Πληροφορίες

1.9: Επιστημονικά Πειράματα - Βιολογία

1.9: Επιστημονικά Πειράματα - Βιολογία


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Βλέποντας σημεία

Οι κηλίδες στη γλώσσα αυτού του παιδιού είναι ένα πρώιμο σημάδι ανεπάρκειας βιταμίνης C, που ονομάζεται επίσης σκορβούτο. Αυτή η διαταραχή, η οποία μπορεί να είναι θανατηφόρα, είναι ασυνήθιστη σήμερα, επειδή τα τρόφιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε βιταμίνη C είναι σχετικά διαθέσιμα. Περιλαμβάνουν ντομάτες, πιπεριές και εσπεριδοειδή όπως πορτοκάλια, λεμόνια και λάιμ. Ωστόσο, το σκορβούτο ήταν ένα πολύ γνωστό πρόβλημα στα πλοία του πολεμικού ναυτικού το 1700. Λέγεται ότι το σκορβούτο προκάλεσε περισσότερους θανάτους στον βρετανικό στόλο από ότι τα γαλλικά και τα ισπανικά όπλα. Εκείνη την εποχή, η αιτία του σκορβούτου ήταν άγνωστη και οι βιταμίνες δεν είχαν ακόμη ανακαλυφθεί. Ανέκδοτα στοιχεία υποδεικνύουν ότι η κατανάλωση εσπεριδοειδών μπορεί να θεραπεύσει το σκορβούτο. Ωστόσο, κανείς δεν ήξερε με βεβαιότητα μέχρι το 1747, όταν ένας σκωτσέζος ναυτικός γιατρός ονόματι John Lind έκανε ένα πείραμα για να δοκιμάσει την ιδέα. Το πείραμα του Lind ήταν ένα από τα πρώτα κλινικά πειράματα στην ιστορία της ιατρικής.

Τι είναι ένα πείραμα;

Ενα πείραμα είναι ένας ειδικός τύπος επιστημονικής έρευνας που πραγματοποιείται υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Αλλά σε αντίθεση με ορισμένους άλλους τύπους ερευνών, ένα πείραμα περιλαμβάνει χειρισμό ορισμένων παραγόντων σε ένα σύστημα προκειμένου να δούμε πώς επηρεάζει το αποτέλεσμα. Στην ιδανική περίπτωση, τα πειράματα περιλαμβάνουν επίσης τον έλεγχο όσο το δυνατόν περισσότερων άλλων παραγόντων προκειμένου να απομονωθεί η αιτία των πειραματικών αποτελεσμάτων.

Ένα πείραμα ελέγχει γενικά πώς μια συγκεκριμένη μεταβλητή επηρεάζεται από κάποια άλλη συγκεκριμένη μεταβλητή. Η επηρεαζόμενη μεταβλητή ονομάζεται εξαρτημένη μεταβλητή, ή μεταβλητή αποτελέσματος. Η μεταβλητή που επηρεάζει την εξαρτημένη μεταβλητή ονομάζεται the ανεξάρτητος μεταβλητός. Ονομάζεται επίσης χειραγωγημένη μεταβλητή επειδή αυτή είναι η μεταβλητή που χειρίζεται ο ερευνητής. Οποιεσδήποτε άλλες μεταβλητές (μεταβλητή ελέγχου) που θα μπορούσαν επίσης να επηρεάσουν την εξαρτημένη μεταβλητή διατηρούνται σταθερές, επομένως μετρώνται οι επιδράσεις της ανεξάρτητης μεταβλητής μόνο.

Το πείραμα του Lind's Scurvy

Ο Lind ξεκίνησε το πείραμά του για το σκορβούτο σε ένα βρετανικό πλοίο αφού ήταν στη θάλασσα για δύο μήνες και οι ναυτικοί είχαν αρχίσει να δείχνουν σημάδια σκορβούτου. Διάλεξε μια ομάδα 12 ναυτικών με σκορβούτο και χώρισε την ομάδα σε 6 ζευγάρια. Και οι 12 ναυτικοί έλαβαν την ίδια δίαιτα, αλλά κάθε ζευγάρι έλαβε επίσης ένα διαφορετικό καθημερινό συμπλήρωμα στη δίαιτα (Πίνακας (PageIndex{1})).

Πίνακας (PageIndex{1}): Πείραμα του Lind's Scurvy
Ζεύγος ΘεμάτωνΚαθημερινά Συμπλήρωμα στη δίαιτα που λαμβάνεται από αυτό το ζευγάρι
11 λίτρο μηλίτη
25 σταγόνες θειικό οξύ
36 κουταλιές ξύδι
41 φλιτζάνι θαλασσινό νερό
52 πορτοκάλια και 1 λεμόνι
6πικάντικη πάστα και ένα ποτό κριθαρόνερο

Το πείραμα του Lind τελείωσε μετά από μόλις πέντε ημέρες, όταν τα φρέσκα εσπεριδοειδή τελείωσαν για το ζεύγος 5. Ωστόσο, οι δύο ναύτες αυτού του ζεύγους είχαν ήδη αναρρώσει πλήρως ή είχαν βελτιωθεί σημαντικά. Οι ναύτες του ζεύγους 1 (που έλαβαν το τέταρτο του μηλίτη) παρουσίασαν επίσης κάποια βελτίωση, αλλά οι ναύτες στα άλλα ζευγάρια δεν παρουσίασαν καμία.

Μπορείτε να προσδιορίσετε τις ανεξάρτητες και τις εξαρτημένες μεταβλητές στο πείραμα του Lind; Η ανεξάρτητη μεταβλητή είναι το ημερήσιο συμπλήρωμα που λαμβάνουν τα ζευγάρια. Η εξαρτημένη μεταβλητή είναι η βελτίωση/μη βελτίωση των συμπτωμάτων σκορβούτου. Τα αποτελέσματα του Lind υποστήριξαν τη θεραπεία με εσπεριδοειδή για το σκορβούτο και σύντομα υιοθετήθηκε από το βρετανικό ναυτικό με καλά αποτελέσματα. Ωστόσο, το γεγονός ότι το σκορβούτο προκαλείται από ανεπάρκεια βιταμίνης C δεν ανακαλύφθηκε παρά σχεδόν 200 χρόνια αργότερα.

Δειγματοληψία

Το πείραμα του Λιντ περιλάμβανε μόλις 12 άτομα. Αυτό είναι ένα πολύ μικρό δείγμα για τα σύγχρονα επιστημονικά πρότυπα. ο δείγμα σε ένα πείραμα ή άλλη έρευνα αποτελείται από τα άτομα ή τα γεγονότα που πραγματικά μελετώνται. Σπάνια περιλαμβάνει ολόκληρο τον πληθυσμό γιατί κάτι τέτοιο θα ήταν πιθανότατα μη πρακτικό ή ακόμα και αδύνατον.

Υπάρχουν δύο τύποι σφαλμάτων που μπορεί να προκύψουν μελετώντας ένα δείγμα αντί για ολόκληρο τον πληθυσμό: τυχαίο σφάλμα και προκατάληψη.

  • Παρουσιάζεται τυχαίο σφάλμα εάν το δείγμα είναι πολύ μικρό. Όσο μικρότερο είναι το δείγμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να μην αντιπροσωπεύει δίκαια ολόκληρο τον πληθυσμό. Το πιθανό σφάλμα μετριάζεται με τη χρήση μεγαλύτερου δείγματος.
  • Η προκατάληψη εμφανίζεται εάν το δείγμα δεν επιλέγεται τυχαία σε σχέση με μια μεταβλητή στη μελέτη. Αυτό το πρόβλημα μετριάζεται φροντίζοντας να επιλέξετε ένα τυχαιοποιημένο δείγμα.

Ένα αξιόπιστο πείραμα πρέπει να σχεδιαστεί ώστε να ελαχιστοποιεί και τις δύο αυτές πιθανές πηγές σφαλμάτων. Μπορείτε να δείτε πώς αντιμετωπίστηκαν οι πηγές λάθους σε ένα άλλο πείραμα ορόσημο: τη διάσημη δοκιμή του 1953 του Jonas Salk για το εμβόλιο πολιομυελίτιδας που αναπτύχθηκε πρόσφατα. Το τεράστιο πείραμα του Salk έχει χαρακτηριστεί το «μεγαλύτερο πείραμα δημόσιας υγείας στην ιστορία».

Πείραμα εμβολίου πολιομυελίτιδας Salk's

Φανταστείτε μια πανεθνική επιδημία μιας μεταδοτικής ασθένειας που μοιάζει με γρίπη που προσβάλλει κυρίως παιδιά και συχνά προκαλεί παράλυση. Αυτό ακριβώς συνέβη στις ΗΠΑ κατά το πρώτο μισό του 20ού αιώνα. Ξεκινώντας από τις αρχές του 1900, υπήρξαν επαναλαμβανόμενοι κύκλοι επιδημιών πολιομυελίτιδας, και ο καθένας φαινόταν να είναι ισχυρότερος από τον προηγούμενο. Πολλά παιδιά κατέληξαν σε υποστήριξη ζωής στους λεγόμενους «σιδερένιους πνεύμονες» (βλ. φωτογραφία παρακάτω) επειδή οι αναπνευστικοί μύες τους είχαν παραλύσει από την ασθένεια.

Η πολιομυελίτιδα προκαλείται από έναν ιό και δεν υπάρχει ακόμη θεραπεία για αυτήν την δυνητικά καταστροφική ασθένεια. Ευτυχώς, τώρα μπορεί να προληφθεί με εμβόλια. Το πρώτο εμβόλιο κατά της πολιομυελίτιδας ανακαλύφθηκε από τον Jonas Salk το 1952. Αφού δοκίμασε το εμβόλιο στον εαυτό του και στα μέλη της οικογένειάς του για να αξιολογήσει την ασφάλειά του, ο Salk ανέλαβε ένα πανεθνικό πείραμα για να δοκιμάσει την αποτελεσματικότητα του εμβολίου χρησιμοποιώντας περισσότερους από ένα εκατομμύριο μαθητές ως υποκείμενα. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μια πανεθνική δοκιμή ενός πειραματικού εμβολίου που χρησιμοποιεί παιδιά ως «ινδικά χοιρίδια». Δεν θα γινόταν ποτέ σήμερα. Ωστόσο, το 1953, η πολιομυελίτιδα χτύπησε τόσο φόβο στις καρδιές των γονιών που αποδέχθηκαν τη λέξη του Salk ότι το εμβόλιο ήταν ασφαλές και επέτρεψαν με χαρά στα παιδιά τους να συμμετάσχουν στη μελέτη.

Το πείραμα του Σαλκ ήταν πολύ καλά σχεδιασμένο. Πρώτον, περιλάμβανε δύο πολύ μεγάλα, τυχαία δείγματα παιδιών — 600.000 στην ομάδα θεραπείας, που ονομάζεται πειραματική ομάδα, και 600.000 στην ομάδα που δεν υποβλήθηκε σε θεραπεία, που ονομάζεται η ομάδα ελέγχου. Η χρήση πολύ μεγάλων και τυχαιοποιημένων δειγμάτων μείωσε την πιθανότητα τυχαίου λάθους και μεροληψίας στο πείραμα. Τα παιδιά της πειραματικής ομάδας ενέθηκαν με το πειραματικό εμβόλιο πολιομυελίτιδας. Τα παιδιά της ομάδας ελέγχου έλαβαν ένεση με ένα αβλαβές αλατούχο διάλυμα (αλμυρού νερού). Η ένεση φυσιολογικού ορού ήταν εικονικό φάρμακο. ΕΝΑ εικονικό φάρμακο είναι μια «ψεύτικη» θεραπεία που στην πραγματικότητα δεν έχει καμία επίδραση στην υγεία. Περιλαμβάνεται σε δοκιμές εμβολίων και άλλων ιατρικών θεραπειών, έτσι τα υποκείμενα δεν θα γνωρίζουν σε ποια ομάδα (μάρτυρα ή πειραματική) έχουν τοποθετηθεί. Η χρήση ενός εικονικού φαρμάκου βοηθά τους ερευνητές να ελέγξουν την φαινόμενο εικονικού φαρμάκου. Αυτή είναι μια ψυχολογική αντίδραση σε μια θεραπεία που εμφανίζεται μόνο και μόνο επειδή το υποκείμενο θεραπεύεται, ακόμα κι αν η θεραπεία δεν έχει πραγματικό αποτέλεσμα.

Τα πειράματα στα οποία χρησιμοποιείται εικονικό φάρμακο είναι γενικά τυφλά πειράματα γιατί τα υποκείμενα είναι «τυφλά» στην πειραματική τους ομάδα. Αυτό βοηθά στην αποφυγή μεροληψίας στο πείραμα. Συχνά, ακόμη και οι ερευνητές δεν γνωρίζουν ποια θέματα είναι σε κάθε ομάδα. Αυτό το είδος πειράματος ονομάζεται α διπλό τυφλό πείραμα γιατί τόσο τα υποκείμενα όσο και οι ερευνητές είναι «τυφλοί» για το ποια υποκείμενα βρίσκονται σε κάθε ομάδα. Η δοκιμή εμβολίου του Salk ήταν ένα διπλό τυφλό πείραμα και τα διπλά τυφλά πειράματα θεωρούνται πλέον το χρυσό πρότυπο κλινικών δοκιμών εμβολίων, θεραπευτικών φαρμάκων και άλλων ιατρικών θεραπειών.

Το εμβόλιο της πολιομυελίτιδας του Salk αποδείχθηκε εξαιρετικά επιτυχημένο. Η ανάλυση των δεδομένων από τη μελέτη του αποκάλυψε ότι το εμβόλιο ήταν 80 έως 90 τοις εκατό αποτελεσματικό στην πρόληψη της πολιομυελίτιδας. Σχεδόν εν μία νυκτί, ο Σαλκ χαιρετίστηκε ως εθνικός ήρωας. Εμφανίστηκε στο εξώφυλλο του χρόνος περιοδικό και προσκλήθηκε στον Λευκό Οίκο. Μέσα σε λίγα χρόνια, εκατομμύρια παιδιά είχαν λάβει το εμβόλιο της πολιομυελίτιδας. Μέχρι το 1961, η συχνότητα της πολιομυελίτιδας στις ΗΠΑ είχε μειωθεί κατά 96 τοις εκατό.

Όρια στον Πειραματισμό

Τα καλά πραγματοποιημένα πειράματα είναι γενικά οι πιο αυστηρές και αξιόπιστες επιστημονικές έρευνες. Ωστόσο, το χαρακτηριστικό τους χαρακτηριστικό του χειρισμού μεταβλητών για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων δεν είναι δυνατό, πρακτικό ή ηθικό σε όλες τις έρευνες. Ως αποτέλεσμα, πολλές ιδέες δεν μπορούν να δοκιμαστούν μέσω πειραματισμού. Για παράδειγμα, τα πειράματα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δοκιμαστούν ιδέες σχετικά με το τι έτρωγαν οι πρόγονοί μας πριν από εκατομμύρια χρόνια ή πώς το μακροχρόνιο κάπνισμα συμβάλλει στον καρκίνο του πνεύμονα. Στην περίπτωση των προγόνων μας είναι αδύνατο να τους μελετήσουμε άμεσα. Οι ερευνητές πρέπει να βασίζονται σε έμμεσα στοιχεία, όπως λεπτομερείς παρατηρήσεις των απολιθωμένων δοντιών τους. Στην περίπτωση του καπνίσματος, είναι ανήθικο να εκτίθενται ανθρώπινα υποκείμενα σε επιβλαβή καπνό τσιγάρου. Αντίθετα, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν μεγάλες μελέτες παρατήρησης ατόμων που είναι ήδη καπνιστές, με μη καπνιστές ως ελέγχους, για να αναζητήσουν συσχετίσεις μεταξύ των συνηθειών καπνίσματος και του καρκίνου του πνεύμονα.

Χαρακτηριστικό: Η ανθρώπινη βιολογία στις ειδήσεις

Ο Lind ανέλαβε το πείραμά του για να δοκιμάσει τις επιπτώσεις των εσπεριδοειδών στο σκορβούτο σε μια εποχή που οι ναυτικοί πέθαιναν κατά χιλιάδες από αυτή τη διατροφική ασθένεια καθώς εξερευνούσε τον κόσμο. Οι σημερινοί εξερευνητές είναι αστροναύτες στο διάστημα και η διατροφή τους είναι επίσης καθοριστική για την επιτυχία των αποστολών τους. Ωστόσο, η διατήρηση της καλής διατροφής στους αστροναύτες στο διάστημα μπορεί να είναι πρόκληση. Ένα πρόβλημα είναι ότι οι αστροναύτες τείνουν να τρώνε λιγότερο ενώ βρίσκονται στο διάστημα. Όχι μόνο είναι πολύ απασχολημένοι στις αποστολές τους, αλλά μπορεί επίσης να κουραστούν από τις διαστημικές μερίδες φαγητού. Το περιβάλλον του χώρου είναι ένα άλλο πρόβλημα. Παράγοντες όπως η μικροβαρύτητα και η υψηλότερη έκθεση στην ακτινοβολία μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και απαιτούν διατροφικές προσαρμογές για να τους βοηθήσουν να αντιμετωπιστούν. Ένας νέος τρόπος μελέτης της διατροφής και της υγείας των αστροναυτών παρέχεται από τους πανομοιότυπους δίδυμους αστροναύτες Scott και Mark Kelly, (Εικόνα (PageIndex{3})).

Οι Kellys είναι οι πρώτοι πανομοιότυποι δίδυμοι αστροναύτες, αλλά οι μελέτες διδύμων δεν είναι κάτι καινούργιο. Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει πανομοιότυπα (ομοζυγωτικά) δίδυμα ως ερευνητικά θέματα για πολλές δεκαετίες. Τα πανομοιότυπα δίδυμα έχουν τα ίδια γονίδια, επομένως τυχόν διαφορές μεταξύ τους μπορεί γενικά να αποδοθούν σε περιβαλλοντικές επιρροές και όχι σε γενετικά αίτια. Ο Mark Kelly πέρασε σχεδόν έναν ολόκληρο χρόνο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) μεταξύ 2015 και 2016, ενώ ο δίδυμος του, Scott Kelly, έμεινε στο έδαφος, υπηρετώντας ως έλεγχος στο πείραμα. Μπορεί να έχετε παρατηρήσει πολλή κάλυψη από τα μέσα ενημέρωσης για την επιστροφή του Mark Kelly στη Γη τον Μάρτιο του 2016, επειδή η συνεχής παραμονή του στο διάστημα ήταν η μεγαλύτερη από οποιονδήποτε Αμερικανό αστροναύτη εκείνη την εποχή. Η NASA μαθαίνει πολλά για τις επιπτώσεις των μακροπρόθεσμων διαστημικών ταξιδιών στο ανθρώπινο σώμα μετρώντας και συγκρίνοντας διατροφικούς δείκτες και άλλα δεδομένα υγείας στα δίδυμα.

Ανασκόπηση

  1. Πώς διαφέρουν τα πειράματα από άλλους τύπους επιστημονικών ερευνών;
  2. Προσδιορίστε τις ανεξάρτητες και εξαρτημένες μεταβλητές στη δοκιμή εμβολίου πολιομυελίτιδας σε εθνικό επίπεδο του Salk.
  3. Συγκρίνετε και αντιπαραβάλλετε τυχαίο σφάλμα και μεροληψία στη δειγματοληψία. Πώς μπορεί να ελαχιστοποιηθεί κάθε τύπος σφάλματος;
  4. Ποιο είναι το φαινόμενο εικονικού φαρμάκου; Εξηγήστε πώς ο πειραματικός σχεδιασμός του Salk τον έλεγχε.
  5. Συμπλήρωσε τα κενά. Η μεταβλητή _____________ χειρίζεται για να δει τα αποτελέσματα στη μεταβλητή ___________.
  6. Σωστό ή λάθος. Σε μελέτες πανομοιότυπων διδύμων, η ανεξάρτητη μεταβλητή είναι η γενετική τους.
  7. Σωστό ή λάθος. Δεν μπορούν να γίνουν πειράματα σε ανθρώπους.
  8. Σωστό ή λάθος. Τα μεγαλύτερα μεγέθη δειγμάτων είναι γενικά καλύτερα από τα μικρότερα σε επιστημονικά πειράματα.
  9. Απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις σχετικά με το πείραμα του σκορβούτου του Lind.
    1. Γιατί πιστεύετε ότι ήταν σημαντικό οι δίαιτες των ναυτικών να διατηρούνται όλες οι ίδιες, εκτός από το καθημερινό συμπλήρωμα;
    2. Μπορείτε να σκεφτείτε κάποιους άλλους παράγοντες εκτός από τη διατροφή που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ήταν διαφορετικοί μεταξύ των ναυτικών που θα μπορούσαν να επηρέασαν το αποτέλεσμα του πειράματος;
    3. Γιατί πιστεύετε ότι οι ναυτικοί που έπιναν μηλίτη είχαν κάποια βελτίωση στα συμπτώματα σκορβούτου;
  10. Εξηγήστε γιατί τα διπλά τυφλά πειράματα θεωρούνται πιο αυστηρά από τα κανονικά τυφλά πειράματα.
  11. Γιατί είναι τόσο χρήσιμες οι μελέτες που χρησιμοποιούν πανομοιότυπα δίδυμα;
  12. Πιστεύετε ότι είναι απαραίτητο να συμπεριληφθεί ένα εικονικό φάρμακο (όπως μια ένεση με φυσιολογικό ορό σε ένα πείραμα δοκιμής φαρμάκων) σε πειράματα που χρησιμοποιούν ζώα; Γιατί ή γιατί όχι?

Εξερευνήστε Περισσότερα

Παρακολουθήστε αυτή τη διασκεδαστική ομιλία TED, στην οποία ο βιοχημικός Kary Mullis μιλά για το πείραμα ως τη βάση της σύγχρονης επιστήμης.

Δείτε αυτό το βίντεο για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη διεξαγωγή επιστημονικών πειραμάτων:


Δες το βίντεο: Μετουσίωση ΠρωτεϊνώνΠείραμα (Φεβρουάριος 2023).