APRENDER CIENCIACONOCIENDO COMO

TRABAJAN LOSINVESTIGADORES CIENTIFÍCOS

GABRIEL CAMARENA GUTIÉRREZ

8 de agosto de 2013

UNIDAD DE MORFOLOGÍA Y FUNCIÓN. FES IZTACALA. UNAMdatura@unam.mx

Introducción

Los investigadores científicos desarrollan en su trabajo varias actividades en se-cuencias diferentes. Es una práctica común que repitan los mismos pasos varias ve-ces para confirmar la nueva información que obtuvieron en sus experimentos, lo queles permite reafirmar sus ideas o bien modificarlas. La representación del proceso deconstrucción de la ciencia captura la lógica en que se basa la ciencia: comprobar lasideas por medio de evidencias.

Ver el método científico en forma lineal implica que la ciencia fuera realizada porcientíficos que trabajaran individualmente a través de esos pasos, en forma aislada.Pero en realidad, la ciencia depende de las interacciones que se dan dentro de lacomunidad científica. Las distintas partes del proceso científico pueden ser llevadasa cabo por diferentes personas en momentos determinados. El proceso de la cienciaes emocionante, dinámico e impredecible. La ciencia se basa en personas creativas,que por medio de sus trabajos obtienen conclusiones que deben ser revisadas en basea las evidencias que obtuvieron; esto permite plantear nuevas interrogantes, aunqueya se haya se respondido a preguntas viejas.

El proceso de la ciencia es iterativo

La ciencia avanza en círculos sobre si misma cuando las ideas son útiles y se usanpara aprender aún más acerca del mundo natural, lo que significa que la secuencia deinvestigaciones de un tema regresa a la pregunta original, pero a niveles más y másprofundos. Empecemos con la pregunta básica £cómo funciona la herencia biológi-ca?. A mediados de la década de l 1800, Gregor Mendel demostró que la informaciónque se hereda se transmite en paquetes discretos que no pueden ser desintegrados.A principios de los años 1900s, Walter Sutton y Theodor Boveri (entre otros) ayuda-ron a mostrar que las partículas de la herencia, que hoy conocemos como genes, seencuentran en los cromosomas. Experimentos realizados por Frederick Griffith, Os-wald Avery y muchos otros, utilizando esta idea, demostraron que era el ADN delos cromosomas el que llevaba la información genética. Posteriormente, en 1953, Ja-

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mes Watson y Francis Crick, ayudados por el trabajo de muchos otros investigadores,elaboraron una comprensión más detallada de la herencia al esbozar la estructuramolecular del ADN. Más tarde, en la década de 60, Marshall Nirenberg, HeinrichMatthaei, y de nuevo muchos otros, desentrañaron el código molecular que permiteque el ADN codifique proteínas. Y la ciencia no se detiene ah, los biólogos han segui-do profundizando y ampliando nuestra comprensión de los genes, cómo se controlan,cómo los patrones de control se heredan a sí mismos, y cómo se producen los rasgosfísicos que se transmiten de generación en generación.

El proceso de la ciencia no está predeterminado

Cualquier punto en el proceso conduce a muchos pasos posibles, donde el siguien-te movimiento puede ser una sorpresa. Por ejemplo, al investigar qué sucede paraque una cactácea presente el fenómeno de pudrición en su medioambiente, se pue-de encontrar que un insecto es el vector de la enfermedad, la cual es producida poruna bacteria; lo que se puede demostrar experimentalmente utilizando los postula-dos de Robert Koch. Capturar los insectos puede llevar a una investigación sobre lasferomonas de insectos, y la identificación de las bacterias patógenas puede llevar aun estudio sobre los mecanismos de acción de las toxinas que producen, y así, cadanueva pregunta nos puede llevar en una dirección completamente nueva.

Al principio, este proceso puede parecer abrumador, incluso en el ámbito de unasola investigación, pero la ciencia puede involucrar a muchas personas que participanen distintas actividades en diferentes órdenes y en varios momentos en el tiempo; yaque la ciencia es dinámica, flexible e impredecible. Un estudiante de ciencias se puedesentir abrumado debido a que la ciencia consiste de muchas etapas complejas, perolos puntos clave de este proceso son sencillos y los iremos trabajando a lo largo dellibro. Por supuesto que los científicos también se sintieron abrumados, sin embargo,pudieron desarrollar el interés por un tema a través de la lectura, charlando con uncolega o siendo invitados a participar en la solución de un problema en que está tra-bajando otro equipo de investigadores También es posible que el investigador tengauna preocupación por un problema práctico, como la solución de una enfermedad; oquiera desarrollar una nueva tecnología. El punto inicial es la curiosidad que el cientí-fico ha desarrollado ante un evento de la naturaleza. Hay muchas rutas en el procesode construcción del saber científico.

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La prueba científica es el corazón del proceso

En ciencia, todas la ideas se tienen que comprobar con evidencias del mundo na-tural, lo que puede tomar diferentes formas, por ejemplo el hielo de los polos, losexperimentos de aceleradores de partículas, los ensayos preliminares con discos depapel que llevan un extracto para hacer una observación inicial de la sensibilidadde bacterias a extractos antimicrobianos, la identificación molecular de un organis-mo. Un científico no se puede mover a través del proceso de la ciencia sin examinarcómo es que la evidencia refleja sus ideas acerca de la manera en que funciona lanaturaleza, incluso si esto significa renunciar a una hipótesis favorita. La comunidadcientífica es quien contribuye a garantizar la exactitud de la ciencia. Los miembros dela comunidad científica (es decir, investigadores, técnicos, educadores y estudiantes,por nombrar algunos) desempeñan muchos papeles en el proceso de construcción dela ciencia, pero son especialmente importantes en la generación de ideas, al estudiarlas ideas y analizar la evidencia a favor y en contra de las mismas. A través de laacción de esta comunidad, la ciencia se auto-corrige. Esta interacción entre la comu-nidad científica permite que los investigadores reconozcan la necesidad de revisar ycorregir sus ideas por lo que es frecuente ver en las revistas científicas que retiransus propuestas. El proceso de la ciencia influye mucho en la sociedad El avance dela ciencia está entrelazado con la sociedad. Por ejemplo, la preocupación de la so-ciedad acerca de la propagación del VIH condujo a los estudios de las interaccionesmoleculares en el sistema inmunológico.

Exploración y descubrimiento

Las primeras etapas de una investigación científica se basan en la realización deobservaciones, en preguntas y en la experimentación inicial - esencialmente hurgan-do -, pero las rutas hacia y desde estas etapas son diversas. De manera sorprendentepueden surgir observaciones intrigantes, como ocurrió en el descubrimiento de la ra-diactividad, que se inspiró en la observación de las placas fotográficas almacenadasjunto a las sales de uranio a las que se habían expuesto de forma accidental. A veces,las observaciones se aclaran y surgen preguntas a través de discusiones con colegasy la lectura de trabajos de otros científicos, como lo demuestra el trabajo desarrolla-do por Mario Molina sobre el descubrimiento del papel de los clorofluorocarbonos(CFC) en la formación de hoyos en la capa de ozono. En 1973, los químicos habíanobservado que los CFC eran liberados al medio ambiente a partir de latas de aero-

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sol, aire acondicionado y otras fuentes, pero en una discusión con su colega y asesor,Sherwood Rowland, Mario Molina se preguntó £cuál era su destino final de los CFC?.Dado que los CFC se estaban acumulando rápidamente en la atmósfera, la preguntaera interesante, pero antes de abordar el problema, que en definitiva lo llevaría a unaexplicación para el agujero de la capa de ozono y a un Premio Nobel , Mario Molinanecesitaba más información. Tuvo que revisar los estudios de otros científicos de laquímica atmosférica, y lo que aprendió le mostró el inquietante destino de los CFC.

Esto nos indica que además de la observación y la formulación de preguntas esen-ciales para el proceso de la ciencia, los científicos necesitan un conocimiento básico,es decir, toda la información y la comprensión que han obtenido de su formación es-colar y de su producción científica, acompañado del resultado de conversaciones consus colegas y de las revisiones de la literatura científica. Como en la historia de MarioMolina, la comprensión de lo que otros científicos ya han descubierto acerca de untema en particular es fundamental para el proceso. Este conocimiento previo permitea los científicos reconocer las observaciones reveladoras para establecer conexionesentre sus ideas y esas observaciones, y para averiguar qué cuestiones pueden abor-darse de manera fructífera con las herramientas disponibles. Para seguir adelante, laciencia se basa en los conocimientos acumulados.

Observación más allá de nuestros ojos

Generalmente pensamos que hemos hecho observaciones "con nuestros propiosojos", pero en la ciencia, las observaciones pueden tomar muchas formas. Por supues-to, podemos hacer observaciones directamente a través de nuestros sentidos, miran-do, sintiendo, escuchando, saboreando y oliendo, de hecho la ciencia así comenzó.Sin embargo, en la actualidad en la ciencia amplificamos y perfeccionamos nuestrossentidos con herramientas: termómetros, microscopios, telescopios, radares, sensoresde radiación, cristalografía de rayos X, cromatógrafos, espectrómetros de masas, es-pectrofotómetros, termocicladores, etc., estas herramientas que nos permiten hacerun mejor trabajo de observación de lo que podemos con sólo nuestros sentidos. Estosinstrumentos han sido desarrollados y probados de tal manera que confiamos en lasobservaciones indirectas que estas herramientas nos facilitan. Es así como podemoshacer muchas observaciones con mucha mayor precisión.

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A los resultados de las observaciones los científicos les llaman

datos.

Si la observación es un resultado experimental, las fotografías de una región delespacio tomadas de un satélite en órbita, la presencia de unas manchas reveladas enuna cromatografía o simplemente darse cuenta del comportamiento de los animalesmientras se alimentan: todos son datos. Los científicos analizan e interpretan los da-tos con el fin de averiguar cómo los datos contrastan con sus hipótesis y teorías:£ soncompatibles con una idea, ayudan a refutar una idea, o sugieren una explicación com-pletamente nueva? Aunque los datos pueden parecer complejos y ser representadospor gráficos detallados y complejos análisis estadísticos, es importante recordar que,en el nivel más básico son simplemente observaciones. Las observaciones inspiran,nos ayudan a apoyar o refutar hipótesis y teorías científicas.

La comprobación de hipótesis y teorías se encuentra en el núcleo

del proceso de la ciencia.

Cualquier aspecto del mundo natural puede explicarse de muchas maneras dife-rentes. Es tarea de la ciencia recoger todas las posibles explicaciones, manteniendolas ideas que son respaldadas por las pruebas realizadas y descartando el resto. Po-demos pensar en pruebas científicas como algo que ocurre en dos pasos lógicos: 1)si la idea es correcta, £qué esperamos ver?, 2) £lo que esperamos, no coincide con loque observamos realmente? Las ideas son apoyadas cuando las observaciones reales(es decir, los resultados) coinciden con las observaciones esperadas y se contradicen,cuando no coinciden con ellas.

Consideradas juntas, las expectativas generadas por las ideas científicas y las ob-servaciones relevantes que se realizan en el laboratorio forman los que llamaremosel argumento científico: es una descripción lógica de lo que pensamos y por qué lopensamos. Un argumento científico utiliza la evidencia para reconocer si la idea cien-tífica es válida o no. Estos elementos del proceso científico pueden ensamblarse endiferentes órdenes. Independientemente de los detalles, es importante recordar quelas hipótesis y teorías viven o mueren si son útiles para explicar los datos, generan-do expectativas, dando explicaciones satisfactorias, inspirando nuevas preguntas deinvestigación, respondiendo a preguntas y resolviendo problemas. La ciencia filtra através de muchas ideas y se construye sobre lo que se trabaja.

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La metodología científica en las aulas

Tomando en cuenta lo antes expuesto, ahora planteamos un esquema del trabajo delos científicos y su relación con el aula. Sin embargo, el propósito no debe malinter-pretarse o parecer un libro de cocina en el que se saca de un almacén un problema, serealiza una observación, se mezcla con unas pocas preguntas, se le rocía una hipóte-sis, se combina todo en un experimento a 350 žC y listo, después de una hora, ya fueradel horno, tendremos con qué escribir una conclusión. La ciencia es más compleja yno se puede reducir a un paquete pre-empacado.

Uno de los pasos más difíciles en la ciencia es definir una pregunta de investiga-ción. Una pregunta comprobable puede surgir del análisis de los datos colectados, obasarse en las teorías y leyes científicas ya conocidas. Si bien la pregunta inicial esimportante como un objetivo que guía el estudio, la flexibilidad también es valiosa.Las preguntas definen las tareas que hemos de realizar en el laboratorio, expresan losproblemas y delimitan el trabajo. Las preguntas que no son claras equivalen a unacomprensión no bien definida. Las preguntas de los biólogos investigadores han con-tribuido al desarrollo y comprensión de la biología y muchas de ellas siguen vigentes:£cuáles son las características de los sistemas vivientes? £qué estructuras tienen losseres vivos? £cuáles funciones realizan estas estructuras? La bioquímica nació cuandolos biólogos empezaron a hacerse preguntas como: £qué procesos químicos ocurrendentro de los organismos? £cómo y por qué estos procesos interactúan y cambian enlos organismos?

En nuestra vida cotidiana hacemos preguntas a partir de nuestra observación, yasea por experiencia personal aunque hayan sido contestadas o no, £cómo podemoscurar el cáncer? £es efectiva la vacuna contra el virus H1N1? £cómo se produce elcalentamiento global? £cuántas personas se infectan del virus de inmunodeficienciahumana cada año? £se hereda la diabetes? £qué cambios fisiológicos produce el al-coholismo? £cómo puedo mejorar mi actuación como estudiante?

Parece trivial hacer esto, sin embargo cuando elaboramos una pregunta tenemos:i) un propósito, ii) y un punto de vista basado en suposiciones, hechos y teorías; iii)usamos datos, hechos y experiencias, iv) que nos permiten emitir juicios.

Como verás, para hacer preguntas es necesario ser muy curioso, observador, atentoal mundo que te rodea, saber escuchar e integrarse a un grupo de estudio o trabajo,leer textos de divulgación de la ciencia, etc. Así que para aprender a hacer cienciadebemos preguntarnos: £qué trato de lograr aquí? £qué es lo que quiero aprender?£cuál es el tiempo y los recursos que necesito? £qué antecedentes necesito para ini-

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ciar mi experimento? £cómo sé que esta información es precisa? £en qué se basanestos datos? £cómo llegué a esta conclusión? £cuál es la idea central que uso en mirazonamiento? £cuál es la pregunta clave que trato de contestar? £cuál es el conceptomás básico que subyace en la pregunta?

El proceso de la investigación científica es un esfuerzo cíclico

que contribuye a la comprensión general del mundo natural.

La ciencia crece en base a los conocimientos, sin embargo, ésta siempre tiene la-gunas, las lagunas conducen a la elaboración de preguntas, hipótesis, y experimen-tos. Los experimentos generan resultados e interpretaciones de esos resultados en elcontexto del conocimiento pre-existente. Al completarse el ciclo, el método científicoproduce conocimiento si consideramos a la metodología científica como una suma deprocesos que debe ser comunicada a los demás, y que esta comunicación también esun proceso.

Para desarrollar su trabajo de investigación, los científicos desarrollan otras mu-chas habilidades que incluyen: i) leer y escribir. Aunque parece obvio, la habilidadpara escribir es esencial para poder publicar los resultados de la investigación deacuerdo a las instrucciones que tiene cada revista científica. Es frecuente que se ten-ga que reescribir el artículo después que fue revisado por otros expertos del tema.Por supuesto la habilidad para leer es necesaria para desarrollar el vocabulario es-pecífico; además se debe leer correctamente en el idioma inglés que es el lenguajede la ciencia internacional o se corre el riesgo de que los resultados no se conozcanpor toda la comunidad científica. Saber redactar un buen proyecto de investigaciónpermite concursar en las instituciones que financian la investigación donde colabo-ran expertos en la evaluación de los proyectos, por lo que saber leer y escribir cienciano es una cosa trivial. ii) administración. Se debe administrar el dinero conseguidopara la investigación, para lo que se deben saber las técnicas de laboratorio, cuantose gasta de reactivos químicos, la adquisición de los mejores y eficientes instrumen-tos y lidiar con las administraciones de cada institución, tener previsto el dinero parabecar a alumnos. iii) uso de los sistemas de diseño de material didáctico para asistira congresos, seminarios, y lo principal, enamorar a los estudiantes en las áreas de lainvestigación. Finalmente mencionare a las emociones que tienen los investigadorescuando es rechazado un artículo, no se consigue el dinero para la investigación, no seobtiene rápidamente los resultados o el estudiante abandonó el proyecto sin previo

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aviso.

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