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Método científico...

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CÁTEDRA B DE BIOLOGÍA CELULAR

Cuaderno de Biología Métodos de estudio de la biología celular. El método científico. Instrumentos y técnicas para el estudio de las células. Lila Susana Cornejo, Adriana Arriaga 01/01/2015

La ciencia es la construcción de conocimientos científicos por parte del hombre para dar respuesta a sus interrogantes y necesidades. Permite ir conociendo la dinámica del universo no sólo para comprenderlo mejor, sino para facilitar una mejor integración al mismo La Biología Celular, como toda área de las ciencias, posee un conjunto de conceptos interrelacionados que constituyen su cuerpo de conocimientos y una metodología de investigación propia, el “método científico”, que implica una modalidad de trabajo sistematizada, a través de la cual los investigadores construyen conocimientos de validez 1

universal. El desarrollo tecnológico ha ampliado notablemente las posibilidades metodológicas de la investigación científica

Cuaderno de Biología Métodos de estudio de la biología celular El método científico.

Dra. Lila Susana Cornejo, Dra. Adriana Arriaga

Ciencia, conocimiento científico e investigación científica La Ciencia es una construcción de la humanidad para dar respuestas a sus curiosidades y comprender el universo. El desarrollo de la ciencia ha permitido ejercer cierto dominio sobre el universo, no sólo para comprenderlo mejor sino también para ponerlo a su servicio. Es hora de que el aporte de la ciencia sobre la dinámica del universo nos permita no sólo comprenderlo mejor, sino que nos facilite una mejor integración al mismo La biología celular es una disciplina científica dedicada al estudio de las células en lo que respecta a estructura, funciones, ciclo vital y orgánulos que contienen, como así también su interacción con el ambiente a los fines de comprender la dinámica de los sistemas celulares Para alcanzar sus objetivos, los biólogos celulares se ven obligados a estudiar los componentes de la célula a nivel molecular. Como Ciencia la Biología celular es producto y proceso; como producto comprende el conjunto de conocimientos científicos que constituyen su cuerpo de conocimientos, como proceso consiste en la búsqueda y adquisición de conocimiento científico, proceso que se reconoce como Investigación científica. Es así que podemos definir a la investigación

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científica como la modalidad adoptada por la ciencia para producir conocimiento científico para lo cual se dispone de método, instrumentos y técnicas específicas.

Conocimiento científico El conocimiento científico trata de ir más allá de cómo percibimos los hechos a través de los sentidos, tratando de captar su causalidad con el propósito de elaborar modelos descriptivos, explicativos y /o comprensivos de los mismos. Es producto de un proceso sistemático de contrastación entre un modelo teórico y los dados empíricos obtenidos de la realidad. Sustenta la verdad en evidencias obtenidas de la realidad que resisten pruebas empíricas lógicas o matemáticas. Aplica un método que permite construir conocimiento y evaluar su validez y aplicabilidad

El conocimiento científico se caracteriza por ser:

- Explicativo: su propósito es descubrir verdades científicas que permiten la interpretación y la comprensión de los fenómenos que son objeto de estudio. - Predictivo: la Ciencia no se contenta sólo con proporcionar una explicación adecuada del comportamiento de algunos aspectos del mundo, sino que da un paso más adelante: busca predecir. Es ésta pues una característica importantísima de la Ciencia, que pone al científico en condiciones de anticipar el comportamiento de los fenómenos o hechos de la realidad que ha tomado como objeto de estudio. - Objetivo: en el sentido de que el científico en el curso de su trabajo de investigación no es libre para tomar las decisiones pertinentes en función de sus puntos de vista 3

personales, de sus inclinaciones o intuiciones, es decir arbitrariamente, sino que debe proceder con rigor de juicio, control permanente y responsabilidad . - Sistemático y metódico: para poder dar explicaciones pertinentes de las realidades que estudia procede de una manera ordenada y organizada, aplicando un método. Esto permite afirmar que existe una secuencia sistemática de trabajo en la investigación científica. - Verificable: debe aprobar el examen de la experiencia, lo que significa que todas sus suposiciones y conjeturas deben ser puestas a prueba por diferentes técnicas de comprobación. - General: es decir, al abordar el estudio de un determinado fenómeno o hecho de la realidad, sus conclusiones hacen referencia a todos los fenómenos o hechos de este tipo en todos los lugares y en todos los tiempos. - Comunicable: el saber científico es un saber trasmisible por toda persona que lo posea a otra que no lo posea pero que sea capaz de comprenderlo, tanto dentro del ambiente científico como entre el público en general. - Autocorrectivo: el cuerpo de la Ciencia es algo vivo y cambiante y es por ello que se la puede caracterizar como 1m sistema inestable. Sus verdades no son absolutas sino que pueden ser modificadas a medida que aparecen nuevos conocimientos. Cuando se producen cambios relevantes, todo el sistema científico se conmueve, originando las llamadas revoluciones científicas" Método Científico Es el modo de proceder para lograr el conocimiento científico El método científico es una estrategia general para la resolución de problemas de conocimientos. Implica procesos complejos y planificados que permiten comprender al menos parcialmente la realidad y construir conocimientos considerados “con validez científica”

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Sin embargo las características de los fenómenos que aborda cada disciplina requieren el desarrollo de técnicas y tácticas particulares, específicas para la observación y el análisis. Como expresara Klimosky (1998) …“existe una amplia variedad de tácticas empleadas en la construcción del conocimiento científico, en las que se pueden identificar estrategias generales, que serían los elementos del método”. Los elementos constitutivos esenciales del método científico son:  Modelos teóricos referidos a determinados fenómenos o datos extraídos de la realidad.  Procedimiento que permitan confrontar ambos sistemas.  El conjunto de procedimientos que conducen a la descripción y explicación sistemática y coherente de determinado objeto de conocimiento.

Características del método científico Para ejemplificar las características del “método científico”, analizaremos un caso histórico: A comienzos del siglo XX, numerosas observaciones microscópicas acerca del comportamiento de los componentes celulares, especialmente durante la división y la producción de nuevas células, sugerían que el núcleo de las células era el portador de la información hereditaria. En los primeros años de la década de 1930, un investigador llamado J. Hammerling, preocupado por determinar la responsabilidad del núcleo celular en relación a las características y las funciones de la célula, estudió comparativamente el núcleo y el citoplasma en el alga marina Acetabularia. Este es un organismo unicelular que presenta características particulares. Su cuerpo está formado por una única célula gigante, de 2 a 5 cm de altura., la cual presenta porciones diferenciadas: un sombrero, un pedicelo y un pie, en el cual se encuentra el núcleo. Existe una especie de Acetabularia que tiene un sombrero en forma de sombrilla compacta, mientras que otra especie tiene un sombrero rasgado, en forma de pétalos. Si se corta el sombrero, en cualquiera de las dos especies, el alga regenera uno nuevo, semejante en apariencia al que le ha sido quitado.

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Hammerling cortó el pie y el sombrero de una Acetabularia de sombrero compacto, dejando sólo el pedicelo, al cual le implantó el pie, con el respectivo núcleo, tomado de una Acetabularia de sombrero en forma de pétalos. Esta alga trasplantada regeneró, al poco tiempo, un sombrero que tenía una forma intermedia entre ambas especies. Hammerling eliminó entonces ese sombrero, y observó que el alga formaba un nuevo sombrero, que esta vez era idéntico al correspondiente a la Acetabularia que había donado el núcleo y no a la que donó el citoplasma.

De acuerdo a estos resultados, Hammerling dedujo que el núcleo dirigía la producción de ciertas sustancias citoplasmáticas que determinaban la forma del sombrero. La razón de que el primer sombrero formado luego del trasplante fuera de una forma intermedia, se debería a que la Acetabularia trasplantada tendría un acúmulo propio de esas sustancias en el citoplasma. Más tarde, cuando se formó el segundo sombrero, dichas sustancias ya se habrían agotado, y por eso la producción de ese nuevo sombrero estuvo totalmente bajo el control del nuevo núcleo. A partir de éste y de otros experimentos relacionados, se ha podido generalizar que el núcleo desempeña dos funciones fundamentales para las células: Lleva la información hereditaria responsable de que cada célula sea semejante a la célula que le dio origen, y 6

regula las funciones celulares, controlando la formación de todas las complejas moléculas que la célula necesita. Analizando el ejemplo vemos que el investigador parte de un problema o interrogante, es decir, una dificultad que no puede resolverse automáticamente, sino que requiere de una investigación. Es de fundamental importancia que el problema a investigar esté formulado con claridad, evitando ambigüedades, y que sea resuelto con el máximo de rigor posible. En nuestro ejemplo, el problema o interrogante podría expresarse así: ¿Es el núcleo el portador de la información hereditaria?, o sea: ¿Es el núcleo el responsable de que las células hijas sean semejante a las células madre? O, más particularmente: ¿Es el núcleo el responsable de que las Acetabularias de determinada especie tengan siempre el mismo tipo de sombrero? Antes de que el científico pueda comenzar una investigación con el objeto de solucionar dicho problema o interrogante, debe revisar ampliamente los antecedentes sobre el tema, es decir, debe familiarizarse con los estudios previos sobre el tema. De esta forma puede evitar una duplicación innecesaria de esfuerzos y puede aprovechar los datos útiles de otros estudios, para su propio trabajo. Una comprensión adecuada de los trabajos ya realizados se obtiene revisando la literatura científica apropiada, en especial las revistas que publican los trabajos científicos que se realizan en el campo considerado. En nuestro ejemplo, Hammerling sin duda contó con la información acerca de observaciones microscópicas realizadas en diversas células; tuvo en cuenta la opinión de otros científicos acerca del posible papel del núcleo celular, y se interiorizó sobre las características del alga Acetabularia. Después de haber realizado una prolija revisión de la información previa, el investigador está preparado para realizar su propio trabajo. Desde ese momento el desarrollo de los pasos siguientes varía considerablemente dependiendo del investigador y de la naturaleza del material con el cual trabaja. En general, una vez que el investigador ha asimilado todo lo ya conocido sobre el tema, puede formular una hipótesis tentativa, o sea una posible explicación, a manera de conjetura, para el problema del que se trata. La hipótesis que probablemente se planteó Hammerling sería más o menos como sigue: "El núcleo lleva la información hereditaria y por lo tanto dirige las funciones del citoplasma, por ejemplo controla el tamaño y la forma de la célula" (En este caso, eso se evidencia por la forma del “sombrero”). La hipótesis o proposición provisional necesita ser verificada para poder llegar a su aprobación o rechazo. Esto se lleva a cabo confrontando la hipótesis con datos y hechos que pueden ser observados. Para ello el científico elabora un diseño experimental que le permitirá trabajar en condiciones controladas, con la finalidad de obtener datos confiables. El diseño puede abarcar una diversidad de metodologías de trabajo, de acuerdo al problema a investigar; por ejemplo experimentos, observaciones, cuestionarios, entrevistas. Los datos pueden obtenerse en la naturaleza o en el 7

laboratorio. Estas observaciones por lo general son apoyadas por equipos o instrumentos científicos, como cámaras fotográficas, microscopios, aparatos de medición química, etc. En el ejemplo analizado se trató de un experimento de laboratorio. Hammerling tomó el pedicelo de una especie de Acetabularia y le implantó el pie con el núcleo, de una especie distinta. Registró cuidadosamente los resultados obtenidos tanto en primer término como después de haber cortado el sombrero regenerado por la Acetabularia trasplantada. Con seguridad empleó varios ejemplares para esta experimentación y la repitió cierto número de veces a fin de confirmar sus hallazgos. En una investigación científica la experimentación permite determinar la relación más probable entre causa y efecto. Al diseñar los experimentos científicos se deben tener en cuenta dos condiciones: 1) Los experimentos deben efectuarse de manera tal que cada conjunto de experiencias difiera de otro en un solo factor. Por ejemplo, no sería correcto que Hammerling hubiera cambiado al mismo tiempo el núcleo de la Acetabularia y los nutrientes que le proveía, porque entonces no hubiera podido establecer cuál de dichos factores era responsable del tipo de sombrero formado. 2) Los experimentos deben poder ser repetidos por otras personas. La repetibilidad es uno de los aspectos cruciales del método científico. De las observaciones o experimentaciones surgen una serie de resultados o datos que deben ser analizados e interpretados por el investigador. Esta etapa del trabajo suele denominarse análisis de datos y con frecuencia requiere del tratamiento estadístico de los datos obtenidos, los que finalmente quedarán registrados en tablas, cuadros, gráficos u otros tipos de imágenes y descripciones. La evaluación e interpretación de los resultados permite establecer conclusiones que se desprenden de la investigación realizada. A partir de las conclusiones se podrá decidir el rechazo (refutación) o la aceptación (validación) de la hipótesis. Si la hipótesis es sostenida (verificada) por cualquier tipo de experiencia que se realice, entonces alcanza un nivel de mayor certeza. En nuestro ejemplo, Hammerling encontró suficientes evidencias para aceptar su hipótesis. De todas maneras, la hipótesis aún conservará el carácter de "explicación probable", ya que otras observaciones o experiencias podrían refutarla. En ciertos casos, las hipótesis suficientemente corroboradas que explican de manera satisfactoria un determinado fenómeno, se pueden generalizar y adquieren validez universal, por lo que pasan a ser consideradas leyes científicas. Así por ejemplo, la ley física de Boyle-Mariotte enuncia que el volumen de un gas varía de manera inversamente proporcional a las presiones que soporta, y la ley biológica de la segregación, de Mendel, 8

afirma que cada característica hereditaria depende de un par de genes, recibiendo cada descendiente al azar un gen de cada uno de sus progenitores. A su vez, las leyes y/o hipótesis o enunciados se ordenan y vinculan entre sí, dando origen a las teorías, que corresponden a un nivel de generalización aún mayor y que permiten explicar y aún predecir toda una serie de fenómenos relacionados. En el párrafo final del comentario sobre el experimento de Hammerling se enuncia en cierta manera una teoría explicativa sobre el papel del núcleo celular, ya que a partir de los resultados de los experimentos con Acetabularia y otros experimentos comparables, pudo generalizarse que: “En todas las células es el núcleo el que lleva la información genética y a la vez ejerce una influencia continua sobre las actividades de la célula”. Una teoría que ha sido repetidamente verificada y parece tener amplia aplicación, como en el caso que hemos comentado, puede convertirse en un principio, o sea, tiene aún mayor grado de generalización y de aceptación. Sin embargo, eso no cambia su condición de ser una proposición que se confirma con un alto grado de probabilidad en un amplio rango de eventos. Por ser el resultado del razonamiento humano, las teorías y los principios tienen sus limitaciones y están sujetos a cambio si se agregan conocimientos adicionales en el futuro. Por otra parte, las teorías científicas y las visiones del mundo nacen y crecen en un entorno cultural, social, económico y político, y por lo tanto están fuertemente determinadas por esos factores. La Teoría Celular, (que expresa que todos los seres vivos están compuestos por células; que las células son asiento de la información genética y de las actividades bioquímicas de los seres vivos, y que toda célula proviene de otra célula) y la Teoría de la Evolución, (que afirma que los seres vivos derivan unos de otros, proveniendo de antecesores comunes y, en última instancia, de una única forma original de vida), son en realidad grandes principios biológicos aceptados ampliamente por los científicos, y conservan el nombre de "Teorías" sólo por una razón histórica. Son ejemplos de principios de aceptación general; éstos constituyen paradigmas, es decir marcos de referencia para el pensamiento científico propio de una época, y sin embargo pueden llegar a ser sustituidos por nuevos paradigmas en una etapa posterior de la historia de la humanidad. Los resultados de las investigaciones científicas se publican en revistas especializadas, de difusión regional, nacional o internacional, ya que es importante que la comunidad científica conozca los nuevos aportes. Es fundamental que los materiales y la metodología empleados por el investigador se presenten con claridad y detalle, porque eso permite juzgar acerca del rigor científico con que se llevó a cabo la experimentación u observación, y también, eventualmente, permite repetir el procedimiento y verificar los resultados.

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Además de los trabajos de investigación originales, las revistas científicas publican con cierta frecuencia monografías o artículos de revisión elaborados por algún investigador que se encarga de resumir los esfuerzos científicos propios y ajenos acerca de determinado tema, para presentar el estado actual o el progreso que se realiza en un campo dado de la Ciencia. En los libros de texto también se procura presentar los principios generales y las informaciones básicas de los diferentes campos de estudio. El método científico comentado es conocido como "método hipotético- deductivo" y es de tipo cuantitativo, ya que se registran datos cuantificables y con frecuencia se usan técnicas estadísticas. El control y el rigor de las observaciones y experimentaciones resultan de fundamental importancia. Es la metodología utilizada predominantemente en las Ciencias Naturales. Los pasos más relevantes del método científico propio de la biología celular se pueden resumir en el siguiente esquema Los pasos más relevantes del método científico propio de la biología celular se pueden resumir en el siguiente esquema

Por su parte, las Ciencias Sociales con frecuencia necesitan utilizar una metodología de investigación de tipo cualitativa, inductiva, por medio de la cual el investigador se adentra en un grupo humano poniendo en juego técnicas como la "observación participante" o las entrevistas, que aportan a la comprensión del fenómeno en estudio. En el campo de las Ciencias de la Salud, la investigación básica o la aplicada está destinada a conocer aspectos normales o patológicos del organismo humano y reacciones frente a tratamientos, o bien a lograr el desarrollo de nuevos medicamentos o técnicas terapéuticas. Se utiliza fundamentalmente el método cuantitativo. Sin embargo, cuando se encaran trabajos desde la perspectiva que considera a la “salud” como proceso social, 10

determinado por la interacción de factores, biológicos, físicos- ambientales, psicológicos y socioeconómicos es necesaria la integración metodológica entre estrategias de investigación cualitativa y cuantitativa. "Siempre que se trabaje en relación a pacientes, además del necesario rigor científico en la planificación y en el desarrollo de la i...