2. Utforskning, upptäckt och naturvetenskapens roll i samhället

Var idéer kommer från

Naturvetenskaplig metodologi är nära kopplad till utforskning och upptäckt (Figur 2.1). Kom ihåg att naturvetenskaplig metodologi börjar med observationer och frågor. Men varifrån kommer dessa observationer och frågor från början? De kan inspireras av naturvetenskapliga attityder, praktiska problem och ny teknologi.

Bra forskare delar vetenskapliga attityder eller tankesätt som leder dem till utforskning och upptäckt. Nyfikenhet, skepticism, öppenhet, och kreativitet hjälper forskare att generera nya idéer.

• Nyfikenhet En nyfiken forskare kan till exempel titta på en saltträsk och omedelbart fråga sig, "Vad är det för växt? Varför växer den här?" Ofta väcker resultat från tidigare studier också nyfikenhet och leder till nya frågor.

• Skepticism Bra forskare är skeptiker, vilket innebär att de ifrågasätter existerande idéer och hypoteser, och de vägrar acceptera förklaringar utan bevis. Forskare som inte håller med om hypoteser designar experiment för att testa dem. Anhängare av hypoteser genomför också rigorösa tester av sina idéer för att bekräfta dem och bemöta alla giltiga frågor som väcks.

• Öppenhet Forskare måste förbli öppensinnade, vilket innebär att de är villiga att acceptera olika idéer som kanske inte stämmer överens med deras hypoteser.

• Kreativitet Forskare behöver också tänka kreativt för att designa experiment som ger tillförlitliga data.

Ibland uppstår idéer för vetenskapliga undersökningar ur praktiska problem. Saltträsk, till exempel, spelar viktiga roller i livet för många ekologiskt och kommersiellt viktiga organismer, som du kommer att lära dig senare. Men de är under starkt tryck från industri- och bostadsutveckling. Bör saltträsk skyddas från utveckling? Om nya hus eller gårdar placeras nära saltträsk, kan de då designas för att skydda ängarna? Dessa praktiska frågor och problem inspirerar vetenskapliga frågor, hypoteser och experiment.

Teknologi, vetenskap och samhälle är nära sammanlänkade. Upptäckter inom ett naturvetenskapsområde kan leda till nya teknologier. Dessa teknologier möjliggör i sin tur för forskare inom andra områden att ställa nya frågor eller samla data på nya sätt. Till exempel gör utvecklingen av ny bärbar, fjärrstyrd datainsamlingsutrustning det möjligt för fältforskare att övervaka miljöförhållanden dygnet runt på flera platser samtidigt. Denna möjlighet gör det möjligt för forskare att formulera och testa nya hypoteser. Teknologiska framsteg kan också ha stora effekter på vardagslivet. Inom genetik och bioteknik är det till exempel nu möjligt att massproducera komplexa ämnen—som vitaminer, antibiotika och hormoner—som tidigare bara fanns naturligt.

Att kommunicera resultat

Datainsamling och analys kan vara en lång process. Forskare kan fokusera intensivt på en enda studie i månader eller till och med år. Sedan kommer den spännande tiden när forskare kommunicerar sina experiment och observationer till det vetenskapliga samfundet. Kommunikation och delning av idéer är avgörande för modern vetenskap.

Forskare delar sina upptäckter med det vetenskapliga samfundet genom att publicera artiklar som har genomgått peer review (kollegial granskning). Vid peer review granskas vetenskapliga artiklar av anonyma, oberoende experter. Att publicera peer-reviewed artiklar i vetenskapliga tidskrifter gör det möjligt för forskare att dela idéer och att testa och utvärdera varandras arbete. Naturvetenskapliga artiklar är som avancerade versioner av dina laboratorierapporter från skolan. De innehåller detaljer om experimentförhållanden, kontroller, data, analyser och slutsatser. Granskare läser dem och letar efter förbiseenden, orättvisa påverkningar, fusk eller fel i tekniker eller resonemang. De ger en expertbedömning av arbetet för att säkerställa att de högsta kvalitetsstandarderna uppfylls. Peer review garanterar inte att ett arbete är korrekt, men det intygar att arbetet uppfyller de standarder som satts av det vetenskapliga samfundet.

När forskning har publicerats går den in i den dynamiska marknaden för naturvetenskapliga idéer (Figur 2.2). Hur passar nya upptäckter in i den befintliga vetenskapliga förståelsen? Kanske väcker de nya frågor. Till exempel antyder upptäckten att tillväxten av saltmarshgräs är begränsad av tillgängligt kväve andra hypoteser: Är tillväxten av andra växter i samma habitat också begränsad av kväve? Vad sägs om tillväxten av olika växter i liknande miljöer, som mangrovesumpen (Figur 2.3)? Var och en av dessa logiska och viktiga frågor leder till nya hypoteser som måste bekräftas självständigt genom kontrollerade experiment.

Naturvetenskapliga teorier

Bevis från många naturvetenskapliga studier kan stödja flera relaterade hypoteser på ett sätt som inspirerar forskare att föreslå en vetenskaplig teori som knyter samman dessa hypoteser. När du läser kursen kommer du ofta att stöta på termer som är nya för dig eftersom de bara används inom naturvetenskapen. Men ordet teori används både inom naturvetenskapen och i vardagslivet. Det är viktigt att förstå att den betydelse du ger ordet teori i vardagen är mycket annorlunda än dess betydelse inom naturvetenskapen. När du säger "Jag har en teori," kan du mena "Jag har en aning." När en vän säger "Det är bara en teori," kan hon mena "Folk är inte så säkra på den idén." I dessa situationer skulle en forskare förmodligen använda ordet hypotes. Men när forskare pratar om gravitationsteorin eller evolutionsteorin menar de något helt annat än aning eller hypotes.

Inom naturvetenskapen syftar ordet teori på en vältestad förklaring som förenar ett brett spektrum av observationer och hypoteser och som gör det möjligt för forskare att göra exakta förutsägelser om nya situationer. Charles Darwins tidiga observationer och hypoteser om förändringar över tid i naturen, till exempel, växte och utvecklades under många år innan han samlade dem till en teori om evolution genom naturligt urval. Idag är evolutionsteorin den centrala organiserande principen för all biologisk och biomedicinsk vetenskap. Den gör ett så brett spektrum av förutsägelser om organismer—från bakterier till valar till människor—att den nämns genomgående i denna kurs.

En användbar teori som har blivit noggrant testad och stödd av många bevislinjer kan bli den dominerande¹  synen bland majoriteten av forskare, men ingen teori anses vara absolut sanning. Naturvetenskapen förändras alltid; när nya bevis upptäcks kan en teori omprövas eller ersättas av en mer användbar förklaring.

Naturvetenskap och samhälle

Gör en lista över hälsorelaterade saker som du behöver förstå för att skydda ditt liv och liven för dem som står dig nära. Din lista kan innehålla droger och alkohol, rökning och lungsjukdomar, AIDS, cancer, och hjärtsjukdomar. Andra ämnen fokuserar på sociala frågor och miljön. Hur mycket av informationen i dina gener ska hållas privat? Ska samhällen producera elektricitet med fossila bränslen, kärnkraft, solkraft, vindkraft eller vattenkraft? Hur ska kemiskt avfall hanteras?

Alla dessa frågor kräver vetenskaplig information för att besvaras, och många av dem har inspirerat viktig forskning. Men ingen av dessa frågor kan besvaras enbart med vetenskap. Dessa frågor involverar samhället vi lever i, vår ekonomi, våra lagar och våra moraliska principer. Att använda naturvetenskap innebär att förstå dess sammanhang i samhället och dess begränsningar (Figur 2.4).

När forskare förklarar varför något händer, involverar deras förklaring endast naturliga fenomen. Ren naturvetenskap inkluderar inte etiska eller moraliska synpunkter. Till exempel försöker biologer förklara på ett naturvetenskapligt sätt vad liv är, hur livet fungerar, och hur livet har förändrats över tid. Men naturvetenskap kan inte besvara frågor om varför livet existerar eller vad livets mening är. På samma sätt kan vetenskapen berätta hur teknologi och naturvetenskaplig kunskap kan tillämpas, men inte om de bör tillämpas på vissa sätt. Kom ihåg dessa begränsningar när du studerar och utvärderar naturvetenskap.

Det sätt som vetenskapen tillämpas på i samhället kan påverkas av bias. En bias är en viss preferens eller synpunkt som är personlig, snarare än vetenskaplig. Exempel på bias inkluderar personlig smak, preferenser för någon eller något, och samhällsstandarder för skönhet.

Naturvetenskapen strävar efter att vara objektiv, men forskare är också människor. De har likes, dislikes och ibland bias. Så det borde inte förvåna dig att vetenskapliga data kan misstolkas eller missbrukas av forskare som vill bevisa en viss poäng. Rekommendationer gjorda av forskare med personliga bias kan eller kan inte vara i allmänhetens intresse. Men om tillräckligt många av oss förstår naturvetenskap kan vi hjälpa till att säkerställa att vetenskapen tillämpas på sätt som gynnar mänskligheten.

Naturvetenskapen kommer att fortsätta att förändras så länge människor fortsätter att undra över naturen. Jag inbjuder dig att följa med mig i den förundran och utforskningen när du läser denna kurs. Se inte denna text som en encyklopedi, utan som en användarhandbok för studier av livet. Memorera inte bara dagens naturvetenskapliga fakta och idéer. Och tro dem inte blint! Försök istället att förstå hur forskare utvecklade dessa idéer. Försök att se tankegången bakom experiment vi beskriver. Försök att ställa de typer av frågor som forskare ställer.

Om du lär dig att tänka som forskare tänker, kommer du att förstå naturvetenskapens process och känna dig bekväm i en värld som kommer att fortsätta förändras under din livstid. Att förstå naturvetenskap kommer att hjälpa dig att fatta komplexa beslut som också involverar kulturella seder, värderingar, och etiska standarder.

Vidare kommer förståelsen av naturkunskap att hjälpa dig inse att vi människor kan förutse konsekvenserna av våra handlingar och spela en aktiv roll i att styra vår framtid och vår planets framtid. I vårt samhälle ger forskare rekommendationer om stora offentliga policybeslut, men de fattar inte besluten. Vem fattar besluten? Medborgare i vår demokrati gör det. Om några år kommer du att kunna utöva rättigheterna för en röstberättigad medborgare, påverka offentlig policy genom de röster du lägger och de meddelanden du skickar till offentliga tjänstemän. Därför är det viktigt att du förstår hur naturvetenskap fungerar och uppskattar både kraften och begränsningarna av vetenskap.