Fő tartalom
Tantárgy/kurzus: Biológia > 1. témakör
2. lecke: A biológia tudományaA kontrollált kísérletek
Hogyan végeznek kísérleteket a tudósok, és tesznek megfigyeléseket hipotézisek ellenőrzése céljából?
Bevezetés
A biológusok és más tudósok is a tudományos módszert használják arra, hogy kérdéseket tegyenek fel a természet világával kapcsolatban. A tudományos módszer megfigyeléssel kezdődik, amely egy kérdés megfogalmazására készteti a tudóst. Ezután a tudós hipotézist – ellenőrizhető magyarázatot – állít fel, hogy választ adjon a kérdésre.
Egy hipotézis nem feltétlenül helytálló. Sokkal inkább afféle „legjobb tipp”, amelyet ellenőrizniük kell a tudósoknak, hogy lássák, valóban helyes-e. A hipotézisek ellenőrzése céljából előrejelzéseket tesznek a tudósok: ha
Hogyan ellenőrzik a hipotéziseket?
A tudósok kontrollált kísérletek segítségével ellenőrzik a hipotéziseiket, amikor ez lehetséges. A kontrollált kísérlet olyan tudományos vizsgálati módszer, amelyet szabályozott körülmények között végeznek, azaz egyszerre csak egy (vagy néhány) tényezőn változtatnak, az összes többit állandónak hagyják. Az alábbiakban közelebbről is meg fogjuk vizsgálni a kontrollált kísérleteket.
Bizonyos esetekben egy hipotézist – gyakorlati, vagy etikai okokból kifolyólag – nem lehet kontrollált kísérlettel ellenőrizni. Ilyen esetekben a tudós eljárhat úgy is, hogy előrejelzéseket fogalmaz meg olyan sémákról, amelyeket abban az esetben észlelhetünk a természetben, ha a hipotézis helyes. Ezután adatokat gyűjthet, hogy lássa, valóban létezik-e az előrejelzett séma.
Kontrollcsoportos kísérlet
Melyek a kontrollált kísérletek lényegi összetevői? Ennek bemutatására vegyünk egy egyszerű, már-már butácska példát.
Tegyük fel, hogy babot akarok csíráztatni a konyhámban, az ablakban. Elvetem a magokat egy földdel teli cserépbe, kiteszem a cserepet az ablakpárkányra, és várom, hogy kicsírázzanak a babszemek. Azonban még hetekkel később sem látom a csírákat. Vajon miért? Nos... az a helyzet, hogy elfelejtettem öntözni. Tehát a hipotézisem az lesz, hogy a babszemek a vízhiány miatt nem csíráztak ki.
A hipotézisem ellenőrzése céljából kontrollált kísérletet fogok végezni. Ebben a kísérletben két egyforma cserepet készítek elő. Mindkettőbe tíz szem babot vetek, ugyanolyan típusú talajba, és mindkét cserepet ugyanabba az ablakba teszem. Csak egyetlen dolgot teszek másképp a két cseréppel:
- Az egyik cserépben lévő magokat minden délután megöntözöm.
- A másikban levők soha nem kapnak vizet.
Egy hét elteltével a megöntözött cserépben levő tíz babból kilenc kicsírázik, míg a másik, száraz cserépben levők közül egy sem. Úgy tűnik, hogy a „magoknak víz kell” hipotézis helyes!
Nézzük, miként illusztrálja ez az egyszerű példa egy kontrollált kísérlet alkotóelemeit!
Kísérleti és kontrollcsoportok
A kísérletben két csoport vesz részt, amelyek csak abban különböznek, hogy az egyikbe valahogyan beavatkozunk (öntözés), míg a másikba nem. Azt a csoportot, amelybe egy kísérlet során beavatkozunk (itt a megöntözött cserép), kísérleti csoportnak nevezzük, azt pedig, amelyikbe nem (itt a száraz cserép), kontrollcsoportnak. A kontrollcsoport az a viszonyítási pont, amelyhez képest láthatjuk, hogy a beavatkozásnak van-e hatása.
Független és függő változók
Az a tényező, amely különbözik a kísérleti és a kontrollcsoport esetében (példánkban ez a víz mennyisége), független változóként ismeretes. Független, mert nem függ attól, hogy mi történik a kísérlet során. Olyasvalami, amit maga a kísérletet végző személy választ ki vagy tesz hozzá a kísérlethez.
Ezzel szemben a függő változó egy kísérletben a válaszreakció. Ezt megmérve láthatjuk, hogy a beavatkozásnak volt-e hatása. Mostani példánkban a kicsírázott babszemek hányada a függő változó. A függő változó (a kicsírázott babszemek hányada) a független változótól (a víz mennyiségétől) függ, és nem fordítva.
A kísérleti adatok a kísérlet során tett megfigyelések. Esetünkben az általunk összegyűjtött adat az egy-egy cserépben egy hét után kicsírázott babok száma.
Variabilitás (eltérések) és ismétlődés
Tíz rendszeresen öntözött babszem közül csak kilenc kelt ki. Mi történt a tizedikkel? Lehetséges, hogy túl régi vagy beteg bab volt, vagy csak lassabban csírázott. A biológiában (mely komplex, élő dolgokkal foglalkozik), a kísérletekhez használt anyagon belül – esetünkben ugye babról beszélünk – igen gyakoriak lehetnek az olyan eltérések, amelyeket a kísérletező nem tud észlelni.
Ezen nagyfokú variabilitás miatt van, hogy a biológiai kísérleteket nagyszámú mintán kell végezni, és ideális esetben többször meg kell ismételni. A mintaméret a kísérletben részt vevő elemek számára utal – a mi esetünkben csoportonként
A biológusok – és más kutatók is – statisztikai próbákat is használnak abból a célból, hogy külön tudják választani a valódi különbségeket a véletlenszerű eltérésekből adódó különbségektől (pl. kísérleti és kontrollcsoportok összehasonlítása esetén).
Kontrollcsoportos kísérlet, esettanulmány:
Nézzünk egy valóságosabb példát a kontrollált kísérletekre: vizsgáljunk meg egy friss tanulmányt a korallfehéredésről. Normális esetben a korallokban piciny, fotoszintetizáló élőlények laknak, a fehéredés pedig akkor következik be, ha ezek – általában környezeti stressz miatt – elhagyják a korallt. Az alábbi fotón az előtérben egy kifehéredett, a háttérben pedig egy egészséges korall látható.
Számos, a korallfehéredésre irányuló kutatásban a vízhőmérséklet
Te milyen kísérlettel ellenőriznéd ezt a hipotézist? Gondold át a következőket:
- Milyen kísérleti és kontrollcsoportokat használnál?
- Mik lennének a független és a függő változóid?
- Milyen eredményekre számítanál az egyes csoportok esetében?
Megpróbáltál válaszolni?
Nem kísérleteken alapuló hipotézis-ellenőrzés
Bizonyos hipotézisfajtákat nem lehet kontrollcsoportos kísérletekkel ellenőrizni, etikai vagy gyakorlati okokból kifolyólag. Például egy vírusfertőzésről alkotott hipotézist nem lehet úgy ellenőrizni, hogy az embereket két csoportra osztjuk, és az egyik csoportot megfertőzzük: egészséges emberek tudatos megfertőzése nem lenne sem biztonságos, sem etikus. Hasonlóképpen, az esőzések hatásait tanulmányozó ökológus nem csinálhat esőt egy kontinens egyik részén, miközben egy másik részét szárazon tartja „kontrollcsoport” gyanánt.
Az efféle helyzetekben folyamodhatnak a biológusok a nem kísérleten alapuló hipotézis-ellenőrzés különböző fajtáihoz. A nem kísérleten alapuló hipotézis-ellenőrzés folyamán a kutató előrejelzi, hogy milyen megfigyeléseket tehet majd, vagy milyen sémákat észlelhet a természetben, ha a hipotézis helyes. Ezután összegyűjti és kiértékeli az adatokat, ellenőrizve, hogy az előrejelzett sémák valóban megjelennek-e.
Esettanulmány: korallfehéredés és hőmérséklet
A megfigyeléseken alapuló hipotézis-ellenőrzés egyik jó példája a korallfehéredés kutatásának korai szakaszából származik. Ahogy fentebb említettük, korallfehéredésnek nevezzük azt, amikor a korallok elveszítik a bennük élő fotoszintetizáló mikroorganizmusokat. Ettől fehérednek ki. A kutatók azt gyanították, hogy talán a magas vízhőmérséklet okozhatja a korallfehéredést. Kísérleti alapon, kis számú mintával ellenőrizték is ezt a hipotézist (tartályokba helyezett, különválasztott koralldarabkák segítségével).
Leginkább azonban azt szerették volna tudni az ökológusok, hogy a saját élőhelyükön élő, sok-sok különböző korallfaj fehéredésének is a vízhőmérséklet emelkedése-e az okozója. Erre a nagyobb horderejű kérdésre nem volt lehetőség kísérleti körülmények között választ adni, minthogy nem lett volna etikus – vagy egyáltalán lehetséges – mesterségesen megváltoztatni egész korallzátonyokat körülvevő víztömegek hőmérsékletét.
Ehelyett annak érdekében, hogy ellenőrizni tudják a hipotézist, mely szerint a természetes fehéredési eseményeket a vízhőmérséklet növekedése okozza, egy kutatócsoport programot írt ezen események előrejelzésére, mégpedig valós vízhőmérsékleti adatokra alapozva. Ez a program képes volt például előrejelezni egy bizonyos korallzátony fehéredését, ha a zátonyt körülvevő víz hőmérséklete legalább
A számítógépes program képes volt sok fehéredési eseményt előre jelezni hetekkel vagy akár hónapokkal azelőtt, hogy jelentették volna őket. Ezek közé tartozott a Nagy Korallzátony egy igen jelentős fehéredési hulláma 1998-ban.
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.