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1.9: Experimentos científicos - Biología

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Ver manchas

Las manchas en la lengua de este niño son una señal temprana de deficiencia de vitamina C, que también se llama escorbuto. Este trastorno, que puede ser fatal, es poco común hoy en día porque los alimentos con alto contenido de vitamina C están relativamente disponibles. Incluyen tomates, pimientos y frutas cítricas como naranjas, limones y limas. Sin embargo, el escorbuto era un problema bien conocido en los barcos de la Armada en el siglo XVIII. Se dijo que el escorbuto causó más muertes en la flota británica que las armas francesas y españolas. En ese momento, se desconocía la causa del escorbuto y aún no se habían descubierto las vitaminas. La evidencia anecdótica sugirió que comer frutas cítricas podría curar el escorbuto. Sin embargo, nadie lo supo con certeza hasta 1747, cuando un médico naval escocés llamado John Lind hizo un experimento para probar la idea. El experimento de Lind fue uno de los primeros experimentos clínicos en la historia de la medicina.

¿Qué es un experimento?

Un experimentar es un tipo especial de investigación científica que se realiza en condiciones controladas. Pero a diferencia de otros tipos de investigaciones, un experimento implica manipular algunos factores en un sistema para ver cómo afecta el resultado. Idealmente, los experimentos también implican controlar tantos otros factores como sea posible para aislar la causa de los resultados experimentales.

Un experimento generalmente prueba cómo una variable en particular se ve afectada por alguna otra variable específica. La variable afectada se llama variable dependiente, o variable de resultado. La variable que afecta a la variable dependiente se llama independiente variable. También se denomina variable manipulada porque es la variable que manipula el investigador. Cualquier otra variable (control variable) que también podrían afectar a la variable dependiente se mantienen constantes, por lo que se miden los efectos de la variable independiente por sí sola.

Experimento de escorbuto de Lind

Lind comenzó su experimento de escorbuto a bordo de un barco británico después de haber estado en el mar durante dos meses y los marineros habían comenzado a mostrar signos de escorbuto. Eligió un grupo de 12 marineros con escorbuto y dividió al grupo en 6 parejas. Los 12 marineros recibieron la misma dieta, pero cada pareja también recibió un suplemento diario diferente a la dieta (Tabla ( PageIndex {1} )).

Tabla ( PageIndex {1} ): Experimento de escorbuto de Lind
Par de sujetosDiario Suplemento a la dieta que recibe este par
11 litro de sidra
25 gotas de ácido sulfúrico
36 cucharadas de vinagre
41 taza de agua de mar
52 naranjas y 1 limón
6pasta picante y un trago de agua de cebada

El experimento de Lind terminó después de solo cinco días cuando los cítricos frescos se agotaron para el par 5. Sin embargo, los dos marineros de este par ya se habían recuperado por completo o mejorado enormemente. Los marineros de la pareja 1 (que recibieron el litro de sidra) también mostraron alguna mejora, pero los marineros de las otras parejas no mostraron ninguna.

¿Puedes identificar las variables independientes y dependientes en el experimento de Lind? La variable independiente es el suplemento diario que reciben las parejas. La variable dependiente es la mejoría o no mejoría de los síntomas del escorbuto. Los resultados de Lind respaldaron la cura de los cítricos para el escorbuto, y pronto fue adoptada por la marina británica con buenos resultados. Sin embargo, el hecho de que el escorbuto es causado por una deficiencia de vitamina C no se descubrió hasta casi 200 años después.

Muestreo

El experimento de escorbuto de Lind incluyó solo 12 sujetos. Ésta es una muestra muy pequeña según los estándares científicos modernos. los muestra en un experimento u otra investigación consiste en los individuos o eventos que se estudian realmente. Rara vez incluye a toda la población porque hacerlo probablemente sería impráctico o incluso imposible.

Hay dos tipos de errores que pueden ocurrir al estudiar una muestra en lugar de toda la población: error de azar y sesgo.

  • Se produce un error fortuito si la muestra es demasiado pequeña. Cuanto más pequeña sea la muestra, mayor será la probabilidad de que no represente de manera justa a toda la población. El error de azar se mitiga utilizando una muestra más grande.
  • El sesgo ocurre si la muestra no se selecciona al azar con respecto a una variable del estudio. Este problema se mitiga teniendo cuidado de elegir una muestra aleatoria.

Debe diseñarse un experimento confiable para minimizar estas dos posibles fuentes de error. Puede ver cómo se abordaron las fuentes de error en otro experimento histórico: el famoso ensayo de 1953 de Jonas Salk de su vacuna contra la polio recientemente desarrollada. El experimento masivo de Salk ha sido llamado "el mayor experimento de salud pública de la historia".

Experimento de la vacuna contra la poliomielitis de Salk

Imagine una epidemia a nivel nacional de una enfermedad contagiosa parecida a la gripe que ataca principalmente a los niños y, a menudo, causa parálisis. Eso es exactamente lo que sucedió en los Estados Unidos durante la primera mitad del siglo XX. A principios de la década de 1900, hubo ciclos repetidos de epidemias de polio, y cada uno parecía ser más fuerte que el anterior. Muchos niños terminaron con soporte vital en los llamados "pulmones de hierro" (vea la foto a continuación) porque sus músculos respiratorios estaban paralizados por la enfermedad.

La poliomielitis es causada por un virus y todavía no existe cura para esta enfermedad potencialmente devastadora. Afortunadamente, ahora se puede prevenir con vacunas. La primera vacuna contra la poliomielitis fue descubierta por Jonas Salk en 1952. Después de probar la vacuna en él y en los miembros de su familia para evaluar su seguridad, Salk llevó a cabo un experimento a nivel nacional para probar la eficacia de la vacuna con más de un millón de escolares como sujetos. Es difícil imaginar un ensayo a nivel nacional de una vacuna experimental utilizando niños como "conejillos de indias". Hoy nunca sucedería. Sin embargo, en 1953, la polio infundió tal temor en los corazones de los padres que aceptaron la palabra de Salk de que la vacuna era segura y con mucho gusto permitieron que sus hijos participaran en el estudio.

El experimento de Salk estaba muy bien diseñado. Primero, incluyó dos muestras aleatorias muy grandes de niños: 600,000 en el grupo de tratamiento, llamado grupo experimental, y 600.000 en el grupo no tratado, llamado el grupo de control. El uso de muestras muy grandes y aleatorias redujo la posibilidad de error aleatorio y sesgo en el experimento. A los niños del grupo experimental se les inyectó la vacuna experimental contra la polio. A los niños del grupo de control se les inyectó una solución salina (agua salada) inofensiva. La inyección de solución salina fue un placebo. A placebo es un tratamiento "falso" que en realidad no tiene ningún efecto sobre la salud. Se incluye en ensayos de vacunas y otros tratamientos médicos para que los sujetos no sepan en qué grupo (de control o experimental) se los ha colocado. El uso de un placebo ayuda a los investigadores a controlar la efecto placebo. Ésta es una reacción de base psicológica a un tratamiento que ocurre simplemente porque el sujeto es tratado, incluso si el tratamiento no tiene un efecto real.

Los experimentos en los que se usa un placebo son generalmente experimentos ciegos porque los sujetos son "ciegos" a su grupo experimental. Esto ayuda a prevenir sesgos en el experimento. A menudo, incluso los investigadores no saben qué sujetos están en cada grupo. Este tipo de experimento se llama experimento doble ciego porque tanto los sujetos como los investigadores son "ciegos" a qué sujetos están en cada grupo. El ensayo de la vacuna de Salk fue un experimento doble ciego, y los experimentos doble ciego ahora se consideran el estándar de oro de los ensayos clínicos de vacunas, medicamentos terapéuticos y otros tratamientos médicos.

La vacuna contra la poliomielitis de Salk resultó ser un gran éxito. El análisis de los datos de su estudio reveló que la vacuna tenía una eficacia del 80 al 90 por ciento en la prevención de la poliomielitis. Casi de la noche a la mañana, Salk fue aclamado como un héroe nacional. Apareció en la portada de Tiempo revista y fue invitado a la Casa Blanca. En unos pocos años, millones de niños habían recibido la vacuna contra la polio. Para 1961, la incidencia de poliomielitis en los EE. UU. Se había reducido en un 96 por ciento.

Límites a la experimentación

Los experimentos bien hechos son generalmente las investigaciones científicas más rigurosas y confiables. Sin embargo, su característica distintiva de manipular variables para probar los resultados no es posible, práctica o ética en todas las investigaciones. Como resultado, muchas ideas no se pueden probar mediante la experimentación. Por ejemplo, los experimentos no se pueden utilizar para probar ideas sobre lo que comían nuestros antepasados ​​hace millones de años o cómo el tabaquismo prolongado contribuye al cáncer de pulmón. En el caso de nuestros antepasados, es imposible estudiarlos directamente. Los investigadores deben confiar en cambio en evidencia indirecta, como observaciones detalladas de sus dientes fosilizados. En el caso de fumar, no es ético exponer a los seres humanos al humo nocivo del cigarrillo. En cambio, los investigadores pueden utilizar grandes estudios de observación de personas que ya son fumadores, con no fumadores como controles, para buscar correlaciones entre los hábitos de fumar y el cáncer de pulmón.

Artículo: Biología humana en las noticias

Lind llevó a cabo su experimento para probar los efectos de los cítricos en el escorbuto en un momento en que los marineros morían por miles de esta enfermedad nutricional mientras exploraba el mundo. Los exploradores de hoy son astronautas en el espacio y su nutrición también es crucial para el éxito de sus misiones. Sin embargo, mantener una buena nutrición en los astronautas en el espacio puede ser un desafío. Un problema es que los astronautas tienden a comer menos mientras están en el espacio. No solo están muy ocupados en sus misiones, sino que también pueden cansarse de las raciones de comida espaciales. El entorno del espacio es otro problema. Factores como la microgravedad y una mayor exposición a la radiación pueden tener efectos importantes en la salud humana y requieren ajustes nutricionales para ayudar a contrarrestarlos. Scott y Mark Kelly, los astronautas gemelos idénticos Scott y Mark Kelly, proporcionan una forma novedosa de estudiar la nutrición y la salud de los astronautas (Figura ( PageIndex {3} )).

Los Kelly son los primeros astronautas gemelos idénticos, pero los estudios de gemelos no son nada nuevo. Los científicos han utilizado gemelos idénticos (homocigóticos) como sujetos de investigación durante muchas décadas. Los gemelos idénticos tienen los mismos genes, por lo que cualquier diferencia entre ellos generalmente se puede atribuir a influencias ambientales más que a causas genéticas. Mark Kelly pasó casi un año completo en la Estación Espacial Internacional (ISS) entre 2015 y 2016, mientras que su gemelo, Scott Kelly, permaneció en tierra, sirviendo como control en el experimento. Es posible que haya notado mucha cobertura mediática sobre el regreso de Mark Kelly a la Tierra en marzo de 2016, porque su permanencia continua en el espacio fue la más larga de cualquier astronauta estadounidense en ese momento. La NASA está aprendiendo mucho sobre los efectos de los viajes espaciales a largo plazo en el cuerpo humano midiendo y comparando indicadores nutricionales y otros datos de salud en los gemelos.

Revisar

  1. ¿En qué se diferencian los experimentos de otros tipos de investigaciones científicas?
  2. Identificar las variables independientes y dependientes en el ensayo nacional de vacuna contra la polio de Salk.
  3. Comparar y contrastar el error aleatorio y el sesgo en el muestreo. ¿Cómo se puede minimizar cada tipo de error?
  4. ¿Qué es el efecto placebo? Explique cómo el diseño experimental de Salk lo controló.
  5. Rellenar los espacios en blanco. La variable _____________ se manipula para ver los efectos sobre la variable ___________.
  6. Verdadero o falso. En estudios de gemelos idénticos, la variable independiente es su genética.
  7. Verdadero o falso. No se pueden realizar experimentos en humanos.
  8. Verdadero o falso. Los tamaños de muestra más grandes son generalmente mejores que los más pequeños en experimentos científicos.
  9. Responda las siguientes preguntas sobre el experimento de escorbuto de Lind.
    1. ¿Por qué crees que era importante que las dietas de los marineros se mantuvieran todas iguales, aparte del suplemento diario?
    2. ¿Puedes pensar en otros factores además de la dieta que podrían haber sido diferentes entre los marineros que podrían haber afectado el resultado del experimento?
    3. ¿Por qué cree que los marineros que bebieron sidra mejoraron un poco sus síntomas de escorbuto?
  10. Explique por qué los experimentos doble ciego se consideran más rigurosos que los experimentos ciegos regulares.
  11. ¿Por qué son tan útiles los estudios con gemelos idénticos?
  12. ¿Cree que es necesario incluir un placebo (como una inyección con solución salina en un experimento de prueba de drogas) en experimentos que utilizan animales? ¿Por qué o por qué no?

Explora más

Vea esta entretenida charla TED, en la que el bioquímico Kary Mullis habla sobre el experimento como base de la ciencia moderna.

Vea este video para obtener más información sobre la realización de experimentos científicos:


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