Pruebas y experimentos biológicos

Definición de experimentos biológicos

Para comprender cómo se realizan los experimentos biológicos, primero tenemos que entender qué es la biología y cómo el método científico permite que se produzcan pruebas y experimentos biológicos.

El conocimiento en ciencia suele organizarse en forma de predicciones y explicaciones comprobables denominadas hipótesis. Probar una hipótesis es uno de los pasos más críticos del método científico. El método científico permite una forma procedimental o sistemática de obtener conocimientos.

Los pasos generales del método científico son

1. Hacer observaciones (por ejemplo, mi lámpara no se enciende).

2. Haz preguntas (p. ej., ¿por qué no se enciende mi lámpara?).

3. Investiga los antecedentes, si es necesario (por ejemplo, las lámparas no suelen encenderse si la bombilla está fundida).

4. Formula una hipótesis haciendo predicciones (p. ej., si la bombilla está fundida, sustituirla por una nueva hará que la lámpara se encienda).

5. Poner a prueba con experimentos (p. ej., cambio la bombilla rota por una nueva).

6. Analizar datos o resultados (p. ej., ¡ahora mi lámpara se enciende!)

7. Informa de los resultados (p. ej., mi hipótesis se ha confirmado porque la lámpara se ha encendido, lo que significa que la bombilla original estaba fundida).

Si la hipótesis no se hubiera confirmado, habríamos comunicado los resultados y habríamos intentado formular una nueva hipótesis. En este caso, la nueva hipótesis podría haber sido que la bombilla podría estar bien, pero la toma de corriente está rota.

Una hipótesis no siempre tiene por qué ser correcta; en cambio, sirve como "conjetura", y los investigadores tienen que idear experimentos para ver si es exacta o no. Los científicos suelen formular hipótesis haciendo predicciones. Una forma fácil de hacerlo es utilizando afirmaciones "si-entonces", como la que se muestra en el paso 4 del método científico.

Una teoría científica es una explicación científica que ha demostrado tener pruebas significativas de su validez mediante pruebas continuas utilizando el método científico. Sin embargo, ¡ten en cuenta que las teorías científicas aún pueden refutarse!

Pruebas biológicas en el laboratorio

Siguiendo este marco sistemático, los científicos pueden realizar pruebas biológicas en el mundo real. Las pruebas biológicas pueden realizarse en laboratorios o en entornos naturales.

Por ejemplo, en la naturaleza, los científicos pueden realizar pruebas biológicas en el agua para ver si es potable, contaminada para la vida acuática y los seres humanos, etc.

Hay unas 80.000-100.000 sustancias químicas registradas para uso comercial, según la EPA (Agencia de Protección del Medio Ambiente de EE.UU.). Actualmente, no comprendemos todos sus efectos combinados.

Los investigadores pueden recoger muestras de agua y realizar pruebas de pH, que nos indican lo ácida o básica que es el agua. Un pH inferior a siete significa que el agua es ácida, frente a un pH superior a 7, que indica que el agua es básica (Figura 1).

Figura 1: Ilustración de la escala de pH. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Definición de experimentos biológicos

Ahora que entendemos cómo los científicos plantean preguntas y aplican pruebas biológicas de forma sistemática, repasemos los experimentos biológicos.

Los científicos, incluidos los biólogos, realizan pruebas y experimentos para demostrar o refutar una hipótesis. Pero, ¿cómo preparan exactamente los científicos sus experimentos? La respuesta es que idean experimentos controlados.

Definición de experimento controlado en biología

Cuando los investigadores diseñan experimentos, necesitan saber qué preguntas intentan responder. En los experimentos controlados, pretendemos comprobar cómo afecta una variable a otra. Esto significa que necesitamos conocer la variable independiente (que suele denominarse X) y la variable dependiente (que suele denominarse Y).

La variable independiente (X ) es la variable que estamos cambiando o manipulando para ver sus efectos sobre la variable dependiente. Por tanto, la variable dependiente (Y) es la variable real que se está probando.

También necesitamos un grupo de control en el que no se cambie ni manipule ninguna variable. Este grupo se utiliza para garantizar que los resultados del experimento se deben a la variable independiente manipulada y no a variables extrañas.

La definición de grupo experimental en biología

Entonces, ¿cuál podría ser un ejemplo de experimento controlado?

Supongamos que los científicos quieren averiguar si la luz solar afecta al crecimiento de las plantas. Necesitarían mantener constantes el tipo de planta, el tipo y la cantidad de tierra, la cantidad de agua y el tipo de maceta. Esto se debe a que estas variables se conocen como nuestras variables de control. Si se utilizan semillas, las cantidades de semillas tendrían que mantenerse iguales, ya que nuestra variable independiente es la luz solar.

Lo único que cambiaría entre el grupo de control y el experimental sería la variable independiente (la cantidad de luz solar), en este caso, como se muestra en la Figura 2.

El grupo de control no tiene variable independiente, mientras que el grupo experimental sí. El crecimiento de la planta es nuestra variable dependiente en este caso, ya que es lo que estamos observando.

Si, al cabo de unas semanas, las flores del grupo experimental han crecido y las del grupo de control se han marchitado, ¡sabemos que la luz solar afecta al crecimiento de las plantas! Y nuestra hipótesis se ha demostrado correcta.

Siempre es necesario un grupo de control, pero podemos tener varios grupos experimentales en experimentos más complicados. Por ejemplo, para el mismo experimento, podríamos tener de nuevo el grupo de control sin luz solar, el grupo experimental 1 con luz solar artificial y el grupo experimental 2 con luz solar real.

Figura 2: Ilustración de un experimento controlado en biología. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Tipos de experimentos en biología

Tras comprender cómo los científicos plantean preguntas y las responden mediante experimentos, ahora podemos repasar algunos tipos comunes de experimentos biológicos realizados en el mundo real.

Experimental

Son experimentos controlados que suelen realizarse en entornos de laboratorio. En los estudios clínicos, los experimentales son estudios en los que los participantes se asignan aleatoriamente a un grupo de control o a un grupo experimental/de tratamiento. Éste es el tipo más común de experimento biológico con el que tratamos la mayoría de nosotros.

Cuasi-experimentales

Los cuasiexperimentos también son controlados, pero a diferencia de los estudios experimentales, los participantes no se asignan aleatoriamente al grupo de control o al grupo experimental/de tratamiento. Esto se debe a que asignar aleatoriamente a los participantes suele ser complicado o inviable en estos casos.

Tanto los experimentales como los cuasi experimentales implican el cambio y la manipulación de variables independientes.

No experimental

Losestudios no experimentales también se denominan estudios observacionales. No implican la manipulación de variables independientes. En su lugar, se centran en observar a un participante o sujeto en un entorno natural o de laboratorio.

Ejemplos de experimentos biológicos

La experimentación es lo que impulsa la ciencia en su esencia. Esto se debe a que los experimentos nos permiten recopilar datos, analizar resultados y llegar a conclusiones. Los investigadores comunican y colaboran en sus hallazgos mediante artículos revisados por pares. A través de este proceso, muchos biólogos, químicos, etc., han ampliado sus investigaciones y se han basado en ellas para crear avances en la ciencia.

Por ejemplo, el experimento de Frederick Griffith de 1928 fue el primer descubrimiento del "principio transformante" de las bacterias. Esto condujo al descubrimiento de que el ADN o ácido desoxirribonucleico es "el portador de la Información Genética" y no otras cosas como el ARN por Alfred Hershey y Martha Chase en 1952.

Otros descubrimientos vitales que se produjeron a través de la experimentación incluyen:

• Robert Hooke descubrió las células, las unidades más pequeñas de la vida, utilizando un microscopio.

• Edward Jenner fabricó la primera vacuna del mundo (concretamente contra la viruela).

• Los experimentos de Gregor Mendel con plantas de guisantes le llevaron a establecer las leyes fundamentales de la Herencia.

• Los experimentos de Louis Pasteur utilizaron matraces de cuello de cisne para refutar la teoría de la generación espontánea o la teoría de que los seres vivos podían surgir a partir de material no vivo.

• Alexander Fleming descubrió la penicilina observando cómo crecía una en su placa de Petri. La penicilina es un antibiótico que ha salvado muchas vidas desde entonces.

• Linus Pauling descubre la causa de la anemia falciforme (cambio en la forma de la proteína humana hemoglobina).

• Roger W. Sperry demostró que los dos lados del cerebro humano podían ser independientes.

• Más recientemente, Jennifer A. Doudna y Emmanuelle Charpentier descubrieron el CRISPR-Cas9, que permite a los científicos editar el código genético de casi cualquier organismo.