Описание в биологии. Классификация и сравнение – методы научного познания

Похожие презентации:

Эндокринная система

Анатомо — физиологические особенности сердечно — сосудистой системы детей

Хронический панкреатит

Топографическая анатомия верхних конечностей

Анатомия и физиология сердца

Мышцы головы и шеи

Эхинококкоз человека

Черепно-мозговые нервы

Анатомия и физиология печени

Топографическая анатомия и оперативная хирургия таза и промежности

Описание в биологии.
Классификация и
сравнение – методы
научного познания.
Подумайте, ответьте
1. Что может служить источником биологической
информации?
2. Что такое научный метод?
3. Перечислите основные научные методы.
4. Какие единицы измерения вы знаете?
5. Приведите примеры измерительных приборов.
Описание в биологии
ЗНАЧЕНИЕ ОПИСАНИЯ ДЛЯ НАУКИ.
В XVI-XVII веках изучение биологии носило в основном
описательный характер, что имело большое значение для

дальнейшего развития науки. Учёные собирали важные
сведения о строение живых организмов, написали множество
книг и составили уникальные коллекции растений и
животных. Поколения учёных пополняли общую «копилку»
знаний и пользовались результатами работ своих коллег для
исследований. Правильно составленные описания можно
использовать для сравнения и написания выводов.
Результаты любого исследования должны быть
зафиксированы тем или иных способом, например, в виде,
научного описания.
Что же такое описательный метод?
Научное описание – преобразование полученной с
помощью органов чувств информации в форму,
удобную для дальнейшей обработки.
Основа метода наблюдения
Потребность упорядочить быстро накопившиеся знания привела
к появлению систематики и возникновению необходимости
использовать описание, основанное на единых знаках и
символах. Важно, чтобы термины и знаки в научных работах
всегда имели чёткий, однозначный смысл и были понятны
исследователям в разных странах. Так, научное название любого
вида записывается двумя словами: первое – название рода
(существительное), второе – видовой эпитет (обычно
прилагательное), например, клевер луговой и клевер ползучий.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТАБЛИЦ И ДИАГРАММ В ОПИСАНИИ
Описание в биологии всегда сопровождает наблюдение. С его
помощью полученная информация переводится на язык
понятий, схем, таблиц, графиков, рисунков и т.д. она таким
образом, принимает наглядность и форму, удобную для
дальнейшей обработки. Все цифровые данные обычно
систематизируются и становятся более доступными для
анализа и сравнения.
Что такое таблица?
Таблица — это представление количественных
или других данных в форме строк и столбцов.
Пример таблицы
Что такое схема?
Схема представляет собой фигуры с надписями,
соединённые линиями или стрелками. Фигуры
иллюстрируют различные структурные компоненты
того или иного объекта, а линии (стрелки)
раскрывают связи между ними.
Пример схемы
Что такое диаграмма?
Диаграмма – это графическое представление
данных позволяющих оценить соотношения
нескольких величин.
Пример диаграммы
Что такое график?
График – чертёж, на котором наглядно при
помощи линий, показаны числовые данные,
описывающие процессы и явления.
Пример графика
Задание 1
Определите максимальную высоту (в метрах) растения на
третий год жизни.
На графике показан рост древесного растения умеренного
климата в течении нескольких лет.
Ответ: 2,5 метров
Задание 2
Какая из указанных систематических групп представляет
около 70% всех известных видов?
На диаграмме показано соотношение количества видов
разных систематических групп.
Семенные
растения
Задание 3
Устно заполнить пустые строчки в таблице
Приборы и инструменты
Бинокль
Микроскоп
Что можно сделать с их
помощью
Наблюдать удалённые объекты
Измерять скорость
Линейка
Измерять температуру
Задание 3
Устно заполнить пустые строчки в таблице
Приборы и инструменты
Бинокль
Микроскоп
Что можно сделать с их
помощью
Наблюдать удалённые объекты
Наблюдать за микроскопическими
объектами
Измерять скорость
Линейка
Измерять температуру
Задание 3
Устно заполнить пустые строчки в таблице
Приборы и инструменты
Бинокль
Микроскоп
Спидометр
Линейка
Что можно сделать с их
помощью
Наблюдать удалённые объекты
Наблюдать за микроскопическими
объектами
Измерять скорость
Измерять температуру
Задание 3
Устно заполнить пустые строчки в таблице
Приборы и инструменты
Бинокль
Микроскоп
Спидометр
Линейка
Что можно сделать с их
помощью
Наблюдать удалённые объекты
Наблюдать за микроскопическими
объектами
Измерять скорость
Измерять длину и ширину
Измерять температуру
Задание 3
Устно заполнить пустые строчки в таблице
Приборы и инструменты
Бинокль
Микроскоп
Спидометр
Линейка
Термометр
Что можно сделать с их
помощью
Наблюдать удалённые объекты
Наблюдать за микроскопическими
объектами
Измерять скорость
Измерять длину и ширину
Измерять температуру
Классификация и сравнение –
методы научного познания
ЗНАЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ В НАУКЕ.
Многие науки свои особенные методы изучения. Например,
орнитологи применяют кольцевание птиц, чтобы проследить
пути их миграций. Однако существуют методы, которые
используют все известные науки. Их так и называют –
общенаучные. Среди них особое значение имеет
классификация, которая занимается распределением тех или
иных объектов по группам (классам, разрядам).
Классификация всегда устанавливает порядок объектов. С
помощью этого метода всё многообразие объектов
(процессов и явлений) разбивается на группы в зависимости
от их общих признаков.
Классификация – распределение объектов,
явлений и процессов по группам на
основании имеющихся у них общих
признаков.
Биологическая классификация распределяет живые
организмы по группам на основании определённых
признаков. Например, важным признаком,
позволяющим отнести организм у царству
Животные является питание готовыми веществами.
В биологии классификация важна тем, что
позволяет определить степень родства между
организмами, понять их историю.
Сравнение
Одним из важных методов научного познания является
сравнения.
Сравнение – сопоставление признаков двух или
нескольких объектов с целью найти в них общее и
установить различия.
Сравнивают только те объекты (явления), между которыми
есть определённая общность. Например, особенности
строения и жизнедеятельности растений одного или
близкородственных видов, произрастающих в разных
условиях. Сравнивать можно как количественные, так и
качественные признаки.
Оформите таблицу в рабочей тетради. Заполните пустые строчки.
Тип животного Дикие
животные
Признак
Среда обитания
Жилище
Питание
Потомство
Вывод
Домашние
животные
Тип животного
Дикие животные
Домашние животные
Дикие условия
(леса, степи,
саванны, водоёмы
и т.д.)
Специальные
постройки (сараи,
конюшни, загоны,
искусственные
водоёмы и т.д.)
Строит человек
Питание
Строят
самостоятельно
Добывают сами
Потомство
Заботятся сами
Помогает человек
Вывод
Не зависят от
человека
Зависят от человека
Признак
Среда обитания
Жилище
Даёт человек
Домашнее задание
1. Чем отличается человек от других животных? Составьте
таблицу.
2. Пользуясь дополнительными источники информации,
опишите какое-либо известное вам животное по плану:
А. Название вида
Б. Местообитание
В. Особенности внешнего строения
Г. Питание
Д. Поведение
Е. Значение для человека

English     Русский Правила

Универсальные методы научного познания — что это, определение и ответ

Содержание этой темы проверяется заданиями базового уровня в части 1 (дополнение таблицы), а также в задании на прогнозирование результатов эксперимента. Кроме того, знание методов познания может понадобиться при решении практико-ориентированного задания во второй части.

Биология — наука, изучающая свойства живых систем.

Объектом изучения биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях.

Каждая наука, в том числе и биология, пользуется определенными методами исследования.

Метод – это путь исследования, который проходит ученый, решая какую-либо научную задачу, проблему.

По востребованности методов в тех или иных науках все методы можно разделить на:

  • универсальные, или общенаучные, методы – методы, используемые во всех науках (наблюдение, измерение, анализ и пр.)

  • частные методы – методы, разработанные для нужд и дальнейшего использования конкретной науки (хроматография, кариотипирование, биохимический и пр.)

По подходу все методы можно разделить на:

  • теоретические (логические) – методы, требующие мышления, анализа, синтеза, обобщения и т.д.

  • практические (эмпирические) – требуют конкретных действий с применением или без различных приборов и инструментов (например, наблюдение, измерение, описание и т.д.).

Биология тесно связана с другими науками — химией, физикой, экологией, географией. Собственно, биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология, анатомия и множество других наук.

Универсальные методы – это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний не только в биологии, но и в других науках.

Наблюдение – метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (можно визуально наблюдать за поведением животных, с помощью приборов за изменениями в живых объектах, за сезонными изменениями в природе). Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

Описание – сохранение полученной информации на носителе

Сравнение – сопоставление строения, процессов жизнедеятельности разных организмов

Измерение – определение количественных характеристик объекта, процесса с использованием специального оборудования

Мониторинг – проведение регулярных измерений запрашиваемых величин объектов (в качестве объектов могут быть организмы, популяции, экосистемы, биосфера). Благодаря мониторингу появляется возможность наблюдать за изменением каких-либо показателей во времени.

Классификация – систематизация организмов на основе их сравнения и объединения в группы

Анализ – изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам

Моделирование – метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте (например, Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель — двойную спираль ДНК)

Эксперимент (опыт) – метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы (получение новых знаний с помощью поставленного опыта).

  • Контролируемый эксперимент – научный тест, который проводится в полностью контролируемых условиях (все факторы, влияющие на результат, контролируются). При этом есть факторы, которые изменяются, а есть – которые остаются постоянными.

  • Независимая переменная – фактор, который выбирает или меняет сам экспериментатор (например, количество воды для полива высаженных семян).

  • Зависимая переменная – это реакция, которая измеряется. Она зависит от независимой переменной (например, доля проросших семян зависит от количества воды.

Примеры экспериментов: скрещивания животных или растений с целью получения нового сорта или породы, проверка нового лекарства.

Исторический – установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).

Любая наука использует вышеперечисленные методы для проведения научных исследований, которые должны соответствовать определенной структуре для достоверности результатов.

Структуранаучногоисследования:

1. Постановка проблемы.

2. Наблюдение над объектом или явлением. Сбор материала.

3. Выдвижение гипотез, объясняющих наблюдения.

4. Проведение экспериментов для проверки гипотез.

5. Подтверждение полученных данных (закон или теория).

Проблема – вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведет к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации.

Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если … тогда». Гипотеза проверяется экспериментально.

Теория – это обобщение основных идей в какой-либо научной области знания. Со временем теории дополняются новыми данными, развиваются. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой.

Сравнительная геномика | Изучайте науку в Scitable

Adams, MD, Celniker, S.E. et al . Последовательность генома Drosophila melanogaster. Наука 287 , 2185-2195 (2000).

Апарисио, С., Чепмен, Дж. и др. al,

Полногеномная сборка дробовика и анализ генома Fugu рубрики. Наука 297 , 1301-1310 (2002).

Блаттнер, Ф. Р., Планкетт, Г. и др. Полная последовательность генома Escherichia coli K-12. Science 277 , 1453-1462 (1997).

Блаттнер, Ф. Р., Планкетт, Г. и др. Последовательность и сравнение Анализ генома цыпленка дает уникальную возможность взглянуть на позвоночных животных. эволюция. Природа 432 , 695-716 (2004).

Деха П., Сато Ю. и др. др. Проект генома Ciona кишечная: взгляд на хордовых и позвоночного происхождения. Наука 298 , 2157-2167 (2002).

Элсик, К.

Г., Теллам, Р.Л. и др. Последовательность генома тауринового крупного рогатого скота: окно в жвачное животное биология и эволюция. Наука 324 , 522-528 (2009).

Гиббс, Р. А.,. Роджерс, Дж. и др. Эволюционные и биомедицинские выводы из генома макаки-резус. Наука 316 , 222-234 (2007).

Гиббс, Р. А., Вайншток, Г. М. и др. Последовательность генома Коричневая норвежская крыса дает представление об эволюции млекопитающих. Природа 428 , 493-521 (2004).

Гоффо А., Баррелл Б.Г. и др. . Жизнь с 6000 генами. Наука 274 , 546, 563-547 (1996).

Jaillon, O., Aury, J.M. et al. Дупликация генома костистых костей рыба Tetraodon nigroviridis обнаруживает ранний протокариотип позвоночных. Природа 431 , 946-957 (2004).

Lander, E.S., Linton, L.M. et al. Первичное секвенирование и анализ генома человека. Природа 409 , 860-921 (2001).

Ландер, Э. С., Линтон, Л. М. и др. . Начальная последовательность геном шимпанзе и сравнение с геномом человека. Природа 437 , 69-87 (2005).

Линдблад-То, К., Уэйд, К. М. и др. Геномная последовательность, сравнительный анализ и структура гаплотипов домашней собаки. Природа 438 , 803-819 (2005).

Линдблад-То, К., Уэйд, К. М. и др. . Понимание соц. насекомых из генома медоносной пчелы Apis mellifera. Природа 443 , 931-949 (2006).

Малый К.С., Брудно М. et др. Выравнивание гаплома и эталонная последовательность высокополиморфного Геном Ционы Савиньи. Genome Biol 8 , R41 (2007).

Sodergren, E., Weinstock, G.M. et al. Геном морского ежа Strongylocentrotus purpuratus. Наука 314 , 941-952 (2006).

Штейн, Л. Д., Бао, З. и др. номер . Последовательность генома Caenorhabditis briggsae: платформа для сравнительная геномика. PLoS Biol 1 , E45 (2003).

Штейн, Л. Д., Бао З. и др. др. Последовательность генома нематоды C. elegans: платформа для исследуя биологию. Консорциум по секвенированию C. elegans. Наука 282 , 2012-2018 (1998).

Уотерстон, Р.Х., Линдблад-То, К., и др. Первоначальное секвенирование и сравнительный анализ геном мыши. Природа 420 : 520-562 (2002).

Уотсон, Д.Д., Крик, Ф.Х. Молекулярная структура нуклеиновых кислот; структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы. Природа 171 (4356):737-738 (1953).

Сравнение научных исследований | Научный процесс

  • Закладка
  • Глоссарий терминов

Любой, кто смотрел на шимпанзе в зоопарке (рис. 1), вероятно, задавался вопросом о сходстве этого животного с человеком. Шимпанзе делают выражения лица, похожие на человеческие, используют свои руки почти так же, как мы, умеют использовать различные предметы в качестве инструментов и даже смеются, когда их щекочут. Неудивительно, что, когда в Европу в 1799 г. были привезены первые пойманные шимпанзе,0167-го 90-го 168-го века люди были сбиты с толку, назвав животных «пигмеями» и предполагая, что они были чахлыми версиями «взрослых» людей. Лондонский врач по имени Эдвард Тайсон получил «пигмея», который умер от инфекции вскоре после прибытия в Лондон, и начал систематическое исследование животного, в ходе которого каталогизировались различия между шимпанзе и людьми, что помогло сделать сравнительные исследования научным методом. .

Рис. 1. Изображение шимпанзе © Корел Корпорейшн

Краткая история сравнительных методов

В 1698 году Тайсон, член Лондонского королевского общества, начал детальное вскрытие добытого им «пигмея» и опубликовал свои выводы в работе 1699 года: Orang-Outang, sive Homo Sylvestris, или Анатомия пигмея в сравнении с анатомией обезьяны, обезьяны и человека . Название работы также отражает существовавшее в то время заблуждение: Тайсон не использовал термин «орангутанг» в его современном смысле для обозначения орангутана; он использовал его в буквальном переводе с малайского языка как «лесной человек», поскольку именно так рассматривались шимпанзе.

Тайсон очень тщательно проводил вскрытие. Он точно измерил и сравнил ряд анатомических переменных, таких как размер мозга «пигмея», обезьяны и человека. Он записал свои измерения «пигмея» вплоть до направления, в котором росла шерсть животного: «Волосы на всем теле были направлены вниз, но только от запястий до локтей — вверх» (Рассел , 1967). С помощью Уильяма Каупера Тайсон сделал рисунки различных анатомических структур, уделяя большое внимание точному изображению размеров этих структур, чтобы их можно было сравнить с человеческими (рис. 2). Его систематическое сравнительное изучение размеров анатомических структур шимпанзе, человекообразных обезьян и человека привело его к выводу:

по организации обилия своих частей, он больше приближался к структуре того же самого у людей: но там, где он отличается от человека, он явно напоминает обыкновенную обезьяну больше, чем какое-либо другое животное. (Russell, 1967)

Сравнительные исследования Тайсона оказались исключительно точными, и его исследования использовались другими, в том числе Томасом Генри Хаксли в Доказательства места человека в природе (1863) и Чарльз Дарвин в Происхождении человека (1871).

Рисунок 2: Рисунок Эдварда Тайсона внешнего вида «пигмея» (слева) и скелета животного (справа) из Анатомия пигмея по сравнению с изображением обезьяны, обезьяны и человека из второго издания. , London, напечатано для T. Osborne, 1751.

Методический и научный подход Тайсона к анатомическому вскрытию способствовал развитию эволюционной теории и помог создать область сравнительной анатомии. Кроме того, работа Тайсона помогает подчеркнуть важность сравнения как метода научного исследования.

Сравнение как метод научного исследования

Сравнительное исследование представляет собой один из подходов в спектре методов научного исследования и в некотором роде является гибридом других методов, опираясь на аспекты как экспериментальной науки (см. наш модуль «Научные эксперименты»), так и описательного исследования (см. наш модуль «Описание в науке»). Подобно экспериментированию, сравнение направлено на расшифровку взаимосвязи между двумя или более переменными путем документирования наблюдаемых различий и сходств между двумя или более субъектами или группами. В отличие от экспериментирования, сравнительный исследователь не подвергает лечение одной из этих групп, а скорее наблюдает за группой, которая либо по выбору, либо по обстоятельствам подверглась лечению. Таким образом, сравнение предполагает наблюдение в более «естественной» обстановке, не ограниченной экспериментальными рамками, и таким образом вызывает сходство с описанием.

Важно отметить, что простое сравнение двух переменных или объектов не является сравнительным исследованием. Работа Тайсона не считалась бы научным исследованием, если бы он просто отметил, что «пигмеи» выглядят как люди, не измеряя длину костей и характер роста волос. Вместо этого сравнительное исследование включает в себя систематическую каталогизацию характера и/или поведения двух или более переменных и количественную оценку взаимосвязи между ними.

Рисунок 3: Скелет молодого шимпанзе, препарированный Эдвардом Тайсоном, в настоящее время выставленный в Музее естественной истории в Лондоне. изображение © Питер Камински

Несмотря на то, что выбор метода исследования является личным решением, частично основанным на подготовке исследователей, проводящих исследование, существует ряд сценариев, в которых сравнительные исследования, вероятно, будут основным выбором.

  • В первом сценарии ученый не пытается измерить реакцию на изменение, а скорее пытается понять сходства и различия между двумя субъектами. Например, Тайсон не наблюдал изменений в своем «пигмее» в ответ на экспериментальное лечение. Вместо этого его исследование было сравнением неизвестного «пигмея» с людьми и обезьянами, чтобы определить родство между ними.
  • Второй сценарий, в котором распространены сравнительные исследования, заключается в том, что физический масштаб или временная шкала вопроса могут помешать проведению экспериментов. Например, в области палеоклиматологии исследователи сравнили керны, взятые из отложений, отложившихся миллионы лет назад в мировых океанах, чтобы увидеть, одинаков ли состав осадочных пород во всех океанах или различается в зависимости от географического положения. Поскольку отложения в этих кернах отложились миллионы лет назад, было бы невозможно получить эти результаты экспериментальным методом. Исследования, предназначенные для изучения прошлых событий, таких как керны отложений, отложенных миллионы лет назад, называются ретроспективными исследованиями.
  • Третий распространенный сравнительный сценарий — это когда этические последствия экспериментального лечения исключают экспериментальный план. Исследователям, изучающим токсичность загрязнителей окружающей среды или распространение болезней среди людей, по этическим соображениям запрещается целенаправленно подвергать группу людей воздействию токсина или болезни. В таких ситуациях исследователи проводят сравнительное исследование, выявляя людей, которые случайно подверглись воздействию загрязнителя или болезни, и сравнивая их симптомы с симптомами контрольной группы людей, которые не подвергались воздействию. Исследования, направленные на рассмотрение событий из настоящего в будущее, например, изучение развития симптомов у лиц, подвергшихся воздействию загрязнителя, называются проспективными исследованиями.

Сравнительная наука значительно укрепилась в конце 19 — начале 20 века с внедрением современных статистических методов. Они использовались для количественной оценки связи между переменными (см. наш модуль «Статистика в науке»). Сегодня статистические методы имеют решающее значение для количественной оценки характера взаимосвязей, рассматриваемых во многих сравнительных исследованиях. Результат сравнительного исследования часто представляется одним из следующих способов: как вероятность, как утверждение статистической значимости или как декларация риска. Например, в 2007 году Кристенсен и Бьеркедал показали, что существует статистически значимая связь (на уровне 95% уровень достоверности) между порядком рождения и IQ путем сравнения результатов тестов первенцев с результатами их младших братьев и сестер (Kristensen & Bjerkedal, 2007). А многочисленные исследования способствовали установлению того, что риск развития рака легких у курильщиков в 30 раз выше, чем у некурящих (NCI, 1997).

Контрольная точка понимания

Ученые могут выбрать сравнительное исследование там, где было бы неэтично проводить эксперимент.

  • правда
  • б.ложь

Практическое сравнение: Случай с сигаретами

В 1919 году доктор Джордж Док, заведующий отделением медицины в больнице Барнс в Сент-Луисе, попросил всех студентов-медиков третьего и четвертого курсов клинической больницы: наблюдать за вскрытием человека с таким редким заболеванием, как он утверждал, что большинство студентов, вероятно, никогда не увидят ни одного случая этого заболевания в своей карьере. Когда вокруг собрались студенты-медики, врачи, проводившие вскрытие, заметили, что легкие пациента были испещрены большими темными массами клеток, которые вызвали обширное повреждение легочной ткани и вынудили дыхательные пути закрыться и разрушиться. Доктор Алтон Окснер, один из студентов, наблюдавших за вскрытием, напишет много лет спустя: «Я не видел другого случая до 19 лет».36, семнадцать лет спустя, когда в течение шести месяцев я наблюдал девять больных раком легкого. – Все больные были мужчинами, которые много курили и курили со времен Первой мировой войны» (Meyer, 1992).

Рисунок 4: Изображение из стереоптической карты, показывающее женщину, курящую сигарету, около 1900 г.

Американский врач доктор Исаак Адлер был фактически первым ученым, предположившим связь между курением сигарет и раком легких в 1912 г., основываясь на своем наблюдении, что пациенты с раком легких часто сообщали, что они курили. Наблюдения Адлера, однако, были анекдотичными и не предоставили научных доказательств, подтверждающих связь. Немецкому эпидемиологу Францу Мюллеру приписывают первое исследование курения и рака легких методом случай-контроль в 19 веке.30 с. Мюллер разослал опрос родственникам людей, умерших от рака, и спросил их о привычках умерших к курению. Основываясь на полученных им ответах, Мюллер сообщил о более высокой заболеваемости раком легких среди заядлых курильщиков по сравнению с малокурящими. Однако исследование имело ряд проблем. Во-первых, он опирался на память родственников умерших, а не на наблюдения из первых рук, а во-вторых, не проводилось статистической связи. Вскоре после этого табачная промышленность начала спонсировать исследования с предвзятой целью опровергнуть негативные заявления о вреде для здоровья в отношении сигарет (дополнительную информацию о спонсируемых исследованиях см. в нашем модуле «Научные учреждения и общества»).

Начиная с 1950-х годов было начато несколько хорошо контролируемых сравнительных исследований. В 1950 г. Ernest Wynder и Evarts Graham опубликовали ретроспективное исследование, в котором сравнивались привычки к курению 605 больных раком легких и 780 пациентов больниц с другими заболеваниями (Wynder & Graham, 1950). Их исследование показало, что 1,3% больных раком легких были некурящими, а 14,6% пациентов с другими заболеваниями были некурящими. Кроме того, 51,2% больных раком легких были «заядлыми» курильщиками, в то время как только 190,1% других пациентов были заядлыми курильщиками. Оба этих сравнения оказались статистически значимыми различиями. Статистики, проанализировавшие данные, пришли к следующему выводу:

при сравнении некурящих и всех высококурящих пациентов с раком легкого с пациентами, страдающими другими заболеваниями, мы можем отвергнуть нулевую гипотезу о том, что курение не влияет на индукцию рака легких.

Wynder и Graham также предположили, что между периодом курения у человека и появлением клинических симптомов рака может быть задержка в десять или более лет. Это стало бы серьезной проблемой для исследователей, поскольку любое исследование, изучающее взаимосвязь между курением и раком легких, должно длиться много лет.

Ричард Долл и Остин Хилл опубликовали аналогичное сравнительное исследование в 1950, в котором они показали, что среди больных раком легкого курение было статистически более высоким по сравнению с больными другими заболеваниями (Doll & Hill, 1950). В своем обсуждении Долл и Хилл подняли интересный вопрос относительно методов сравнительного исследования, заявив:

Это не обязательно означает, что курение вызывает рак легких. Связь могла бы иметь место, если бы рак легких заставлял людей курить или если бы оба атрибута были конечными эффектами общей причины.

Они продолжают утверждать, что, поскольку привычка курить развилась до появления рака легких, аргумент о том, что рак легких приводит к курению, можно отвергнуть. Поэтому они заключают, что «курение является фактором, и важным фактором в развитии карциномы легких».

Несмотря на эти существенные доказательства, как табачная промышленность, так и беспристрастные ученые выдвинули возражения, утверждая, что ретроспективное исследование курения было «ограниченным, неубедительным и спорным». Промышленность заявила, что опубликованные исследования демонстрируют не причину и следствие, а скорее ложную связь между двумя переменными. Доктор Вильгельм Хюпер из Национального института рака, ученый с долгой историей исследований профессиональных причин рака легких, утверждал, что упор на сигареты как на единственную причину рака легких поставит под угрозу исследовательскую поддержку других причин рака легких. Рональд Фишер, известный статистик, также был против выводов Долла и других, якобы потому, что они пропагандировали «пуританский» взгляд на курение.

Табачная промышленность развернула обширную кампанию дезинформации, спонсируя, а затем цитируя исследования, показавшие, что курение не вызывает «сердечной боли», в качестве отвлечения внимания от опубликованных исследований о сигаретах и ​​раке легких. Промышленность также обратила внимание на исследования, которые показали, что люди, бросившие курить, страдали легкой депрессией, и указали на тот факт, что даже некоторые врачи сами курили сигареты, как на доказательство того, что сигареты не вредны (рис. 5).

Рисунок 5: Реклама сигарет примерно в 1946 году.

В то время как научные исследования начали оказывать влияние на чиновников здравоохранения и некоторых законодателей, рекламная кампания отрасли была эффективной. В 1955 году Федеральная торговая комиссия США запретила табачным компаниям делать заявления о пользе своей продукции для здоровья. Однако более серьезное регулирование было предотвращено. Редакционная статья, появившаяся в New York Times в 1963 году, подытожила национальные настроения, заявив, что табачная промышленность высказала «обоснованную точку зрения» и общественность должна воздержаться от принятия решения в отношении сигарет до тех пор, пока не будут опубликованы дальнейшие отчеты. Главный хирург США.

В 1951 году Долл и Хилл привлекли 40 000 британских врачей к проспективному сравнительному исследованию для изучения связи между курением и развитием рака легких. В отличие от ретроспективных исследований, в которых пациенты с раком легких наблюдали в прошлом, проспективное исследование было разработано таким образом, чтобы проследить группу в будущем. В 1952 году доктора. Э. Кайлер Хаммонд и Дэниел Хорн включили 187 783 белых мужчин в Соединенных Штатах в аналогичное проспективное исследование. А в 1959 января Американское онкологическое общество (ACS) начало первое из двух крупномасштабных проспективных исследований связи между курением и развитием рака легких. В первом исследовании ACS, названном «Исследование по предотвращению рака I», приняли участие более 1 миллиона человек, и в течение почти 13 лет отслеживались их здоровье, курение и другие привычки в образе жизни, развитие заболеваний, причины смерти и ожидаемая продолжительность жизни (Garfinkel, 1985).

Все исследования показали, что курильщики подвержены более высокому риску развития и смерти от рака легких, чем некурящие. Исследование ACS также показало, что у курильщиков повышен уровень других легочных заболеваний, ишемической болезни сердца, инсульта и сердечно-сосудистых заболеваний. Два исследования ACS по профилактике рака в конечном итоге показали, что 52% смертей среди курильщиков, включенных в исследования, были связаны с сигаретами.

Во второй половине 20 90 167 го 90 168 века данные, полученные с помощью других методов научных исследований, позволили бы сделать несколько выводов о том, что сигаретный дым является основной причиной рака легких:

  • Описательные исследования патология легких умерших курильщиков показала бы, что курение наносит значительный физиологический ущерб легким.
  • Эксперименты , в ходе которых мышей, крыс и других лабораторных животных подвергали воздействию сигаретного дыма, показали, что он вызывает рак у этих животных (дополнительную информацию см. в модуле «Научные эксперименты»).
  • Физиологические модели помогут продемонстрировать механизм, с помощью которого сигаретный дым вызывает рак.

По мере того, как накапливались доказательства связи сигаретного дыма с раком легких и другими заболеваниями, общественность, юридическое сообщество и регулирующие органы медленно реагировали. В 1957, главный хирург США впервые признал связь между курением и раком легких, когда был опубликован отчет, в котором говорилось: «Очевидно, что существует все больше и больше последовательных доказательств того, что чрезмерное курение сигарет является одним из причинных факторов рака легких. » В 1965 году, вопреки возражениям табачной промышленности и Американской медицинской ассоциации, которая только что приняла грант в размере 10 миллионов долларов от табачных компаний, Конгресс США принял Федеральный закон о маркировке и рекламе сигарет, который требовал, чтобы на пачках сигарет было предупреждение: « Внимание: курение сигарет может быть опасным для вашего здоровья». В 1967 марта главный хирург США выпустил второй отчет, в котором говорится, что курение сигарет является основной причиной рака легких в Соединенных Штатах. В то время как табачные компании на протяжении десятилетий после этого находили законные средства для защиты себя, в 1996 году Brown and Williamson Tobacco Company было приказано выплатить 750 000 долларов по иску об ответственности за табак; это стало первой компенсацией ответственности, выплаченной табачной компанией физическому лицу.

Проверка понимания

_________ исследование рассматривает прошлые события, а _________ исследование рассматривает события из настоящего в будущее.

  • а. Перспектива, ретроспектива
  • б. Ретроспективный, перспективный

Сравнение дисциплин

Сравнительные исследования используются во множестве научных дисциплин, от антропологии до археологии, сравнительной биологии, эпидемиологии, психологии и даже криминалистики. Снятие отпечатков пальцев ДНК, метод, используемый для обвинения или оправдания подозреваемого с использованием биологических доказательств, основан на сравнительной науке. При дактилоскопии ДНК сегменты ДНК выделяются у подозреваемого и из биологических доказательств, таких как кровь, сперма или другие ткани, оставленные на месте преступления. Сравнивается до 20 различных сегментов ДНК ДНК подозреваемого и ДНК, найденной на месте преступления. Если все сегменты совпадают, следователь может рассчитать статистическую вероятность того, что ДНК принадлежит подозреваемому, а не кому-то другому. Таким образом, совпадения ДНК описываются с вероятностью ошибки «1 на 1 миллион» или «1 на 1 миллиард».

Сравнительные методы также широко используются в исследованиях с участием людей из-за этических ограничений экспериментального лечения. Например, в 2007 году Петтер Кристенсен и Тор Бьеркедал опубликовали исследование, в котором они сравнили IQ более 250 000 мужчин-норвежцев, служивших в армии (Kristensen & Bjerkedal, 2007). Исследователи обнаружили значительную связь между порядком рождения и IQ, где средний IQ первенца мужского пола был примерно на три пункта выше, чем средний IQ второго мальчика в той же семье. Исследователи также показали, что эта взаимосвязь коррелирует с социальными, а не биологическими факторами, поскольку вторые дети мужского пола, выросшие в семьях, в которых умер первенец, имели средние IQ, аналогичные другим первенцам. Можно представить себе сценарий, при котором такого рода исследования можно было бы проводить экспериментально, например, целенаправленно изымая первенцев мужского пола из определенных семей, но этика такого эксперимента исключает его проведение.

Ограничения сравнительных методов

Одним из основных ограничений сравнительных методов является контроль других переменных, которые могут повлиять на исследование. Например, как указали Долл и Хилл в 1950 году, связь между курением и смертностью от рака могла означать, что: а) курение вызывает рак легких, б) рак легких заставляет людей начать курить, или в) третья неизвестная переменная вызывали рак легких И заставляли людей курить (Doll & Hill, 19 лет). 50). В результате сравнительные исследователи часто идут на многое, чтобы выбрать две разные исследовательские группы, которые похожи почти во всех отношениях, за исключением рассматриваемого лечения. На самом деле многие сравнительные исследования на людях проводятся на однояйцевых близнецах именно по этой причине. Например, в области исследования табака были использованы десятки сравнительных исследований близнецов для изучения всего, от воздействия сигаретного дыма на здоровье до генетической основы зависимости.

Контрольная точка понимания

В чем преимущество сравнения однояйцевых близнецов в научных исследованиях?

  • а. Исследование легче проводить, если испытуемые хорошо знают друг друга.
  • b. Это помогает контролировать переменные, которые могут повлиять на исследование.

Сравнение в современной практике

Рисунок 6: «Кривая Килинга», долгосрочная запись концентрации CO 2 в атмосфере, измеренная в обсерватории Мауна-Лоа (Килинг и др. ). Хотя годовые колебания представляют собой естественные сезонные колебания, долгосрочное увеличение означает, что концентрации выше, чем они были за 400 000 лет. Графика предоставлена ​​Земной обсерваторией НАСА.

Несмотря на уроки, извлеченные в ходе последовавших за этим дебатов о возможном воздействии сигаретного дыма, сравнительная наука по-прежнему окружена неправильными представлениями. Например, в конце 19В 50-х годах Чарльз Килинг, океанограф из Океанографического института Скриппса, начал публиковать данные, полученные им в результате длительного описательного исследования уровней углекислого газа в атмосфере (CO 2 ) в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях (Keeling, 1958). ). Килинг заметил, что уровни CO 2 в атмосфере быстро возрастали (рис. 6). Он и другие исследователи начали подозревать, что повышение уровня CO 2 было связано с повышением средней глобальной температуры, и с тех пор несколько сравнительных исследований коррелировали с повышением уровня CO 2 уровней с повышением глобальной температуры (Keeling, 1970). Вместе с исследованиями, основанными на моделировании (см. наш модуль «Моделирование в научных исследованиях»), это исследование предоставило доказательства связи между глобальным изменением климата и сжиганием ископаемого топлива (при котором выделяется CO 2 ).

Тем не менее, в движении, напоминающем борьбу, начатую табачными компаниями, нефтяная и топливная промышленность начала крупную кампанию по связям с общественностью против исследований изменения климата. До 1989 года ученые, финансируемые нефтяной промышленностью, готовили отчеты, в которых исследования по изменению климата назывались «шумной ненужной наукой» (Roberts, 1989). Как и в случае с табачной проблемой, первоначальные сравнительные исследования пытались представить этот метод менее надежным, чем экспериментальные. Но проблемы на самом деле укрепили науку, побудив больше исследователей начать исследования, тем самым предоставив множество доказательств, подтверждающих связь между концентрациями CO 2 в атмосфере и изменением климата. В результате кульминация множества научных доказательств побудила Межправительственную группу экспертов по изменению климата, организованную Организацией Объединенных Наций, выпустить отчет, в котором говорится, что «потепление климатической системы не вызывает сомнений» и «двуокись углерода является наиболее важным антропогенным парниковым эффектом». газа (МГЭИК, 2007 г.)».

Сравнительные исследования являются важной частью спектра методов исследования, используемых в настоящее время в науке. Они позволяют ученым применять схему «лечение-контроль» в условиях, исключающих экспериментирование, и могут предоставить бесценную информацию о взаимосвязях между переменными. Интенсивное изучение этого сравнения на общественной арене из-за случаев, связанных с сигаретами и изменением климата, фактически укрепило метод, прояснив его роль в науке и подчеркнув надежность данных, полученных в результате этих исследований.

Резюме

Сравнение и противопоставление — важный исследовательский инструмент для осмысления мира. С помощью сценариев, в которых ученые, вероятно, предпочли бы проводить сравнительные исследования, этот модуль исследует различия и сходства между сравнением и экспериментированием. Исследования связи между курением сигарет и здоровьем иллюстрируют, как сравнение с другими методами исследования предоставило убедительные доказательства того, что сигаретный дым является основной причиной рака легких.

Ключевые понятия

  • Сравнение используется для определения и количественной оценки взаимосвязей между двумя или более переменными путем наблюдения за различными группами, которые либо по выбору, либо в силу обстоятельств подвергаются разным воздействиям.

  • Сравнение включает как ретроспективные исследования, в которых рассматриваются события, которые уже произошли, так и проспективные исследования, в которых изучаются переменные в настоящем и будущем.

  • Сравнительные исследования похожи на эксперименты в том смысле, что они включают сравнение экспериментальной группы с контрольной, но отличаются тем, что за лечением наблюдают, а не сознательно навязывают из-за этических соображений или потому, что это невозможно, например, в ретроспективное исследование.