Proceso de investigación


A medida que la humanidad ha avanzado en sus conocimientos también ha avanzado la forma en que éstos se generar. Para realizar una investigación exitosa (que pueda obtener conclusiones validables) es muy recomendable que el proceso de investigación esté acorde con el método científico. Esto es, que realice unos pasos de forma sistemática y dentro de cada paso realice una serie de tareas:

Observación:

Estudiar y analizar el contexto para poder obtener una idea inicial de que se pretende investigar. Con lo anterior llegar a la del problema.

Descripción del problema:
Una vez que se tiene la realidad transformada en problema, es decir, que se tiene formulada la pregunta o preguntas cuyas respuestas serán buscadas en la investigación, es necesario hacer un repaso exhaustivo de la literatura existente, ver cómo definen los investigadores sus propios términos, en pocas palabras el estado del arte.

Realizado lo anterior es posible la construcción de un marco teórico, así se estará en condiciones de reseñar las principales corrientes teóricas relativas a la situación problemática. Es, muchas veces, en el propio proceso de investigación donde se refinan los conceptos existentes, a medida que se penetra y conoce más profundamente las características del objeto de estudio. El marco teórico comprende la elaboración de dos etapas: a) la revisión de la literatura correspondiente y b) la adopción de una teoría o desarrollo de una perspectiva teórica.

Hipótesis:

Una vez que se conoce ampliamente el contexto del problema y se ha plasmado de forma clara, es posible la generación de los objetivos, es decir, que se quiere lograr con la investigación.
Para direccionar el cumplimiento de los objetivos en la investigación se plantea una o varias hipótesis que se deben cumplir o refutar al final del estudio o investigación. Las hipótesis deben ser claras, específicas, relacionadas con el cuerpo teórico de la investigación. Además, deben dar una pauta al investigador para saber qué datos debe recoger para poder realizar el análisis.

Deducción de consecuencias:

Una vez se plantea una hipótesis se pueden realizar las afirmaciones tipo: si pasa esto entonces... o cuando se cumpla A no se cumplirá B, por dar un ejemplo. Al validar estas afirmaciones es que se puede confirmar o refutar una hipótesis.
La idea básica de este paso es pensar en mecanismos que pueden ayudar a confirmar o refutar la hipótesis misma.

Experimentación:

Para esto se debe hacer un diseño de la investigación donde se deberá definir la fuente de la información, el modo de recolección de los datos, la forma de contrastación, las variables relevantes para el estudio, los tiempos, etc.
Dependiendo la naturaleza de la investigación, se puede definir la forma en que se obtendrán los datos. Esto puede ser por simple observación, medición u otro. Normalmente, los experimentos se reducen a los laboratorios o ambientes controlados, además, no siempre se puede analizar el 100% de una población, sea lo que sea,  entonces se analiza solo una parte de ella que permita generalizar los resultados.

Análisis de resultados:

El paso lógico es la confirmación de la hipótesis y de la deducción de las consecuencias de la misma, mediante el uso de datos empíricos y replicables.
Una vez recogidos los datos se deben analizar y poner a prueba tanto las hipótesis como las afirmaciones salidas de éstas, para poder realmente concluir si son correctas o no. Es importante tener en cuenta que un estudio no tiene que dar siempre hipótesis correctas para que sea considerado válido. Pero en cambio si el proceso seguido no tiene la rigurosidad definida por el método científico y el proceso de investigación, todos sus resultados; sin importar lo buenos que sean, carecerán de bases que los sustenten y pueden llevar a la repetición del estudio por medios y equipos más estructurados.

Comunicación:

Como última instancia de la investigación, pero no por ello menos importante, está la divulgación o comunicación de los resultados de la investigación (existen diferentes formas de hacer la divulgación y cualquiera puede ser válida dependiendo el contexto de la misma). Esto se hace por un lado para poner a disposición de la comunidad científica los nuevos conocimientos y además para que dicha comunidad pueda comprobarlos o refutarlos y así asegurar que el conocimiento sobre un determinado campo avanza de forma sólida.

Relación entre la biología y la ingeniería


Una primera relación que se puede establecer entre la biología como una de las ciencias básicas y la ingeniería como uno de los procesos de creación más trascendentes, es el puente entre el conocimiento científico y la aplicación de estos conocimientos en el día a día de la humanidad.

Photo by KROMKRATHOG. Published on 12 November 2013 en FreeDigitalPhotos.net

Sin embargo, la relación entre ambas, biología e ingeniería, es equivalente a decir ciencia y tecnología. Entre ambas hay relaciones tanto de dependencia como de aportes la una a la otra, más allá que un simple contacto por medios inconexos de dos disciplinas separadas, y esto es tan notorio que comparten procesos o formas de proceder semejantes y, aunque en primera instancia el estudio de la biología podría parecer la hermana mayor, se debe considerar que la humanidad desde el momento en que obtuvo conciencia de sí misma ha ingeniado diferentes artilugios. 

Para poder entender lo interrelacionadas que están la biología y la ingeniería, Arthur T. Johnson propone que es necesario revisar tres factores claves: la evolución que ha tenido cada una en su proceso de perfeccionamiento (Filogénesis), la motivación de cada una y los métodos que emplean. A continuación se presentan una síntesis de lo que expresa Arthur T. Johnson en su libro Biology for Engineers.

La evolución

En cada una de las áreas del conocimiento se puede evidenciar 4 etapas evolutivas:
Aleatoria: Esta ocurre cuando la humanidad empieza hacer observaciones y aleatoriamente descubre eventos particulares.
Descriptiva: Esta ocurre cuando podemos identificar la relación entre causa y efecto de un evento.
Cuantitativa: Esta ocurre cuando es posible medir y establece el impacto que puede haber en un efecto cuando se cambia en un cierto grado la causa.
Control: Esta etapa ocurre cuando somos capaces de realizar modelos lógicos, gráficos, matemáticos que predigan un fenómeno o un evento y a partir de ese conocimiento diseñar y construir sistemas que hagan uso del fenómeno.

Fase
Ejemplo biología
Ejemplo ingeniería
Aleatorio
Se notan diferencias entre plantas y animales.
Se observan planetas moverse en el cielo.
Descriptivo
Se descubre el material genético.
Se relaciona el movimiento del planeta con las estaciones.
Cuantitativo
Se puede determinar los ambientes que facilitan el desarrollo y crecimiento de bacterias.
Aparecen leyes que describen el movimiento planetario.
Control
Se desarrollan transgénicos y medicamentos a base de principios biológicos.
Se crean satélites que orbitan los planteas y sistemas de geolocalización.

La motivación

Las ciencias básicas, como la biología, al igual que las ingenierías, cuentan grandes motivaciones particulares, inherentes a su campo del saber. Para las ingenierías, por ejemplo, su mayor motivación es el producto terminado, el ver un sistema, una herramienta, un software, etc. Terminado y funcional. En tanto que para los biólogos su mayor motivación sería el conocimiento y entendimiento de un ente, o de un ambiente a partir de la observación del mismo.

Los métodos

Aunque ambos campos, ciencia y tecnología tienen métodos o formas de proceder, éstos difieren entre sí. Por un lado la ciencia de biología realiza experimentos para intentar descubrir los hechos que describen un determinado fenómeno, es decir que el método usado está más determinado por la observación que por un plan de ejecución concreto. 

Los ingenieros rara vez preparan un experimento para ver qué sucede en caso de (quizá no tengan tanta paciencia para estar a la espera de resultados). Los ingenieros proponen la construcción de sistemas a partir de fenómenos conocidos. Dicho de otra forma, los biólogos son educados para no involucrarse con el ente observado, sino simplemente observar y describir, en tanto que los ingenieros son educados para involucrarse con el experimento mismo de tal manera que éste genere un cambio del espacio de observación.



Dejando de lado las características que diferencian o tienen en común la biología y la ingeniería; como se mencionó anterior mente, entre ambas hay relaciones tanto de dependencia como de aportes la una a la otra. Y es que no son pocos los ejemplos en que los avances ya sea en el conocimiento o en la técnica, una ha aportado al desarrollo de la otra.

Por poner algunos ejemplos:

Biología

Ingeniería
Se pudo ver microorganismos, células, etc.
Se crea y perfecciona el microscopio.
Se caracterizan y describen las funciones de las células.
Se crean algoritmos que permiten a los computadores aprender (I.A.).

Es claro que los avances en la ingeniería ayudan a que los biólogos puedan realizar de mejor manera sus observaciones e incluso el análisis de las mismas. Pero, por otro lado, cada vez que se describe un  sistema natural, éste se convierte en una fuente de soluciones a problemas ingenieriles.



Documento referencia:
* Johnson, A.T. (2016). Biology for Engineers. CRC Press


Niveles de organización de la vida

La vida está organizada desde un nivel muy simple hasta sistemas complejos, cada uno con sus características particulares representadas especialmente por su tamaño. Además, los niveles superiores tienen dependencia (o los incluyen en si mismos) con los inferiores. A continuación se presenta en detalle cada uno:

Niveles de organización de la vida


Nivel molecular

Las asociaciones moleculares constituyen el límite entre el mundo biótico (de los seres vivos) y el abiótico (de la materia no viva o inerte).

  • Subnivel subatómico: Lo constituyen las partículas subatómicas; es decir, los protones, electrones y neutrones.
  • Subnivel atómico: Constituido por los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción.
  • Subnivel molecular: Constituido por las moléculas, es decir, por unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos mediante enlaces químicos (ejemplos: O 2 , H 2 O), y que son la mínima cantidad de una sustancia que mantiene sus propiedades químicas.
  • Subnivel macromolecular: Está constituido por los polímeros que son el resultado de la unión de varias moléculas (ejemplos: proteínas, ácidos nucleicos).
Nivel celular

Incluye a la célula, unidad anatómica y funcional de los seres vivos. La más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente.
  • Procariotas: Son las células que carecen de envoltura nuclear y, por lo tanto, la información genética se halla dispersa en el citoplasma, aunque condensada en una región denominada nucleoide.
  • Eucariotas: Son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, que la aísla y protege, y que constituye el núcleo.
Nivel pluricelular u orgánico

Incluye a todos los seres vivos constituidos por más de una célula. En los seres pluricelulares existe una división de trabajo y una diferenciación celular alcanzándose distintos grados de complejidad creciente.
  • Tejidos: Es un conjunto de células muy parecidas que realizan la misma función y tienen el mismo origen. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.
  • Órganos: Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo, el corazón.
  • Sistemas: Es un conjunto de varios órganos parecidos que funcionan independientemente y están organizados para realizar una determinada función; por ejemplo, el sistema circulatorio.
  • Aparatos: Conjunto de órganos que pueden ser muy distintos entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir una función.
Nivel de población

Los seres vivos generalmente no viven aislados, sino que se relacionan entre ellos.
  • Población: Es un conjunto de individuos de la misma especie , que viven en una misma zona en un momento determinante y que se influyen mutuamente. Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limitada.
  • Comunidad: Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus.
Nivel de ecosistema

La diferentes poblaciones que habitan en una misma zona en un momento determinado forman una comunidad o biocenosis (comunidad biótica).
Las condiciones fisicoquímicas y las características del medio en el que viven constituyen el biotopo.
Al conjunto formado por la biocenosis, el biotopo y las relaciones que se establecen entre ambos se denomina ecosistema.

Biósfera

La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida.


Historia de la biología

El siguiente enlace muestra un recorrido por todos los sucesos y personas que hicieron de la biología una de las principales ciencias de la humanidad. Desde la antigua Grecia hasta los avances de esta década.


Hipócrates (0460 BC - 0370 BC)
Aristóteles (0384 BC - 0322 BC)
Teofrasto (0371 BC - 0287 BC)
Padre de la medicina. Estudió las plantas con fines médicos. Es reconocido como el padre fundador de la biología, pues si bien existen reflexiones y escritos previos, es en el trabajo de Aristóteles, donde se encuentran las primeras investigaciones sistemáticas al respecto. Alumno de Platón y Aristóteles. Debido a todos estos trabajos sobre las plantas, es a menudo considerado el "padre de la botánica".
Galeno de Pérgamo (0130 - 0200)
Andrés Vesalio (1514 - 1664)
Francesco Redi (1626 - 1697)
Médico griego. Sus puntos de vista dominaron la medicina europea a lo largo de más de mil años. Hizo vivisecciones de muchos animales con el fin de estudiar la función de los riñones y de la médula espinal. Fue el autor de uno de los libros más influyentes sobre anatomía humana. Realizó trabajos usando cadáveres. Demostró que los insectos no nacen por generación espontánea, por lo que se le considera el fundador de la helmintología (el estudio de los gusanos).
Anton van Leeuwenhoek (1632 - 1723)
Robert Hooke (1635 - 1703)
Carlos Linneo (1707 - 1778)
Conocido como "Padre de la microbiología". Sobresalió por ser el primero en realizar observaciones y descubrimientos con microscopios cuya fabricación él mismo perfeccionó. La historia de la biología lo considera precursor de la biología experimental, de la biología celular y de la microbiología. Es notable por haber acuñado el término célula. Participó en la creación de la primera sociedad científica de la historia, la Royal Society de Londres. Estableció los fundamentos para el esquema moderno de la nomenclatura binomial. Se le considera el fundador de la moderna taxonomía, y también se le reconoce como uno de los padres de la ecología.
Jean-Baptiste Lamarck (1744 - 1829)
Edward Jenner (1749 - 1823)
Georges Cuvier (1769 - 1832)
Lamarck formuló la primera teoría de la evolución biológica, en 1802 acuñó el término «biología» para designar la ciencia de los seres vivos y fue el fundador de la paleontología de los invertebrados. Fue el pionero de la vacuna contra la viruela, la primera vacuna del mundo. Y se dice que su trabajo "ha salvado más vidas que el trabajo de cualquier otro hombre". Pionero de la paleontología. Investigó la permanencia de las grandes funciones fisiológicas en la diversidad de las especies. Defendió el principio según el cual, teniendo en cuenta los datos proporcionados por la anatomía comparada, los animales debían ser agrupados en cuatro planes estructurales de organización (embranchements): vertebrados, moluscos, articulados y radiados.
Charles Darwin (1809 - 1882)
Alfred Russel Wallace (1809 - 1882)
Selección Natural
Plantea la idea de la evolución biológica a través de la selección natural (comparte el mérito con Alfred Russel Wallace), en su publicación "El origen de las especies" publicada en 1859. Naturalista, explorador, geógrafo, antropólogo y biólogo británico, conocido por haber propuesto una teoría de evolución a través de la selección natural independiente de la de Charles Darwin. La selección natural es un fenómeno de la evolución que se define como la reproducción diferencial de los genotipos de una población biológica.
La selección natural puede ser expresada como la siguiente ley general, tomada de la conclusión de El origen de las especies:
Existen organismos que se reproducen y la progenie hereda características de sus progenitores, existen variaciones de características si el medio ambiente no admite a todos los miembros de una población en crecimiento. Entonces aquellos miembros de la población con características menos adaptadas (según lo determine su medio ambiente) morirán con mayor probabilidad. Entonces aquellos miembros con características mejor adaptadas sobrevivirán más probablemente. Darwin, El origen de las especies
Claude Bernard (1813 - 1878)
Karl Wilhelm von Nägeli (1817 - 1891)
Louis Pasteur (1822 - 1895)
Sentó los principios generales sobre los que se asienta la farmacodinamia moderna y las funciones del sistema nervioso. Claude Bernard había realizado el sorprendente descubrimiento de que la “materia inerte” y los “cuerpos vivos” no son la misma cosa. Descubrió los cromosomas observando células vegetales en 1842. Propone soluciones para la putrefacción. Por sus trabajos es considerado el pionero de la microbiología moderna, iniciando la llamada «Edad de Oro de la Microbiología». A través de experimentos refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea y desarrolló la teoría germinal de las enfermedades infecciosas.
Gregor Mendel (1822 - 1884)
Padre de la genética. Mediante trabajos realizados sobre guisantes postulo las leyes que dan origen a la herencia genética.
Walther Flemming (1843 - 1905)
Eduard Adolf Strasburger (1844 - 1912)
Edouard Van Beneden (1846 - 1910)
Fue uno de los fundadores del estudio de la citogenética. Descubre la mitosis en 1882. Junto a Walther Flemming, y Edouard van Beneden dilucidan la distribución cromosómica durante la división celular. En 1883 observó y describió el proceso de meiosis en el parasito Ascaris, demostrando que el proceso de fecundación se realiza entre dos pronúcleos, uno masculino y otro femenino, los cuales portan la mitad de cromosomas para la próxima célula.
Thomas Hunt Morgan (1866 - 1945)
Fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1933 por la demostración de que los cromosomas son portadores de los genes (demostrado en 1915), lo que se conoce como la teoría cromosómica de Sutton y Boveri. Gracias a su trabajo, Drosophila melanogaster se convirtió en uno de los principales organismos modelo en Genética.
Francis Crick (1916 - 2004)
James Dewey Watson (1928 - 2017)
Estructura molecular del ADN (1953)
Conocido sobre todo por ser uno de los dos descubridores de la estructura molecular del ADN en 1953, junto con James D. Watson. Conocido sobre todo por ser uno de los dos descubridores de la estructura molecular del ADN en 1953, junto con Francis Crick. El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria.
Robert Whittaker (1920 - 1980)
En 1969 postuló la clasificación de los seres vivos en cinco reinos: Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalia. (organismos microscópicos que habitan todos los ambientes, otros, Hongos, Plantas y Animales).
Oliver Smithies (1925 - 2017)
Mario Capecchi (1937 - ...)
Martin Evans (1941 - ...)
Descubre la electroforesis en 1950. La electroforesis es una técnica para la separación de moléculas según la movilidad de éstas en un campo eléctrico. Creó una técnica de manipulación genética llamada "gene targeting", la cual permite "construir" ratones portadores de mutaciones genéticas. En 1981 descubrió el estado embrionario de las células madre. En el caso de los seres humanos hasta la octava semana).
Ian Wilmut (1944 - ...)
Keith Campbell (1954 - 2012)
Dolly (1996 - 2003)
Líder del grupo de investigación que en 1996 clonó por primera vez a un mamífero de una célula somática adulta. Especialista en clonación y sobre todo conocido por haber trabajado con Ian Wilmut y su equipo del Instituto Roslin en Edimburgo en la clonación de la Oveja Dolly en 1996. Fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta. Sus creadores fueron los científicos del Instituto Roslin de Edimburgo (Escocia), Ian Wilmut, Keith Campbell. Su nacimiento no fue anunciado hasta siete meses después, el 23 de febrero de 1997.
Craig Venter (1946 - ...)
Francis Collins (1950 - ...)
Proyecto Genoma Humano (1990 - 2003)
En el 2000, Venter y Francis Collins del institutyo nacional de salud de Estados Unidos y del proyecto público del Genoma Humano hicieron el anuncio del mapa del Genoma Humano.
En octubre de 2007, Craig Venter consiguió crear un cromosoma artificial a partir de elementos químicos, como paso previo para la creación de la primera forma de vida artificial de la Tierra.
Desde 1999 hasta 2008 dirigió el proyecto Genoma Humano. El 26 de junio del año 2000 se presentó el borrador del genoma humano. Investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. En él año 2003 se completó la secuencia del genoma humano, aunque no se conoce la función del todo. El proyecto, dotado con 3000 millones de dólares, fue fundado en 1990 en el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, bajo la dirección del doctor Francis Collins.
CRISPR (2015 - ...)
Varios experimentos demuestran el potencial de esta técnica de alteración genética.

Programación Orientada a Objetos (POO - en inglés OOP)

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