Guía
Clase 10Electivo · Biología Celular y Molecular90 minBiología Celular · Investigación científicaInvestigación en biología celular

Las partes de una investigación científica

Objetivo. Elegir un fenómeno celular que se pueda medir. Escribir la pregunta de investigación con su hipótesis. Reconocer las secciones de un informe científico.

para partir

Una encuesta de la revista Nature a 1.576 investigadores encontró que más del 70% había intentado repetir el experimento de otro científico sin conseguirlo, y que más de la mitad tampoco pudo repetir el suyo propio. Dos equipos ponen levadura con azúcar en una botella y le calzan un globo: uno anota que el experimento resultó, mientras el otro pregunta cuántos centímetros mide el globo si el agua está fría. La diferencia entre esas dos cosas es lo que armamos hoy.

Empezamos un bloque nuevo. En las sesiones que vienen van a diseñar y ejecutar su propia investigación de biología celular, y el trabajo con el que cierra este bloque se califica con eso: la pregunta que eligieron, el experimento que armaron y lo que concluyeron con los datos que ustedes mismos midieron.

Hoy vemos tres cosas: las piezas de una investigación, el catálogo de fenómenos celulares que se pueden medir en la sala y las secciones del informe con que se entrega el trabajo. Al final de la clase cada uno sale con su fenómeno elegido y su pregunta escrita.

Antes de empezar, decide para ti si cada afirmación es verdadera o falsa:

  • Una hipótesis es una predicción de lo que va a pasar en el experimento.
  • Si mantengo la temperatura igual en todos los tubos, esa temperatura es mi grupo control.
  • La sección de resultados de un informe explica por qué salieron esos datos.
Piensa tus respuestas y anótalas
2:00

Las seis piezas, en orden

Toda investigación experimental recorre el mismo camino. Lo que cambia de un trabajo a otro es el tema, mientras que la estructura se repite igual en un laboratorio escolar y en una publicación científica.

1. Preguntaqué quiero averiguar, medible2. Hipótesisexplicación posible y comprobable3. Variablesindependiente, dependiente, controladas4. Diseñogrupo control y repeticiones5. Resultadostabla, gráfico y análisis6. Conclusiónresponde la pregunta con los datosuna buena conclusión deja abierta la pregunta siguienteLas seis piezas se usan en este orden
Fig. 1 — Las seis partes de una investigación experimental, en el orden en que se usan.

Piezas 1 y 2: la pregunta y la hipótesis

Una pregunta de investigación sirve cuando se puede responder midiendo algo. “¿Cómo funciona la fermentación?” da para un libro entero, mientras que “¿cómo afecta la temperatura del agua a la cantidad de CO₂ que produce la levadura?” ya dice qué se va a cambiar y qué se va a medir.

Una pregunta no se inventa desde cero: se elige un molde y se rellena. Cada molde lleva a un diseño distinto, así que esta decisión ya define la forma que va a tener la tabla de datos.

Molde Forma Ejemplo
Dosis-respuesta ¿Cómo afecta [el nivel de X] a [Y] en [este sistema]? ¿Cómo afecta la concentración de sacarosa al cambio de masa de trozos de papa?
Comparativa ¿Difiere [Y] entre [A], [B] y [C]? ¿Difiere el CO₂ que produce la levadura entre glucosa, sacarosa y edulcorante?
Umbral ¿A partir de qué valor de [X] empieza a ocurrir [Y]? ¿A partir de qué temperatura la membrana de la betarraga libera su pigmento?
Cinética ¿Cómo cambia [Y] a medida que pasa el tiempo bajo [esta condición]? ¿Cómo cambia el almidón de un trozo de pan a medida que pasa el tiempo en la saliva?
Reversibilidad ¿El efecto de [X] sobre [Y] se revierte al retirar [X]? ¿La plasmólisis de la cebolla en NaCl al 10 % se revierte en agua destilada?

La hipótesis es una explicación posible de por qué ocurre lo que ocurre, escrita de modo que un experimento pueda darle la contra. Suele escribirse como “si… entonces… porque…”, y la parte que más pesa es el porque, que es donde entra la biología celular.

Diez fenómenos celulares que se pueden medir en la sala

Este es el catálogo del que sale el trabajo. Todos se montan con lo que hay acá y todos entregan un número que se puede anotar en una tabla. La columna de lo que se cambia trae más de una opción a propósito, porque ahí es donde eligen ustedes.

# Fenómeno Qué se cambia (VI) Qué se mide (VD) Grupo control
1 Catalasa del hígado o la papa sobre el peróxido temperatura, pH o tipo de tejido altura de la espuma en mm a los 60 s tubo con tejido hervido
2 Fermentación de la levadura temperatura, tipo de azúcar o concentración circunferencia del globo en cm a los 20 min frasco con levadura hervida
3 Permeabilidad de la membrana de la betarraga temperatura del baño, alcohol o detergente intensidad del rojo del agua, escala de 0 a 5 tubo de agua sin betarraga
4 Osmosis en trozos de papa sacarosa 0; 0,2; 0,4 y 0,6 M cambio de masa en gramos a los 30 min trozo en agua destilada
5 Plasmólisis en epidermis de cebolla NaCl 0; 0,9; 5 y 10 % células con la membrana separada, de 50 preparación en agua destilada
# Fenómeno Qué se cambia (VI) Qué se mide (VD) Grupo control
6 Amilasa de la saliva sobre el almidón pH, temperatura o dilución de la saliva segundos hasta que el lugol deja de virar a azul tubo con saliva hervida
7 Fotosíntesis en discos de hoja de espinaca distancia a la lámpara o bicarbonato minutos hasta que floten 5 de 10 discos vaso en oscuridad
8 Respiración de semillas germinadas temperatura, o germinadas frente a secas minutos hasta que el azul de bromotimol vira frasco con semillas hervidas
9 Difusión y tamaño celular, en cubos de agar arista del cubo: 0,5; 1 y 2 cm mm que penetra el colorante en 10 min cubo en agua sin colorante
10 Índice mitótico en raíz de cebolla zona de la raíz o temperatura de germinación células en mitosis, de 100 observadas zona de la raíz que ya no crece
Actividad · Verdadero o falso1 punto

Sondeo — 'Al aumentar la temperatura del agua, la levadura va a inflar más el globo' es una hipótesis, porque propone qué relación hay entre las dos variables.

Actividad · Pareo de términos6 puntos

Cada una de estas preguntas usa uno de los cinco moldes, salvo una que no sirve para investigar. Empareja cada molde con la pregunta que le corresponde:

Toca un término y luego su definición para emparejarlos.

Piezas 3 y 4: las variables y el diseño

Una variable es cualquier cosa que puede tomar valores distintos en el experimento, y el trabajo del investigador consiste en decidir qué papel cumple cada una.

  • Variable independiente (VI): la que yo cambio a propósito. Es una sola y va en el eje X.
  • Variable dependiente (VD): la que yo mido. Es la respuesta del sistema y va en el eje Y.
  • Variables controladas: todas las demás, que mantengo iguales en todos los grupos para que la única diferencia sea la VI.

La forma más rápida de no confundir VI con VD es leer la frase completa: la VD depende de la VI. Si “el tamaño del globo depende de la temperatura del agua” tiene sentido, entonces la temperatura es la independiente y el tamaño del globo es la dependiente.

Misma levadura, misma glucosa y mismo volumen de agua en los cinco frascosFrasco 15 °Clevadura fresca×3 repeticionesFrasco 220 °Clevadura fresca×3 repeticionesFrasco 335 °Clevadura fresca×3 repeticionesFrasco 460 °Clevadura fresca×3 repeticionesCONTROLlevadura hervidacélulas muertas, 20 °C×3 repeticionesSe mide en todos: circunferencia del globo (cm) a los 20 minutosVI: temperatura · VD: circunferencia del globo · controladas: levadura, glucosa, agua, tiempoElaboración propia (esquema de diseño experimental)
Fig. 2 — Diseño del experimento de fermentación: cuatro temperaturas, un grupo control y tres repeticiones de cada condición.

Dos exigencias del diseño que suelen omitirse y que valen puntaje en el trabajo:

  1. El grupo control. Sin el frasco con levadura hervida, cualquier globo inflado podría atribuirse al aire que entró al cerrar la botella. El control muestra el nivel de fondo contra el cual se comparan los demás.
  2. Las repeticiones. Una sola medición por condición deja el resultado a merced de un error puntual, así que cada condición se mide tres veces y se trabaja con el promedio.
Actividad · Completa5 puntos

Completa el diseño de la investigación de la Fig. 2 con el nombre que corresponde a cada elemento:

En este experimento la variable es la temperatura, porque es la que se cambia entre un frasco y otro. La variable es la circunferencia del globo, porque es la que se mide. Los gramos de glucosa, el volumen de agua y el tiempo de medición son variables , porque se mantienen iguales en todos los frascos. El frasco con levadura hervida es el grupo , porque recibe el mismo tratamiento sin las células vivas. Cada condición se mide tres veces para reducir el efecto de un error de puntual.

Piezas 5 y 6: los resultados y la conclusión

Los resultados son los datos tal como salieron, ordenados en una tabla y, cuando corresponde, llevados a un gráfico. Van sin interpretación: la tabla dice cuánto midió cada frasco y nada más.

El análisis viene después y describe lo que muestran esos datos, con el promedio de las repeticiones y la tendencia que se ve. La conclusión cierra el círculo: responde la pregunta inicial, dice si la hipótesis quedó apoyada o refutada y explica el resultado con biología celular.

Una conclusión honesta no dice más de lo que los datos permiten. Con cuatro temperaturas medidas se puede afirmar que el máximo está cerca de 35 °C, y afirmar que el óptimo es exactamente 35,0 °C exigiría mediciones que este diseño no tomó. Reconocer ese límite suma puntaje en lugar de restarlo.

Del diseño al informe: las secciones de un artículo científico

El trabajo se entrega con el formato de un artículo científico, que es el mismo que usan las publicaciones que van a citar. Las seis piezas que acabamos de ver no desaparecen, se reparten entre las secciones.

Pieza de la investigación Dónde va en el informe
Pregunta e hipótesis Introducción, que termina justamente en la hipótesis
Variables, montaje y materiales Materiales y métodos, en pasado e impersonal
Los números medidos Resultados: tabla y gráfico, sin interpretar
Qué significan esos números Discusión
Todo lo anterior, en cinco frases Resumen, que se escribe al final aunque vaya primero

Cada sección responde una pregunta distinta y ninguna invade a la otra. El error más caro del trabajo es interpretar los datos dentro de Resultados, que es la sección donde los datos van solos.

Sección Qué va Qué no va
Título La VI, la VD y el sistema, en una línea Frases de efecto, signos de pregunta
Resumen Cinco frases, con el dato numérico principal incluido Detalles del montaje, citas, tablas
Introducción Qué se sabe, qué falta saber, la pregunta y la hipótesis Resultados, conclusiones
Materiales y métodos El montaje paso a paso, las variables, el control y las repeticiones Justificar por qué se eligió el tema
Resultados Tabla de datos crudos, promedios, gráfico y una frase que apunta a cada uno La palabra “porque”, explicaciones
Discusión Qué responde la pregunta, la hipótesis, el mecanismo celular, el alcance y qué medir después Datos que no aparecieron en Resultados
Actividad · Selección múltiple2 puntos

Un equipo investiga a partir de qué porcentaje de alcohol la membrana de la betarraga libera su pigmento. Prepara tubos con alcohol al 0, 20, 40 y 60 %, sumerge un cilindro de betarraga en cada uno y compara el color del agua con una escala de 0 a 5. Para ahorrar tiempo propone eliminar el tubo que lleva solo agua sin betarraga, argumentando que igual usará cilindros del mismo tamaño y el mismo tiempo en todos los tubos. ¿Qué le falta a ese razonamiento?

Actividad · Selección múltiple2 puntos

Una pareja investiga la osmosis colocando trozos de papa de igual masa en soluciones de sacarosa de distinta concentración y pesándolos después de 30 minutos. Obtiene que los trozos ganan masa en agua destilada, la mantienen en sacarosa al 0,3 M y la pierden en sacarosa al 0,6 M. Concluye: 'la osmosis demuestra que las células vegetales siempre absorben agua'. ¿Cuál es el principal problema de esa conclusión?

Actividad · Análisis6 puntos

Elige UNO de los diez fenómenos del catálogo y deja tu investigación armada. Escribe: (1) la pregunta, usando uno de los cinco moldes y sin dejar corchetes; (2) la hipótesis con su 'porque'; (3) la variable independiente con los valores que vas a probar; (4) la variable dependiente con la unidad y el instrumento; (5) tres variables controladas; (6) el grupo control; (7) cuántas repeticiones; (8) el título de tu informe; y (9) las dos primeras frases del resumen, la de contexto y la de la pregunta.

síntesis

Para cerrar

Hoy quedaron ordenadas las seis piezas, el catálogo de diez fenómenos que se pueden medir acá y las secciones del informe con que se entrega el trabajo. La pregunta se elige con uno de los cinco moldes, y ese molde ya decide la forma que va a tener la tabla de datos.

Tres distinciones concentran la mayor parte de los errores y conviene tenerlas escritas en el cuaderno: la hipótesis explica mientras que la predicción anuncia, una variable controlada es una condición fija mientras que el grupo control es un grupo completo de comparación, y los resultados muestran los datos mientras que la discusión los explica.

Lo que sigue es el trabajo de investigación. Llegan con su fenómeno elegido y su pregunta escrita en la guía, porque esa sesión se ocupa entera en dejar el diseño aprobado y empezar a redactar la introducción y los métodos.

Piensa sobre tu aprendizaje

  • Vuelve a las tres afirmaciones del inicio. ¿Cuáles resultaron falsas y por qué?
  • ¿Qué fenómeno del catálogo elegiste y con qué molde quedó escrita tu pregunta?
  • De las secciones del informe, ¿cuál crees que te va a costar más escribir y por qué esa?

referencias

Bibliografía

  1. 01OpenStax (2018). Biology 2e, cap. 1 'The Study of Life'. https://openstax.org/books/biology-2e
  2. 02Campbell, N. & Reece, J. (2017). Biología (7ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
  3. 03Ministerio de Educación de Chile (2019). Bases Curriculares 3° y 4° medio, plan de formación diferenciado: Biología Celular y Molecular.
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  5. 05Day, R. & Gastel, B. (2016). How to Write and Publish a Scientific Paper (8ª ed.). Greenwood.
  6. 06Khan Academy (en español). La ciencia de la biología. https://es.khanacademy.org
  7. 07Baker, M. (2016). 1,500 scientists lift the lid on reproducibility. Nature, 533, 452-454.
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