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2.2: El método científico

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    El método científico es un proceso de investigación con pasos definidos que incluyen la recolección de datos y la observación cuidadosa.

    Observación

    Los avances científicos comienzan con observaciones. Esto implica notar un patrón, ya sea directa o indirectamente de la literatura. Un ejemplo de observación directa es notar que ha habido muchos sapos en tu patio desde que encendiste los aspersores, donde como observación indirecta estaría leyendo un estudio científico reportando altas densidades de sapos en zonas urbanas con césped regado.

    Durante la Guerra de Vietnam (cifra\(\PageIndex{a}\)), informes de prensa de Vietnam del Norte documentaron una tasa creciente de defectos congénitos. Si bien esta credibilidad de esta información fue cuestionada inicialmente por Estados Unidos, evocó preguntas sobre qué podría estar causando estos defectos de nacimiento. Además, el aumento de la incidencia de ciertos cánceres y otras enfermedades surgieron posteriormente en veteranos de Vietnam que habían regresado a Estados Unidos, lo que nos lleva al siguiente paso del método científico, la pregunta.

    Un mapa antiguo muestra Vietnam del Norte separado de Vietnam del Sur
    Figura\(\PageIndex{a}\): Un mapa de Vietnam 1954-1975. Imagen de la Oficina de Asuntos Públicos Imprenta del Gobierno de Estados Unidos (dominio público).

    Pregunta

    El paso de pregunta del método científico es simplemente preguntar, ¿qué explica el patrón observado? Múltiples preguntas pueden derivar de una sola observación. Los científicos y el público comenzaron a preguntarse, ¿qué está causando los defectos congénitos en Vietnam y las enfermedades en los veteranos de Vietnam? ¿Podría asociarse con el uso militar generalizado del herbicida Agente Naranja para limpiar los bosques (figura\(\PageIndex{b-c}\)), lo que ayudó a identificar a los enemigos con mayor facilidad?

    Pilas de tambores verdes, cada uno con una franja naranja en el medio
    Figura\(\PageIndex{b}\): Agente Naranja tambores en Vietnam. Imagen del Gobierno de Estados Unidos (dominio público).
    Vista aérea de un bosque sano que rodea un río (cima) y un paisaje árido y marrón después de la aplicación de herbicidas.
    Figura\(\PageIndex{c}\): Un bosque sano de manglar (parte superior) y otro bosque después de la aplicación del Agente Naranja. Imagen de autor desconocido (dominio público).

    Hipótesis y predicción

    La hipótesis es la respuesta esperada a la pregunta. Las mejores hipótesis establecen la dirección propuesta del efecto (aumentos, disminuciones, etc.) y explican por qué la hipótesis podría ser cierta.

    • Hipótesis OK: El Agente Naranja influye en las tasas de defectos congénitos y enfermedades.

    • Mejor hipótesis: el Agente Naranja aumenta la incidencia de defectos congénitos y enfermedades.

    • Mejor hipótesis: el Agente Naranja aumenta la incidencia de defectos congénitos y enfermedades debido a que estos problemas de salud han sido reportados frecuentemente por individuos expuestos a este herbicida.

    Si dos o más hipótesis cumplen con este estándar, se prefiere la más simple.

    Las predicciones provienen de la hipótesis. La predicción explica qué resultados apoyarían hipótesis. La predicción es más específica que la hipótesis porque hace referencia a los detalles del experimento. Por ejemplo, “Si el Agente Naranja causa problemas de salud, entonces los ratones expuestos experimentalmente a TCDD, un contaminante del Agente Naranja, durante el desarrollo tendrán defectos congénitos más frecuentes que los ratones control” (figura\(\PageIndex{d}\)).

    La fórmula estructural de TCDD, que muestra tres anillos fusionados
    Figura\(\PageIndex{d}\): La estructura química de la TCDD (2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina), que se produce al sintetizar los químicos en el Agente Naranja. Contamina el Agente Naranja a concentraciones bajas pero dañinas. Imagen de Emeldir (dominio público).

    Las hipótesis y predicciones deben ser comprobables para garantizar que sean válidas. Por ejemplo, una hipótesis que depende de lo que piense un oso no es comprobable, porque nunca se puede saber lo que piensa un oso. También debe ser falsificable, es decir, que tienen la capacidad de ser probados y demostrados como falsos. Un ejemplo de hipótesis no falsificable es “El nacimiento de Venus de Botticelli es hermoso”. No hay ningún experimento que pueda demostrar que esta afirmación es falsa. Para probar una hipótesis, un investigador realizará uno o más experimentos diseñados para eliminar una o más de las hipótesis. Esto es importante. Una hipótesis puede ser desmentida, o eliminada, pero nunca se puede probar. La ciencia no trata de pruebas como las matemáticas. Si un experimento no logra desmentir una hipótesis, entonces encontramos apoyo para esa explicación, pero esto no quiere decir que en el futuro no se encontrará una mejor explicación, o se encontrará un experimento más cuidadosamente diseñado para falsificar la hipótesis.

    Las hipótesis son explicaciones tentativas y son diferentes de las teorías científicas. Una teoría científica es una explicación ampliamente aceptada, probada a fondo 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, muchas veces expresadas en fórmulas matemáticas, que describen cómo se comportarán los elementos de la naturaleza bajo ciertas condiciones específicas, pero no ofrecen explicaciones de por qué ocurren.

    Diseñar un experimento

    A continuación, se planea un estudio científico (experimento) para probar la hipótesis y determinar si los resultados coinciden con las predicciones. Cada experimento tendrá una o más variables. La variable independiente es lo que los científicos plantean la hipótesis que podría estar causando otra cosa. En un experimento manipulador (ver abajo), la variable independiente es manipulada por el científico. La variable pendiente es la respuesta, la variable medida en última instancia en el estudio. Las variables controladas (factores de confusión) pueden afectar a la variable dependiente, pero no son el foco del estudio. Los científicos intentan estandarizar las variables controladas para que no influyan en los resultados. En nuestro ejemplo anterior, la exposición al Agente Naranja es la variable independiente. Se plantea la hipótesis de provocar un cambio en la salud (probabilidad de tener hijos con defectos congénitos o desarrollar una enfermedad), la variable dependiente. Muchas otras cosas podrían afectar la salud, incluyendo la dieta, el ejercicio y los antecedentes familiares. Estas son las variables controladas.

    Existen dos tipos principales de estudios científicos: estudios experimentales (experimentos manipulativos) y estudios observacionales.

    En un experimento manipulador, la variable independiente es alterada por los científicos, quienes luego observan la respuesta. Es decir, los científicos aplican un tratamiento. Un ejemplo sería exponer ratones en desarrollo a TCDD y comparar la tasa de defectos congénitos con un grupo control. El grupo control es un grupo de sujetos de prueba que son lo más similares posible a todos los demás sujetos de prueba, con la excepción de que no reciben el tratamiento experimental (los que sí lo reciben se conocen como grupo experimental, de tratamiento o de prueba). El propósito del grupo control es establecer cuál sería la variable dependiente en condiciones normales, en ausencia del tratamiento experimental. Sirve como una línea base con la que se puede comparar el grupo de prueba. En este ejemplo, el grupo de control contendría ratones que no estaban expuestos a TCDD pero que por lo demás se manejaban de la misma manera que los otros ratones (figura\(\PageIndex{e}\))

    Cinco ratones blancos en una jaula con ojos rojos
    Figura\(\PageIndex{e}\): Ratones de laboratorio. En un estudio científico adecuado, el tratamiento se aplicaría a múltiples ratones. Otro grupo de ratones no recibiría el tratamiento (el grupo control). Imagen de Aaron Logan (CC-BY).

    En un estudio observacional, los científicos examinan múltiples muestras con y sin la causa presunta. Un ejemplo sería monitorear la salud de los veteranos que tuvieron diferentes niveles de exposición al Agente Naranja.

    Los estudios científicos contienen muchas réplicas. Múltiples muestras aseguran que cualquier patrón observado se deba al tratamiento en lugar de diferencias naturales entre individuos. Un estudio científico también debe ser repetible, es decir, que si se vuelve a realizar, siguiendo el mismo procedimiento, debe reproducir los mismos resultados generales. Adicionalmente, múltiples estudios finalmente probarán la misma hipótesis.

    Resultados

    Finalmente, se recolectan los datos y se analizan los resultados. Como se describe en el capítulo Math Blast, las estadísticas pueden ser utilizadas para describir los datos y resumir los datos. También proporcionan un criterio para decidir si el patrón en los datos es lo suficientemente fuerte como para sustentar la hipótesis.

    El experimento manipulador en nuestro ejemplo encontró que los ratones expuestos a altos niveles de 2,4,5-T (un componente del Agente Naranja) o TCDD (un contaminante que se encuentra en el Agente Naranja) durante el desarrollo tenían un defecto de nacimiento del paladar hendido con mayor frecuencia que los ratones control (figura\(\PageIndex{f}\)). Los embriones de ratones también tuvieron más probabilidades de morir cuando se expusieron a TCDD en comparación con los controles.

    Un bebé con un hueco en el labio superior
    Figura\(\PageIndex{f}\): Labio y paladar hendido, defecto congénito en el que se parten estas estructuras. Imagen de James Heilman, MD (CC-BY-SA).

    Un estudio observacional encontró que la exposición autoreportada al Agente Naranja se correlacionó positivamente con la incidencia de múltiples enfermedades en veteranos coreanos de la Guerra de Vietnam, incluyendo diversos cánceres, enfermedades de los sistemas cardiovascular y nervioso, enfermedades de la piel y trastornos psicológicos. Obsérvese que una correlación positiva simplemente significa que las variables independientes y dependientes aumentan o disminuyen juntas, pero se necesitan más datos, como la evidencia proporcionada por experimentos manipuladores, para documentar una relación causa-efecto. (Una correlación negativa ocurre cuando una variable aumenta a medida que la otra disminuye).

    Conclusión

    Por último, los científicos llegan a una conclusión sobre si los datos apoyan la hipótesis. En el caso del Agente Naranja, los datos, que los ratones expuestos a TCDD y 2,4,5-T tenían frecuencias más altas de paladar hendido, coinciden con la predicción. Adicionalmente, los veteranos expuestos al Agente Naranja tuvieron tasas más altas de ciertas enfermedades, lo que respaldó aún más la hipótesis. Así podemos aceptar la hipótesis de que el Agente Naranja incrementa la incidencia de defectos congénitos y enfermedades.

    En la práctica, el método científico no es tan rígido y estructurado como podría aparecer primero. A veces un experimento lleva a conclusiones que favorecen un cambio de enfoque; a menudo, un experimento trae al rompecabezas preguntas científicas completamente nuevas. 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 (figura\(\PageIndex{g}\)). Incluso si la hipótesis fue apoyada, los científicos aún pueden continuar probándola de diferentes maneras. Por ejemplo, los científicos exploran los impactos del Agente Naranja, examinando los impactos en la salud a largo plazo a medida que los veteranos de

    Diagrama de flujo del método científico que muestra flechas que van de pasos posteriores a pasos anteriores
    Figura\(\PageIndex{g}\): El método científico es una serie de pasos definidos que incluyen experimentos y observación cuidadosa. Los pasos son los siguientes: hacer una observación; hacer una pregunta; formar una hipótesis que responda a la pregunta; hacer una predicción basada en la hipótesis; hacer un experimento para probar la predicción; analizar los resultados; e informar los resultados. Ya sea que la hipótesis esté apoyada o no, los resultados aún se reportan. Si una hipótesis no está sustentada por datos, se puede proponer una nueva hipótesis.

    Los hallazgos científicos pueden influir en la toma de decisiones. En respuesta a las pruebas sobre el efecto del Agente Orange en la salud humana, ya se dispone de compensación para los veteranos de Vietnam que estuvieron expuestos al Agente Orange y desarrollan ciertas enfermedades. El uso del Agente Naranja también está prohibido en Estados Unidos Finalmente, Estados Unidos ha comenzado a limpiar sitios en Vietnam que aún están contaminados con TCDD.

    Construyendo sobre el Trabajo de Otros

    Sólo en raras ocasiones surge un descubrimiento científico en toda regla en la escena. Cuando lo hace, es probable que se cree una revolución en la forma en que los científicos perciben el mundo que les rodea y que abra nuevas áreas de investigación científica. La teoría de la evolución de Darwin y las reglas de herencia de Mendel son ejemplos de tales desarrollos revolucionarios. La mayor parte de la ciencia, sin embargo, consiste en agregar otro ladrillo a un edificio que ha sido construido lenta y minuciosamente por trabajos anteriores.

    El desarrollo de una nueva técnica a menudo sienta las bases para avances rápidos a lo largo de muchas vías científicas diferentes. Basta considerar los avances en biología que han hecho posible el descubrimiento del microscopio óptico y, posteriormente, del microscopio electrónico. A lo largo de estas páginas, hay muchos ejemplos de procedimientos experimentales. Cada uno fue desarrollado para resolver un problema en particular. No obstante, cada uno fue entonces retomado por trabajadores de otros laboratorios y aplicado a sus problemas.

    De manera similar, la creación de una nueva explicación (hipótesis) en un campo científico a menudo estimula a los trabajadores de campos relacionados a reexaminar su propio campo a la luz de las nuevas ideas. La teoría de la evolución de Darwin, por ejemplo, ha tenido un enorme impacto en prácticamente todas las subespecialidades de biología y ciencias ambientales. Hasta el día de hoy, científicos en especialidades tan diferentes como la bioquímica y la biología de la conservación se guían en su trabajo por la teoría evolutiva (figura\(\PageIndex{g}\)).

    Una rana marrón y amarilla se alza sobre una roca.
    Figura\(\PageIndex{h}\): La comprensión de la rana de patas amarillas de montaña en peligro de extinción a través del lente de la evolución y la genética ha ayudado a su conservación. Imagen de Iasaac Chellman/NPS (CC-BY).

    Referencias

    Instituto de Medicina (US) Comité de Revisión de los Efectos en la Salud en Veteranos de Vietnam de la Exposición a Herbicidas. Veteranos y Agente Naranja: Efectos en la Salud de los Herbicidas Usados en Vietnam. Washington (DC): National Academies Press (EU); 1994. 2, Historia de la controversia sobre el uso de herbicidas.

    Neubert, D., Dillmann, I. Efectos embriotóxicos en ratones tratados con ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético y 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina. Arco de Naunyn-Schmiedeberg. Pharmacol. 272, 243—264 (1972).

    Stellman, J. M., & Stellman, S. D. (2018). Agente naranja durante la guerra de Vietnam: el tema persistente de su impacto en la salud civil y militar. Revista americana de salud pública, 108 (6), 726—728.

    Yi, S. W., Ohrr, H., Hong, J. S., & Yi, J. J. (2013). Exposición al agente Orange y prevalencia de enfermedades autoreportadas en veteranos coreanos de Vietnam. Revista de medicina preventiva y salud pública = Yebang Uihakhoe chi, 46 (5), 213—225.

    Atribuciones

    Modificado por Melissa Ha de las siguientes fuentes:

    This page titled 2.2: El método científico is shared under a CC BY-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Melissa Ha and Rachel Schleiger (ASCCC Open Educational Resources Initiative) .