Debido a que hay variación dentro de cada grupo, tener un pequeño número de placas o un número bajo de réplicas podría llevar a una interpretación engañosa de si la hipótesis es correcta o no.

5. a. es una observación cualitativa porque puede describirse con palabras pero no puede describirse numéricamente.

   b. Es cuantitativo porque puede describirse numéricamente.

   c. Los tamaños individuales de los tumores son datos brutos porque son las mediciones reales “en bruto”.

   d. El promedio dentro del grupo tratado con fármaco es un estadístico descriptivo porque resume los datos de ese grupo.

   e. No, no puede hacer esa suposición solo a partir de los promedios. Debe usar estadísticas inferenciales, como una prueba t, para determinar si el efecto es más probable debido al tratamiento farmacológico o simplemente al azar.

6. Los artículos que se publican en revistas científicas revisadas por pares tienen más probabilidades de ser científicamente válidos que la información de un artículo o libro autopublicado, ya que los artículos revisados por pares se envían a múltiples expertos en ese campo científico para la revisión de los métodos utilizados, resultados y conclusiones. Si los revisores no pensaran que el artículo era científicamente sólido, no habría sido publicado, a diferencia de artículos y libros autopublicados que normalmente no tienen un proceso de revisión por pares. Esto no significa que todos los artículos revisados por pares sean científicamente válidos (por ejemplo, en los casos en que los autores presentaron datos fraudulentos), sino que aumenta la probabilidad de que los experimentos fueran científicamente rigurosos y que se sacaran las conclusiones correctas.
7. La ciencia suele ser no lineal porque los científicos no siempre realizan los pasos de una investigación en un orden determinado, pueden repetir los mismos pasos muchas veces, pueden emprender una investigación paralela a medida que se hacen nuevas observaciones, o incluso pueden rediseñar su experimento original con base en observaciones iniciales.

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1. Las investigaciones de Alexander Fleming sobre moho y bacterias finalmente llevaron a su descubrimiento del antibiótico penicilina, que puede curar infecciones bacterianas en las personas. Entra en línea para conocer cómo Fleming hizo este descubrimiento, comenzando con la observación casual descrita en este artículo, y cómo finalmente se puso a disposición la penicilina para tratar infecciones. Resume lo que aprendes.
2. El proceso de la ciencia no ocurre en el vacío. A la vez influye y es influenciado por la sociedad. Un buen ejemplo de la relación entre ciencia y sociedad es el uso de células madre humanas en investigaciones científicas. Entra en línea para conocer este tema. Resumir la relación entre ciencia y sociedad en este caso, y explicar por qué el tema es tan polémico.

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1. Fleming había estado estudiando la bacteria Staphylococus cuando hizo la observación fortuita en 1928 de que un cultivo había sido contaminado con moho y que las colonias de bacterias que rodeaban inmediatamente el moho habían sido destruidas. El siguiente paso de Fleming fue cultivar el moho en un cultivo puro y demostrar que producía una sustancia que mató a una serie de diferentes bacterias causantes de enfermedades. Identificó que el moho era del género Penicillium y nombró a la sustancia que producía penicilina. Fleming publicó su descubrimiento en 1929 en una revista científica, pero recibió poca atención. Sin inmutarse, Fleming continuó sus investigaciones pero encontró que cultivar el moho de Penicillium era bastante difícil y que era aún más difícil aislar la sustancia que producía que mataba bacterias. Durante la década de 1930, Fleming continuó probando la penicilina y sus efectos sobre las bacterias, pero muchas de sus pruebas no fueron concluyentes y no logró refinar aún más la penicilina utilizable. Fleming finalmente abandonó la penicilina, pero poco después de que lo hiciera, otros dos investigadores encontraron una manera de producirla en masa, con fondos de los gobiernos de Estados Unidos y Gran Bretaña. Comenzaron la producción en masa tras el bombardeo de Pearl Harbor. Para el Día D en 1944, se había producido suficiente penicilina para tratar a todos los heridos en las fuerzas aliadas.
2. Las células madre son células indiferenciadas que tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula. Muestran gran promesa en el desarrollo de tratamientos médicos para una amplia gama de trastornos, como lesiones de la médula espinal y afecciones degenerativas como la esclerosis múltiple. Se podrían desarrollar tipos adicionales de tratamientos con células madre debido a su capacidad para reparar daños extensos en los tejidos. Las células madre están presentes en los adultos, pero es muy invasivo extraerlas. Las células madre adultas también parecen estar algo limitadas en sus capacidades para diferenciar y tratar trastornos. Las células madre embrionarias son más útiles en este sentido. En 1998, los científicos descubrieron cómo extraer células madre de embriones humanos. Los embriones abortados ofrecen una fuente potencial de células madre embrionarias, pero el debate social sobre el aborto nubla el tema. El estado del embrión humano y la investigación con células madre embrionarias humanas sigue siendo un tema controvertido porque la creación de una línea de células madre embrionarias humanas en este momento requiere la destrucción de un embrión humano. A las personas que se oponen al aborto les preocupan los derechos y la condición del embrión como vida humana. Creen que la investigación con células madre embrionarias viola la santidad de la vida y equivale a asesinato. La afirmación fundamental de quienes se oponen a la investigación con células madre embrionarias es la creencia de que la vida humana es inviolable, combinada con la creencia de que la vida humana comienza cuando un espermatozoide fertiliza un óvulo para formar una sola célula.

Preguntas de revisión

1. ¿En qué se diferencian los experimentos de otros tipos de investigaciones científicas?
2. Identificar las variables independientes y dependientes en el ensayo nacional de Salk con vacuna antipoliomielitis.
3. Comparar y contrastar error casual y sesgo en el muestreo. ¿Cómo se puede minimizar cada tipo de error?
4. ¿Cuál es el efecto placebo? Explique cómo el diseño experimental de Salk lo controlaba.
5. Rellene los espacios en blanco. La variable _____________ se manipula para ver los efectos sobre la variable ___________.
6. Verdadero o Falso. En estudios de gemelos idénticos, la variable independiente es su genética.
7. Verdadero o Falso. Los experimentos no se pueden hacer en humanos.
8. Verdadero o Falso. Los tamaños de muestra más grandes son generalmente mejores que los más pequeños en experimentos científicos.
9. Responde las siguientes preguntas sobre el experimento de escorbuto de Lind.

   a. ¿Por qué crees que era importante que las dietas de los marineros se mantuvieran todas iguales, aparte del suplemento diario?

   b. ¿Se te ocurren algunos factores distintos a la dieta que podrían haber sido potencialmente diferentes entre los marineros que podrían haber afectado el resultado del experimento?

   c. ¿Por qué crees que los marineros que bebieron sidra tuvieron alguna mejoría en sus síntomas de escorbuto?

10. Explique por qué los experimentos doble ciego se consideran más rigurosos que los experimentos ciegos regulares.
11. ¿Por qué son tan útiles los estudios que utilizan gemelos idénticos?
12. ¿Crees que es necesario incluir un placebo (como una inyección con solución salina en un experimento de pruebas de drogas) en experimentos que usan animales? ¿Por qué o por qué no?

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1. Un experimento se diferencia de otros tipos de investigaciones científicas al manipular algún factor en un sistema controlado para ver cómo afecta a otro factor.
2. La variable independiente en el ensayo vacunal de Salk fue vacuna/no vacuna (placebo). La variable dependiente fue infección por poliomieli/no infección por polio.
3. Se produce un error casual si la muestra es demasiado pequeña para que, por casualidad, no represente de manera justa a toda la población. El sesgo ocurre si la muestra no es aleatoria en términos de una de las variables del estudio. Un error de probabilidad se puede minimizar aumentando el tamaño de la muestra. El sesgo se puede minimizar seleccionando una muestra aleatoria.
4. El efecto placebo es una reacción de base psicológica a un tratamiento que ocurre solo porque el sujeto es tratado, aunque el tratamiento en sí no tenga ningún efecto real. En el experimento de Salk, a todos los sujetos se les administró una inyección, pero solo la mitad de las inyecciones contenían la vacuna contra la polio. La otra mitad contenía una solución salina inofensiva. Fue un experimento doble ciego, por lo que ni los sujetos ni los investigadores sabían qué sujetos habían recibido la vacuna y cuáles habían recibido el placebo.
5. independiente; dependiente
6. Falso
7. Falso
8. Cierto
9. a. fue importante mantener las dietas iguales para que la variable que Lind estaba probando, es decir, los diferentes suplementos diarios, fuera el único factor dietético que fue diferente entre los grupos.

   b. Las respuestas pueden variar. Los factores podrían incluir la edad, la salud general y la gravedad de los síntomas iniciales del escorbuto.

   c. La sidra pudo haber tenido algo de vitamina C, pero no tanto como los cítricos. Alternativamente, dado que este era un tamaño de muestra tan pequeño, ¡podría haber sido una oportunidad aleatoria! Se necesitarían más estudios para determinar si la sidra realmente ayudó.

10. En experimentos ciegos, solo los sujetos no saben si están en el grupo experimental o no. En un experimento doble ciego, tanto los sujetos como los investigadores desconocen en qué grupo se encuentran los sujetos. Esto reduce la posibilidad de que los investigadores estén sesgados consciente o inconscientemente hacia la búsqueda de un resultado particular, y por lo tanto se considera un tipo de estudio más riguroso.
11. Los gemelos idénticos tienen la misma genética, por lo que los investigadores pueden probar otros factores, como el ambiente, sin tener que preocuparse por los efectos de la variación genética.
12. Sí, es importante usar controles en experimentos con animales, como inyectar solución salina al grupo control, aunque generalmente no se llama placebo cuando están involucrados animales no humanos. Esto se debe a que puede haber un efecto del manejo o inyección por sí solo, independientemente de lo que se esté inyectando, y los científicos deben controlar por todos los posibles factores de confusión.

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1. Algunos trastornos y afecciones específicos parecen particularmente susceptibles de mejorar debido al efecto placebo solo. Esto puede ocurrir incluso cuando los sujetos saben que están tomando un placebo y no un tratamiento real. Entra en línea para conocer cuáles son algunos de estos trastornos y afecciones.
2. Salk no fue el único investigador que trabajaba en una vacuna contra la polio en la década de 1950. Otra vacuna fue desarrollada y probada por Albert Sabin. Conoce más sobre la vacuna de Sabin y en qué se diferencia de la vacuna de Salk. ¿Cuáles son las ventajas de cada vacuna y por qué se necesitan ambas para erradicar completamente la polio en una población?

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1. Respuesta de muestra: Las afecciones que parecen particularmente susceptibles de mejorar debido al efecto placebo solo incluyen depresión, dolor, trastornos del sueño, síndrome del intestino irritable y síntomas de la menopausia.
2. La vacuna de Sabin contiene un virus de la polio vivo, mientras que la vacuna de Salk contiene poliovirus muertos. La vacuna de Sabin es más efectiva para prevenir la polio. También es más fácil de administrar porque se puede administrar por vía oral en lugar de por inyección. Por otro lado, la vacuna de Salk es más segura, siendo menos probable que cause casos de polio. La vacuna de Sabin todavía se usa en todo el mundo en lugares donde la infraestructura médica no puede apoyar el suministro de vacunas inyectadas a todos los niños. No obstante, debido a que la vacuna de Sabin contiene virus vivos, ocasionalmente causa polio y no puede erradicar la enfermedad por completo. Una vez que la polio se controla principalmente en una población con la vacuna de Sabin, todavía se necesita la vacuna de Salk para acabar con ella.

Preguntas de revisión

1. Explicar por qué los estudios observacionales no pueden establecer la causalidad. Describe un ejemplo para ilustrar tu explicación.
2. Comparar y contrastar los tres tipos de estudios observacionales descritos anteriormente.
3. Identificar tres posibles razones para realizar un estudio observacional.
4. ¿Por qué los modelos se utilizan comúnmente en la investigación en biología humana?
5. Un estudio ____________ implica el recuerdo de variables ocurridas en el pasado, mientras que un estudio _____________ implica la observación de variables desde el inicio.

   A. correlación positiva; correlación negativa

   B. correlación negativa; correlación positiva

   C. retrospectivo; prospectivo

   D. prospectivo; retrospectivo

   6. Verdadero o Falso. Una correlación positiva significa que hay beneficios para la salud con la variable investigada.

   7. Verdadero o Falso. Una cohorte es un grupo de sujetos de diferentes edades, pesos, géneros y estados de salud.

   8. Se realiza un estudio para investigar si el consumo de refrescos influye en el desarrollo de la diabetes. Los sujetos son individuos diagnosticados recientemente con diabetes en comparación con los controles que no tienen diabetes. A todos los encuestados se les pregunta cuántas veces a la semana bebieron refresco en los últimos dos años. Responde las siguientes preguntas sobre esta investigación científica.

   a. ¿Qué tipo de estudio observacional es este?

   b. Los sujetos con diabetes son “emparejados” con los controles, lo que significa que los investigadores intentaron minimizar el efecto de otras variables fuera de la variable de interés (es decir, consumo de refrescos). ¿Cuáles crees que podrían ser algunas de esas otras variables?

   c. ¿Cree que los datos sobre el consumo de refrescos serán exactos? ¿Por qué o por qué no?

   d. ¿Cómo podría cambiar el estudio para obtener datos más precisos sobre si existe una relación entre el consumo de refrescos y la diabetes? Explica por qué tu nuevo estudio sería más preciso.

   9. ¿Cree que los modelos de simulación por computadora de sistemas biológicos pueden ser precisos sin observaciones o experimentos en organismos o tejidos vivos reales?

   10. Explicar por qué tanto las investigaciones observacionales como las experimentales son útiles en la ciencia.

Revisar respuestas

1. Los estudios observacionales no controlan las variables, por lo que las correlaciones que muestran entre variables no pueden interpretarse como una variable causante de otra. Siempre es posible que alguna otra variable afecte a ambas variables de interés y explique la correlación. Los ejemplos pueden variar. Respuesta muestral: Algunos estudios observacionales más antiguos encontraron una correlación entre el consumo de café y los resultados negativos de salud. Sin embargo, las personas que toman café también tienden a ser menos conscientes de la salud, por lo que es más probable que practiquen comportamientos poco saludables como fumar o beber alcohol. Estos comportamientos poco saludables, no el consumo de café, parecen explicar las correlaciones anteriores entre el café y los problemas de salud.
2. Los tres tipos de estudios observacionales descritos en esta sección son los estudios transversales, de casos y controles y de cohortes. Los estudios transversales recopilan datos de una muestra de sujetos solo una vez en un momento determinado. Estos estudios son baratos y fáciles de hacer, pero los resultados que producen son débiles. Los estudios de casos y controles recopilan datos retrospectivos de una muestra de casos (sujetos con una variable de interés, como el cáncer de pulmón) y de una muestra de controles (sujetos emparejados que no tienen la variable de interés). Los datos recopilados son retrospectivos, como información sobre hábitos de tabaquismo pasados, por lo que están sujetos a errores de recuerdo y respuestas deshonestas por parte de los encuestados. Sin embargo, sus resultados son generalmente más fuertes que los resultados de estudios transversales. Los estudios de cohortes recopilan datos prospectivos de un grupo (cohorte) de sujetos similares, que son seguidos a través del tiempo y entrevistados o probados repetidamente. Este tipo de estudio observacional es el más caro y difícil de hacer, pero produce los resultados más fuertes. También puede mostrar cómo se desarrolla una enfermedad o afección con el tiempo.
3. Respuesta muestral: Tres posibles razones para hacer un estudio observacional son evitar exponer a sujetos humanos a riesgos potenciales en un experimento, ahorrar dinero y tiempo, y maximizar el número de sujetos y el tamaño del conjunto de datos.
4. Respuesta de muestra: Los modelos se utilizan comúnmente en la investigación de biología humana porque los modelos facilitan el estudio y la comprensión de los sistemas biológicos, que son muy complejos. Organismos modelo como ratas de laboratorio pueden usarse para evitar experimentar directamente en sujetos humanos, lo que puede ser riesgoso y poco ético.
5. C
6. Falso
7. Falso
8. a. Se trata de un estudio de casos y controles.

   b. Las respuestas variarán. Algunas variables podrían ser dieta distinta a la soda, estado socioeconómico, acceso a la atención médica, edad, índice de peso/masa corporal, género, etnia, estado general de salud, nivel de ejercicio, etc.

   c. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. Debido a que los datos sobre el consumo de refrescos son autoreportados, está sujeto a errores de recordar por parte de los sujetos, sobre todo porque el periodo de tiempo (dos años) es tan largo. Además, los sujetos pueden subestimar consciente o inconscientemente su consumo de refrescos, ya que pueden saber que beber refrescos no es saludable. Entonces creo que los datos serían algo precisos, pero no muy precisos.

   d. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. Para obtener datos más precisos, haría un estudio de cohorte de sujetos similares sin diabetes y pedirles que escribieran la cantidad de refresco que bebían cada día. Entonces después de un periodo de tiempo, determinaría qué sujetos desarrollaron diabetes y luego vería si existe una correlación entre el consumo de refrescos y la diabetes. Este estudio sería más preciso porque disminuiría la posibilidad de que los sujetos informen erróneamente la cantidad de refresco que bebieron.

9. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. No, para que las simulaciones informáticas de sistemas biológicos sean precisas, deben estar fundamentadas en la realidad de los sistemas biológicos, que necesitan ser investigados observacional o experimentalmente. Los modelos pueden conducir a conocimientos útiles sin observación directa adicional o experimentación, pero es necesaria cierta investigación del sistema biológico para crear y refinar un modelo preciso.
10. Aunque generalmente se necesitan estudios experimentales para mostrar causalidad, los estudios observacionales suelen ser un buen primer paso para identificar posibles variables relacionadas. Los estudios observacionales suelen ser más fáciles, baratos y factibles de hacer que los estudios experimentales, por lo que pueden ser una buena manera de comenzar una investigación científica. Los estudios experimentales pueden posteriormente dar seguimiento para determinar la causalidad directa.

Explora más preguntas

1. En esta sección, lees sobre los conocidos estudios observacionales de Doll and Hill sobre el tabaquismo y el cáncer de pulmón. Otro estudio observacional muy conocido es el Framingham Heart Study. Entra en línea para conocer este estudio. Explique lo que está investigando el Estudio Framingham y algunos de sus hallazgos importantes. ¿Qué tipo de estudio observacional es?
2. Puedes explorar un modelo interactivo de una célula animal en el siguiente enlace. Después de explorar el modelo, explique por qué la célula es más fácil de estudiar con un modelo que con una célula real. http://www.cellsalive.com/cells/cell_model.htm
3. Conoce más sobre el Proyecto Blue Brain viendo esta charla TED. ¿Cuáles son las tres razones principales del proyecto?

Explora más respuestas

1. El estudio del corazón de Framingham es un estudio cardiovascular continuo a largo plazo en residentes de la ciudad de Framingham, Massachusetts. El estudio comenzó en 1948 con poco más de 5,000 sujetos adultos de Framingham y ahora está en su tercera generación de participantes. Antes de este estudio, casi no se sabía nada sobre las causas de la enfermedad cardiovascular. Gran parte del conocimiento ahora común sobre enfermedades cardíacas, como los efectos de la dieta, el ejercicio y medicamentos comunes como la aspirina, se basa en este estudio. El Framingham Heart Study es un estudio de cohorte.
2. Respuesta de muestra: La célula es más fácil de estudiar con un modelo que con una célula real porque una célula real es muy compleja. Una célula viva real tiene muchas partes diferentes, todas interactuando simultáneamente. El modelo permite enfocarse en una parte a la vez y detener la acción.
3. Las tres razones principales para el Proyecto Blue Brain son: obtener una comprensión del cerebro humano que se necesita para que las personas se lleven bien en la sociedad, proporcionar un modelo informático del cerebro para reemplazar la experimentación animal, lo que no podemos seguir haciendo para siempre, y comprender mejor las enfermedades mentales para ayudar a los dos mil millones de personas con trastornos mentales.

Resumen del capítulo Preguntas de revisión

1. ¿Cuál de los siguientes es el mejor ejemplo de “hacer ciencia”?

A. Memorización de los procesos del ciclo del agua

B. Aprender a identificar árboles a partir de sus hojas

C. Aprender los nombres de todos los huesos del cuerpo humano

D. Hacer observaciones de vida silvestre mientras se hace senderismo en el bosque

2. Una científica desarrolla una nueva idea a partir de sus observaciones de la naturaleza. ¿Qué debería hacer a continuación?

A. Piensa en una manera de poner a prueba la idea

B. Afirman que ha descubierto una nueva teoría

C. Rechazar cualquier evidencia que entre en conflicto con la idea

D. Buscar solo evidencias que respalden la idea

3. ¿Cuál de las siguientes es una posible respuesta a una pregunta científica?

A. Una observación

B. Datos

C. Una hipótesis

D. Estadísticas

4. ¿Los científicos suelen plantear una hipótesis ante la ausencia de observaciones? Explica tu respuesta.

5. ¿Por qué una buena hipótesis tiene que ser falsificable?

6. Nombrar una ley científica.

7. Nombrar una teoría científica.

8. Dé un ejemplo de una idea científica que luego fue desacreditada.

9. ¿La idea de que la Tierra gira alrededor del sol se consideraría ciencia consensuada o ciencia de frontera?

10. Verdadero o Falso. Una investigación científica siempre sigue la misma secuencia de pasos de manera lineal.

11. Verdadero o Falso. Los datos que no apoyan una hipótesis no son útiles.

12. Verdadero o Falso. La experimentación es el único tipo válido de investigación científica.

13. Verdadero o Falso. La correlación no implica causalidad.

14. Explicar por qué la ciencia es considerada un proceso iterativo.

15. Una medición estadística llamada valor P a menudo se usa en la ciencia para determinar si una diferencia entre dos grupos es realmente significativa o simplemente debido al azar. Un valor P de 0.03 significa que hay un 3% de probabilidad de que la diferencia se deba solo al azar. ¿Crees que un valor P de 0.03 indicaría que la diferencia es probable que sea significativa? ¿Por qué o por qué no?

16. a. ¿Por qué es importante que los científicos comuniquen sus hallazgos a otros?

b. ¿Cómo suelen hacer esto?

17. ¿Qué es un “grupo de control” en la ciencia?

18. En un experimento científico, ¿por qué es importante cambiar solo una variable a la vez?

19. ¿Cuál es la variable dependiente: la variable que se manipula o la variable que está siendo afectada por el cambio?

20. ¿Cuál es más probable que muestre o desacredite la causalidad entre dos variables?

A. un experimento controlado

B. un estudio observacional

C. el desarrollo de una hipótesis

D. una observación

21. Ves un anuncio de un “suplemento milagroso” llamado NQP3 que afirma que el suplemento reducirá la grasa abdominal. Dicen que funciona al reducir la hormona cortisol y al proporcionar a tu cuerpo “nutrientes” faltantes no especificados, pero no citan ningún estudio clínico revisado por pares. Muestran fotografías de tres personas que aparecen más esbeltas después de tomar el producto. Un cirujano plástico certificado por la junta avala el producto en televisión. Responde las siguientes preguntas sobre este producto.

a. ¿Crees que porque un médico avaló el producto, realmente funciona? Explica tu respuesta.

b. ¿Cree que las fotografías son buena evidencia de que el producto funciona? ¿Por qué o por qué no?

Capítulo Resumen Revisión Respuestas

1. D

2. A

3. C

4. No, los científicos primero hacen observaciones sobre el mundo natural antes de llegar a una pregunta científica y una posible hipótesis que pudiera responder a la pregunta.

5. Una buena hipótesis es falsificable porque los científicos necesitan poder rechazarla si no es verdad.

6. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. Leyes de herencia de Mendel.

7. Las respuestas variarán. Respuesta de muestra. La teoría de la evolución o la teoría germinal de la enfermedad.

8. Las respuestas variarán pero podrían incluir la afirmación de Andrew Wakefield de que la vacuna MMR causa autismo o la idea de Galeno de que el “miasma” propaga la enfermedad.

9. Esto sería ciencia consensuada porque ha habido una larga historia de evidencias que la sustentan y es ampliamente apoyada por la comunidad científica.

10. Falso

11. Falso

12. Falso

13. Cierto

14. La ciencia se considera un proceso iterativo porque los científicos están continuamente revisando ideas y repitiendo experimentos, recopilando evidencia adicional y luego revisando hipótesis y conclusiones en consecuencia.

15. Esto es probable que sea significativo porque solo hay un 3% de probabilidad de que la diferencia se deba a una probabilidad aleatoria, y por lo tanto una probabilidad del 97% de que en realidad sea significativa.

16. a. Es importante que los científicos comuniquen sus hallazgos a otros para que puedan ser replicados. Si no se pueden replicar, es probable que sus hallazgos no sean precisos. Además, la ciencia se basa en conocimientos científicos previos, por lo que es importante compartir resultados para que la ciencia pueda avanzar.

b. Los científicos publican sus resultados en revistas científicas revisadas por pares.

17. Un grupo control es el grupo de comparación contra el cual se compara el grupo manipulado (experimental) para observar el efecto de la variable de interés.

18. Es importante cambiar solo una variable a la vez porque si cambias varias variables, no sabrás cuál es la responsable de causar los resultados observados.

19. La variable que se ve afectada por el cambio.

20. A

21. a. No necesariamente. Por un lado, el médico es cirujano plástico, por lo que no es necesariamente un experto en pérdida de peso o nutrición. Segundo, no se sabe si el médico fue compensado por su aval, por lo que pueden tener un interés económico en decir que el producto funciona. Tercero, el aval por un profesional médico por sí solo no asegura que el producto funcione; el producto debe probarse utilizando el proceso científico.

b. No. Las razones variarán. Respuesta de muestra. Las fotografías se pueden manipular usando un software, el tamaño de la muestra es muy pequeño, y este no fue un estudio científico revisado por pares, por lo que no se sabe si el suplemento fue la única variable que cambia en los escenarios de antes y después.