Qué es el método científico y como aplicarlo

Qué es el método científico y como aplicarlo

El método científico, un método lógico para la resolución de problemas usado por biólogos y muchos otros científicos.

---

Una investigación biológica generalmente empieza con una observación, esto es, con algo que llama la atención del biólogo. Por ejemplo, un biólogo que estudia el cáncer puede notar que cierto tipo de cáncer no responde a la quimioterapia y preguntarse por qué pasa eso. Una ecóloga marina, al observar que los arrecifes de coral de su lugar de estudio se decoloran (se vuelven blancos), puede empezar una investigación para entender las causas de ese fenómeno.
¿Qué hacen los biólogos para dar seguimiento a esas observaciones? ¿De qué manera puedes tú dar seguimiento a tus observaciones del mundo natural? En este artículo analizaremos el método científico, un método lógico para la resolución de problemas usado por biólogos y muchos otros científicos.

El método científico

En los fundamentos de la biología y otras ciencias se encuentra un método de resolución de problemas llamado método científico. El método científico tiene cinco pasos básicos (y un paso más de "retroalimentación"):

1. Se hace una observación
2. Se plantea una pregunta
3. Se formula una hipótesis o explicación que pueda ponerse a prueba
4. Se realiza una predicción con base en la hipótesis
5. Se pone a prueba la predicción
6. Se repite el proceso: se utilizan los resultados para formular nuevas hipótesis o predicciones.

El método científico se usa en todas las ciencias (entre ellas, la química, física, geología y psicología). Los científicos en estos campos hacen diferentes preguntas y realizan distintas pruebas, sin embargo, usan el mismo método para encontrar respuestas lógicas y respaldadas por evidencia.

Ejemplo del método científico: no se tuesta el pan

Acerquémonos intuitivamente al método científico aplicando sus pasos a la resolución de un problema cotidiano.

1. Haz una observación

Supongamos que tienes dos rebanadas de pan, las pones en el tostador y presionas el botón. Sin embargo, tu pan no se tuesta.

1. Observación: el tostador no tuesta.

2. Plantea una pregunta

¿Por qué no se tostó mi pan?

2. Pregunta: ¿porqué mi tostador no tuesta?

3. Elabora una hipótesis

Una hipótesis es una respuesta posible a una pregunta, que de alguna manera puede ponerse a prueba. Por ejemplo, nuestra hipótesis en este caso sería que el tostador no funcionó porque el enchufe tomacorriente está descompuesto.

3. Hipótesis: tal vez el enchufe está descompuesto.

Esta hipótesis no es necesariamente la respuesta correcta, sino una posible explicación que podemos comprobar para ver si es correcta o si necesitamos proponer otra.

4. Haz predicciones

Una predicción es un resultado que esperaríamos obtener si la hipótesis es correcta. En este caso, podríamos predecir que si el enchufe de corriente está descompuesto, entonces conectar el tostador en otro enchufe de corriente debe solucionar el problema.

4. Predicción: si conecto el tostador en otro enchufe, entonces sí tostará el pan.

5. Pon a prueba las predicciones

Para probar la hipótesis, necesitamos observar o realizar un experimento asociado con la predicción. En este caso, por ejemplo, podríamos conectar el tostador en otro enchufe y ver si funciona.

5. Prueba de la predicción: conecta el tostador en otro enchufe y vuelve a intentar.

• Si el tostador sí funciona, entonces la hipótesis es viable, y es probable que fuera correcta.
• Si el tostador no funciona, entonces la hipótesis no es viable, y es probable que fuera incorrecta.

Los resultados del experimento pueden apoyar o contradecir (oponerse) la hipótesis. Los resultados que la respaldan no prueban de manera contundente que es correcta, pero sí que es muy probable que lo sea. Por otro lado, si los resultados contradicen la hipótesis, probablemente esta no sea correcta. A menos que hubiera un defecto en el experimento (algo que siempre debemos considerar), un resultado contradictorio significa que podemos descartar la hipótesis y proponer una nueva.

6. Repite

El último paso del método científico es reflexionar sobre nuestros resultados y utilizarlos para guiar nuestros siguientes pasos.

Y el resultado es:
Panel izquierdo: ¡mi pan se tuesta! La hipótesis se respalda. Panel derecho: mi pan aún no tuesta. La hipótesis no se respalda.

6. ¡Tiempo de repetir!

Panel izquierdo (en caso que la hipótesis se respalde): ¿pero qué falla en el enchufe? Panel derecho (en caso que la hipótesis no se respalde): eh... quizá el tostador tiene algún alambre roto.

• Si la hipótesis fue respaldada, podríamos realizar otras pruebas para confirmarla, o bien revisarla para que sea más específica. Por ejemplo, podríamos investigar por qué el enchufe está descompuesto.
• Si la hipótesis fue rechazada, elaboraríamos una nueva. Por ejemplo, la siguiente hipótesis podría ser que hay un alambre roto en el tostador.

En la mayoría de los casos, el método científico es un proceso repetitivo. En otras palabras, es un ciclo más que una línea recta. El resultado de una ronda se convierte en la información que mejora la siguiente ronda de elaboración de preguntas.
Los biólogos y otros científicos usan el método científico para hacerse preguntas acerca del mundo natural. El método científico empieza con una observación, la cual lleva a los científicos a hacerse una pregunta. Entonces él o ella plantearán una hipótesis, una explicación comprobable que responda a la pregunta.
Una hipótesis no necesariamente es correcta. Más bien es la "mejor suposición" y los científicos deben ponerla a prueba para ver si realmente es correcta. Los científicos comprueban las hipótesis haciendo predicciones: si la hipótesis \text XX es correcta, entonces \text YY debería ser cierta. Luego, realizan experimentos u observaciones para ver si las predicciones son correctas. Si lo son, la hipótesis tiene sustento. Si no, es el momento de plantear nuevas hipótesis.

¿Cómo se comprueban las hipótesis?

Cuando es posible, los científicos comprueban sus hipótesis usando experimentos controlados. Un experimento controlado es una prueba científica hecha bajo condiciones controladas, esto es, que solo uno (o algunos) factores cambian en un momento dado, mientras que el resto se mantiene constante. En la siguiente sección estudiaremos a detalle los experimentos controlados.
En algunos casos, no hay manera alguna de comprobar una hipótesis por medio de un experimento controlado (ya sea por razones prácticas o éticas). En ese caso, un científico puede poner a prueba la hipótesis haciendo predicciones sobre patrones que deberían verse en la naturaleza si la hipótesis es correcta. Entonces, puede recopilar datos para ver si el patrón realmente está allí.

Experimentos controlados

¿Cuáles son los ingredientes principales de un experimento controlado? Para ilustrarlo, consideremos un ejemplo sencillo (incluso algo bobo).
Supón que decido cultivar germen de soya en mi cocina, cerca de la ventana. Siembro unas semillas de soya en una maceta con tierra, los pongo en el alféizar de la ventana y espero a que germinen. Sin embargo, después de varias semanas, no hay germinado. ¿Por qué? Bueno... resulta que olvidé regar las semillas. Así que mi hipótesis es que no germinaron por falta de agua.
Para comprobar mi hipótesis, realizo un experimento controlado. Para ello, coloco dos macetas idénticas. Ambas tienen diez semillas de soya sembradas en el mismo tipo de tierra y están colocadas en la misma ventana. De hecho, solo hay algo que las diferencia:

• Riego una de las macetas todas las tardes.
• La otra maceta no recibe nada de agua.

Después de una semana, germinaron nueve de diez semillas de la maceta que recibe riego, mientras que en la maceta seca no germinó ninguna. ¡Parece que la hipótesis "las semillas necesitan agua" es probablemente correcta!
Veamos cómo este sencillo experimento ilustra las partes de un experimento controlado.

Panel 1: se preparan dos macetas idénticas. Se siembran 10 semillas en cada una. Las macetas se colocan cerca de la ventana.
Panel 2: se riega una de las macetas (grupo experimental). La otra maceta no recibe agua (grupo control). La variable independiente es la cantidad de agua proporcionada.
Panel 3: en la maceta experimental (con riego), germinaron 9/10 semillas. En la maceta control (sin riego), germinaron 0/10. La fracción de semillas germinadas en la variable dependiente.

Grupos control y experimental

Hay dos grupos en el experimento, los cuales son idénticos excepto porque uno recibe un tratamiento (agua) y el otro no. El grupo que recibe el tratamiento (en este caso, la maceta con agua) se llama grupo experimental, mientras que el que no lo recibe (en este caso, la maceta seca) se denomina grupo control. El grupo control proporciona la base que nos permite ver si el tratamiento tiene algún efecto.

Variables dependientes e independientes

El factor que es diferente entre el grupo experimental y el control (en este caso, la cantidad de agua) se conoce como variable independiente. Esta variable es independiente porque no depende de lo que pase en el experimento. De hecho, es algo que el investigador elige, hace o añade al experimento.
En contraste, la variable dependiente en un experimento es la respuesta que medimos para ver si el tratamiento tuvo algún efecto, que en este caso es la cantidad de semillas germinadas. La variable dependiente depende de la variable independiente (en este caso, la cantidad de agua) y no al revés.
Los datos experimentales son las observaciones hechas durante el experimento. En este caso, los datos recopilados son la cantidad de semillas de soya germinadas después de una semana.

Variabilidad y repetición

Solo nueve de las diez semillas de soya que fueron regadas germinaron. ¿Qué sucedió con la décima? Puede que estuviera muerta, enferma o que solo fuera lenta para germinar. Con frecuencia existen variaciones en el material usado para experimentos, especialmente en biología (que estudia seres vivos complejos), que el investigador no puede ver (en este caso, la condición de las semillas de soya).
Debido al potencial de variación que pueden tener, los experimentos en biología necesitan un tamaño muy grande de muestra y, de manera ideal, repetirse varias veces. El tamaño de la muestra se refiere al número de individuos puestos a prueba en un experimento, en este caso las 1010 semillas de soya por grupo. Una muestra más grande y varias repeticiones del experimento hacen que sea menos probable que lleguemos a una conclusión errónea debido a la variación aleatoria.
Los biólogos y otros científicos también usan pruebas estadísticas que les ayudan a distinguir las diferencias reales de las causadas por variación aleatoria (al comparar, por ejemplo, los grupos experimental y control).

Experimento controlado de estudio de caso: el blanqueamiento de coral y el \text{CO}_2CO2​

Como un ejemplo más realista de un experimento controlado, analicemos un estudio reciente sobre blanqueamiento de coral. Normalmente los corales tienen pequeños organismos fotosintéticos que viven dentro de ellos y el blanqueamiento sucede cuando dejan el coral, generalmente debido a estrés ambiental. La fotografía siguiente muestra un coral blanqueado frente a uno saludable, que se ve en la parte de atrás.

Fotografía que muestra un coral blanqueado en primer plano y un coral sano, color café, al fondo.
Crédito de imagen: "Blanqueamiento de los corales de Keppel" (CC BY 3.0)
Mucha de la investigación sobre las causas del blanqueamiento se ha concentrado en la temperatura del agua^11. Sin embargo, un equipo de investigadores australianos elaboró la hipótesis de que otros factores podrían ser importantes también. Específicamente, pusieron a prueba la hipótesis de que los altos niveles de \text{CO}_2CO2​, que acidifican el agua de mar, podrían promover el blanqueamiento también^22.
¿Qué tipo de experimento harías tú para comprobar esta hipótesis? Piensa en:

• ¿Cuál sería tu grupo experimental y cuál tu control?
• ¿Cuáles serían tus variables dependientes e independientes?
• ¿Cuál sería la predicción de los resultados para cada grupo?

¿Lo intentaste?
\text{pH}

• \text {pH}8.2
• \text{CO}_2\text{pH}7.9\text {pH}7.65
• \text{pH}
• 55
  
  Dispositivo experimental para probar los efectos de la acidez del agua sobre el blanqueamiento del coral.
  Grupo control: se colocan fragmentos de coral en un tanque con agua de mar normal (pH 8.2).
  Grupo experimental 1: se colocan fragmentos de coral en un tanque con agua de mar ligeramente acidificada (pH 7.9).
  Grupo experimental 2: se colocan fragmentos de coral en un tanque con agua de mar más fuertemente acidificada (pH 7.65).
  La acidez del agua es la variable independiente.
  Se permite que transcurran 8 semanas para cada uno de los tanques.
  Grupo control: en promedio hay un blanqueamiento del 10% en los corales.
  Grupo experimental 1 (acidez media): en promedio, hay un blanqueamiento de cerca del 20% en los corales.
  Grupo experimental 2 (acidez alta): en promedio, hay un blanqueamiento de cerca del 40% en los corales.
  El grado de blanqueamiento del coral es la variable dependiente.
  \text {pH}\text {pH}7.0

 

20\%40\%10\%

Prueba de hipótesis no experimental

Algunos tipos de hipótesis no pueden comprobarse por medio de experimentos controlados, ya sea por razones éticas o prácticas. Por ejemplo, una hipótesis acerca de la infección viral no puede ponerse a prueba con personas sanas y dividiéndolas en dos grupos para infectar a uno de ellos: infectar a personas sanas no sería ético ni seguro. Del mismo modo, un ecólogo que estudia los efectos de la lluvia no puede hacer que llueva en una parte del continente mientras mantiene otra seca como control.
En situaciones como estas, los biólogos pueden usar formas no experimentales de comprobación de hipótesis. En una prueba de hipótesis no experimental, un investigador predice observaciones o patrones que deberían verse en la naturaleza si la hipótesis es correcta. Luego recopila y analiza los datos para ver si los patrones están presentes.

Estudio de caso: la temperatura y el blanqueamiento de coral

Un buen ejemplo de prueba de hipótesis basada en observación proviene de los primeros estudios sobre el blanqueamiento del coral. Como se mencionó anteriormente, el blanqueamiento de coral sucede cuando los corales pierden los microorganismos fotosintéticos que viven dentro de ellos, lo que hace que se vuelvan blancos. Los investigadores sospecharon que la alta temperatura del agua podría ser la causa del blanqueamiento y pusieron a prueba esta hipótesis de manera experimental a pequeña escala (utilizando fragmentos aislados de coral cultivados en tanques)^{3,4}3,4.
Lo que más les interesaba saber a los ecólogos era si la temperatura del agua estaba causando el blanqueamiento de muchas especies distintas de coral en su hábitat natural. Esta pregunta, mucho más amplia, no podía responderse de manera experimental, ya que no sería ético (ni siquiera posible) cambiar artificialmente la temperatura del agua alrededor de los arrecifes de coral.

Mapa coloreado que representa las temperaturas superficiales del mar alrededor del mundo con diferentes colores. Los colores más cálidos, la mayoría cercanos al ecuador, representan temperaturas más calientes, mientras que los mas fríos, la mayor parte cerca de los polos, representan temperaturas más frías.
Crédito de imagen: "Temperatura superficial del mar en el mundo", de NASA (dominio público)
En cambio, para probar la hipótesis de que las ocurrencias de blanqueamiento naturales eran provocadas por aumentos en la temperatura del agua, un equipo de investigadores hizo un programa de computadora para predecir eventos de blanqueamiento basados en información de tiempo real sobre la temperatura del agua. Por ejemplo, este programa generalmente podría predecir el blanqueamiento de un arrecife en particular cuando la temperatura del agua en el área del arrecife excediera su máxima promedio mensual por 11^\circ \text C∘C o más^{1}1.
El programa fue capaz de predecir muchos eventos de blanqueamiento semanas o incluso meses antes de que fueran reportados, incluyendo un evento de blanqueamiento muy grande en la Gran Barrera de Coral en 1998^{1}1. El hecho de que un modelo basado en la temperatura pudiera predecir los eventos de blanqueamiento apoyaba la hipótesis de que las altas temperaturas del agua provocan el blanqueamiento en los arrecifes de coral.
https://cerebrodigital.org/post/Que-es-el-metodo-cientifico-y-como-aplicarlo?fbclid=IwAR0Yd01tYHRs3vYfmRBmtGixj4bsm5yAchT55oM2f63kU4zdPseTulOZY6g
Via