Ahora sé que parte del método científico son muy importantes los experimentos controlados, así podemos comprobar si nuestra hipótesis es correcta o no. Pero ¿cómo puedo yo saber si el experimento realmente me llevará a la comprobación de la hipótesis?

Porque puede llegar a ser refutable o comprobable dependiendo tu experimentación, y abriendo a nuevas oportunidades de generar cuestionamientos que lleguen a aclarar y a perfeccionar la hipótesis planteada.

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Curso: Lecciones de biología > Unidad 1

Lección 2: La ciencia de la biología

Experimentos controlados

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De qué manera los científicos realizan experimentos y hacen observaciones para probar hipótesis

Introducción

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

X

es correcta, entonces

Y

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.

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.

No necesariamente. En general, un experimento controlado siempre debería tener un grupo control como base. Sin embargo, puede haber varios grupos experimentales con un tratamiento ligeramente distinto cada uno.

Por ejemplo, podríamos tener un grupo control de semillas de soya a las que no se les riega y tres grupos experimentales: uno que se riega a diario, otro cada dos días y otro que recibe agua una vez a la semana.

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.

Variables independientes

Los resultados experimentales son mucho más sencillos de analizar e interpretar cuando solo hay una variable independiente (un factor que cambia a la vez). Como regla general, especialmente cuando empiezas en biología, deberías limitarte a una variable independiente por experimento.

Una vez que tengas un montón de experiencia en laboratorio y algunos conocimientos en estadística, puedes considerar hacer experimentos con dos variables independientes al mismo tiempo. Por ejemplo, podrías querer ver cómo afectan los niveles de agua y luz en la germinación de semillas de soya. Un experimento bien diseñado con dos variables independientes puede decirte si las variables interactúan (modifican mutuamente sus efectos). Sin embargo, los experimentos con más de una variable independiente deben seguir instrucciones específicas y los resultados deben analizarse con pruebas estadísticas especiales para separar los efectos de ambas variables.

Variables dependientes

Tener más de una variable dependiente es bastante sencillo. Para sumar una variable dependiente solo tienes que escoger otro resultado a medir para cada uno de los grupos en tu experimento. Por ejemplo, además de registrar la cantidad de semillas germinadas en cada maceta, podrías medir la altura de las plántulas. En este caso, tanto la fracción de semillas germinadas como la altura de las plántulas serían variables dependientes.

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

10

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 ${CO}_{2}$ ‍

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.

Mucha de la investigación sobre las causas del blanqueamiento se ha concentrado en la temperatura del agua

^{1}

. 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

{CO}_{2}

, que acidifican el agua de mar, podrían promover el blanqueamiento también

^{2}

¿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?

Diseño del experimento

El equipo australiano recolectó varios fragmentos de una especie de coral (Acropora intermedia) de la Gran Barrera de Coral. Luego, separó los fragmentos en tres grupos, colocando cada grupo en agua con un

pH

(nivel de acidez) diferente. Después de ocho semanas, los investigadores examinaron cada fragmento para ver qué tanto se había blanqueado.

Algunos corales fueron cultivados en tanques con agua de mar normal, que no es muy ácida ( $pH$ ‍ alrededor de $8.2$ ‍). Los corales en estos tanques sirvieron como grupo control.
Otros corales se cultivaron en tanques de agua de mar más ácida de lo normal debido a la adición de ${CO}_{2}$ ‍. Uno conjunto de estos tanques era de acidez media ( $pH$ ‍ alrededor de $7.9$ ‍), mientras que el otro conjunto era de acidez alta ( $pH$ ‍ alrededor de $7.65$ ‍). Ambos grupos, el de acidez media y el de acidez alta, eran grupos experimentales.
En este experimento la variable independiente era la acidez ( $pH$ ‍) del agua de mar. La variable dependiente era el grado de blanqueamiento de los corales.
Los investigadores usaron un tamaño de la muestra grande y repitieron el experimento. Cada tanque tenía $5$ ‍ fragmentos de coral y eran $5$ ‍ tanques idénticos para cada grupo (control, acidez media y acidez alta).
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.
Nota: ninguno de los tanques era "ácido" es una escala absoluta. Esto es, los valores de $pH$ ‍ estaban todos por arriba del valor neutral de $pH$ ‍ $7.0$ ‍. Sin embargo, el agua de los grupos experimentales era moderada y altamente ácida para los corales, esto es, en relación a su hábitat natural de agua marina normal.

Análisis de los resultados

Cuando analizaron los resultados, los investigadores encontraron que los corales en el agua moderadamente ácida habían perdido, en promedio, alrededor del

20 %

de su color, mientras que los de agua de acidez alta perdieron cerca de

40 %

de su color. En cambio, las muestras control perdieron solo un poco más del

10 %

de su color.

Este ejemplo muestra por qué es importante tener un grupo control: gracias a él, los investigadores supieron que los corales se blanquean un poco en agua normal al ser cultivados en tanques, pero que se blanquean más en agua muy ácida. Utilizando pruebas estadísticas, los investigadores encontraron que el nivel de acidez tenía un efecto significativo en el blanqueamiento (esto es, que los mayores niveles de blanqueamiento vistos en los tanques experimentales probablemente no podían explicarse por variación aleatoria).

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}

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.

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

1

^{\circ} C

o más

^{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}

. 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.

Créditos:

Este artículo es un derivado modificado de "The science of biology (La ciencia de la biología)", escrito por OpenStax College, Biología (CC BY 4.0). Descarga gratis el artículo original en http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.4.

El artículo modificado está autorizado bajo una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Referencias citadas:

Hoegh-Guldberg, O. (1999). Climate change, coral bleaching, and the future of the world's coral reefs (Cambio climático, blanqueamiento de corales y el futuro de los arrecifes coralinos mundiales). Mar. Freshwater Res., 50, 839-866. Tomado de www.reef.edu.au/climate/Hoegh-Guldberg%201999.pdf.
Anthony, K. R. N., Kline, D. I., Diaz-Pulido, G., Dove, S., y Hoegh-Guldberg, O. (2008). Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders (La acidificación del océano produce blanqueamiento y pérdida de productividad en corales constructores de arrecifes). PNAS, 105(45), 17442-17446. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0804478105.
University of California Museum of Paleontology. (2016). Misconceptions about science (Concepciones erróneas acerca de la ciencia). En Understanding science. Tomado de http://undsci.berkeley.edu/teaching/misconceptions.php.
Hoegh-Guldberg, O. y Smith, G. J. (1989). The effect of sudden changes in temperature, light and salinity on the density and export of zooxanthellae from the reef corals Stylophora pistillata (Esper, 1797) and Seriatopora hystrix (Dana, 1846) (El efecto de los cambios súbitos de temperatura, luz y salinidad en la densidad y exportación de zooxantelas de los corales arrecifales Stylophora pistillata (Esper, 1797) y Seriatopora hystrix (Dana, 1846)). Exp. Mar. Biol. Ecol., 129, 279-303. Tomado de http://www.reef.edu.au/ohg/res-pic/HG%20papers/HG%20and%20Smith%201989%20BLEACH.pdf.

Referencias complementarias:

Coral bleaching (Blanqueamiento de coral). (28 de febrero, 2016). Tomado de Wikipedia el 6 de marzo, 2016: https://en.wikipedia.org/wiki/Coral_bleaching.

Hassler, M. (19 de febrero, 2014). The difference between independent and dependent variables (La diferencia entre variables dependientes e independientes). [Web log post] En Udemy blog. Tomado de https://blog.udemy.com/difference-between-independent-and-dependent-variables/.

Independent variable (Variable independiente). (2004). En LabWrite. Tomado de https://www.ncsu.edu/labwrite/po/independentvar.htm.

Multiple independent variables (Variables independientes múltiples). (29 de diciembre, 2012). En Psychology research methods: Core skills and concepts. Tomado de http://2012books.lardbucket.org/books/psychology-research-methods-core-skills-and-concepts/s12-02-multiple-independent-variables.html.

National Center for Education Statistics. (s.f.). What are independent and dependent variables? (¿Qué son las variables dependientes e independientes?) En Graphing tutorial. Tomado de https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp.

National Ocean Service. (8 de octubre, 2015). What is coral bleaching? (¿Qué es el blanqueamiento de coral?) En Ocean facts. Tomado de http://oceanservice.noaa.gov/facts/coral_bleach.html.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., y Heller, H.C. (2003). Biology is a science (La biología es una ciencia). En Life: The science of biology (7th ed., pp. 10-13). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., y Singer, S. R. (2014). Science practice 3: Questioning scientifically (Práctica de ciencias 3: elaborar preguntas de manera científica). En Biology (Biología) (10° ed., AP ed., p. 9). Nueva York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., yJackson, R. B. (2011). En studying nature, scientists make observations and form and test hypotheses (Al estudiar la naturaleza, los científicos hacen observaciones, elaboran hipotesis y las prueban). En Campbell biology (Biología de Campbell) (10° ed., págs. 16-21). San Francisco, CA: Pearson.

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morales.reyes.alex.didier.2004
Publicado hace hace 5 años. Enlace directo a la publicación “Esto es un comentario: Lo...” de morales.reyes.alex.didier.2004
Esto es un comentario:
Los que comentan que no es la acidez, recuerden que solo es una teoría,aunque yo tengo una pequeña variante, acordémonos que el co2 al disolverse en agua la vuelve ácida, y a los corales les es difícil tomar el calcio para construir sus esqueletos, a esto le debemos agregar el calentamiento del agua, ya que los corales contienen zooxantelas( algas microscópicas que viven en los tejidos de los corales a los que les provee nutrientes) y al aumentar la temperatura, las zooxantelas abandonan los corales, lo que los deja sin color y permite observar su esqueleto de carbonato de calcio, el cual da nombre al fenómeno. Hasta aquí mi información, gracias.
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griselrodriguezm
Publicado hace hace 5 años. Enlace directo a la publicación “me encanto la informacion...” de griselrodriguezm
me encanto la informacion,es un buen tema para estudiantes que recien estan empezando
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Cielo Violet Daza Gomez
Publicado hace hace 4 años. Enlace directo a la publicación “Me ha parecido muy intere...” de Cielo Violet Daza Gomez
Me ha parecido muy interesante los experimentos. Gracias
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Jessileandrito Shel Ríos
Publicado hace hace 6 años. Enlace directo a la publicación “En la investigación cient...” de Jessileandrito Shel Ríos
En la investigación científica no hay nada más importante que la hipótesis, puesto que de esta parte cualquier investigación... Esta es una posible explicación o solución a la investigación que se desea realizar...
Es importante conocer sobre esto ya que el pequeño científico (el niño de preescolar) al enseñarle Ciencias enfrentará este tipo de situaciónes y para nosotros será mas fácil explicarle que hacer...
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Guerrero Velarde Mayli Adyarim
Publicado hace hace 4 años. Enlace directo a la publicación “Excelente información, me...” de Guerrero Velarde Mayli Adyarim
Excelente información, me gusta leer este tipo de contenidos. Me servirá de mucho esta página para futuras tarea. Gracias!!
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Itzel Sanchez
Publicado hace hace 5 años. Enlace directo a la publicación “Aquí nos habla de el uso ...” de Itzel Sanchez
Aquí nos habla de el uso del método científico para hacer preguntas sobre el mundo natural.
También nos habla sobre los pasos del método científico, de cómo a partir de una pregunta nos hacemos una hipótesis. Las hipótesis se compruebas a través de experimentos controlados y algunas hipótesis no pueden comprobarse por razones éticas o prácticas. Nos da algunos ejemplos.
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427325
Publicado hace hace 3 años. Enlace directo a la publicación “me encanto aqui aprende m...” de 427325
me encanto aqui aprende muchas cosas
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Diana García
Publicado hace hace 5 años. Enlace directo a la publicación “Ahora sé que parte del mé...” de Diana García
Ahora sé que parte del método científico son muy importantes los experimentos controlados, así podemos comprobar si nuestra hipótesis es correcta o no.
Pero ¿cómo puedo yo saber si el experimento realmente me llevará a la comprobación de la hipótesis?
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Respuesta
- Martin Santiago
  Publicado hace hace 5 años. Enlace directo a la publicación “Porque puede llegar a ser...” de Martin Santiago
  Porque puede llegar a ser refutable o comprobable dependiendo tu experimentación, y abriendo a nuevas oportunidades de generar cuestionamientos que lleguen a aclarar y a perfeccionar la hipótesis planteada.
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yuliandreapintopaba
Publicado hace hace 4 años. Enlace directo a la publicación “me ha servido para mi pri...” de yuliandreapintopaba
me ha servido para mi primer semestre en medicina
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M M
Publicado hace hace 7 años. Enlace directo a la publicación “Posiblemente el programa ...” de M M
Posiblemente el programa usado para comprobar si las altas temperaturas eran las responsables del blanqueamiento pudo predecir esos eventos de blanqueamiento debido a que el aumento de la temperatura está provocado por el aumento de gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono) que también provocó la acidificación.
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