Научный метод

Вы, возможно, никогда не задумывались над тем, как вы решаете задачи, подвергаете проверке теории или принимаете определенный план действий. Рассмотрим, каким образом биолог подходит к изучению стоящей перед ним проблемы, с тем чтобы представить себе связанный с этим ход рассуждений.

Научное исследование обычно начинают с наблюдений над тем, что проис-


Рис. 1.2. Подражательная окраска мухи на- антенны, а у пчелы глаза меньше и антенны столько хорошо имитирует окраску пчелы, что длиннее и тоньше. Кроме того, у пчелы две может иногда ввести в заблуждение. Однако пары крыльев, а у мухи - одна, но по бывает между этими двумя насекомыми есть различия:              трудно разглядеть,
у мухи большие глаза и короткие булавовидные


ходит в природе, после чего исследователи пытаются обобщить сделанные наблюдения. Если, например, вы собираете насекомых, то вы, вероят но, заметили, что у многих из них имеются черные и желтые полоски. Когда вы их ловите, то, возможно, считаете, что все это пчелы или осы, и поэтому обращаетесь с ними осторожно. Однако при более внимательном обследовании можно обнаружить у некоторых из них признаки, свидетельствующие о том, что это мухи, а не пчелы (рис. 1.2).
Можно ли считать простым совпадением то, что эти мухи отличаются от своих близких родичей - комнатных мух - и похожи на неродственных им пчел? Современные биологи усомнятся в этом и выдвину т гипотезу, что окраска этих мух возникла в процессе эволюции, поскольку сходство с пчелами давало им какое-то преимущество (изучением эволюции мы займемся в гл. 2). В чем может заключаться это преимущество?
Для того чтобы ответить на такой вопрос, нужны какие-то идеи или гипотезы, которые позволят объяснить сделанные наблюдения. Так, можно предположить, что сходство с пчелами защищает мух от поедания хищниками или же что оно позволяет мухам, обманув пчел, проникнуть в улей и полакомиться медом.
Следующий шаг состоит в том, чтобы разработать и провести эксперименты, которые позволят проверить выдвинутые гипотезы. Некоторые гипотезы для науки бесполезны, потому что их нельзя проверить. Например, гипотеза о том, что «хищники принимают безобидных мух за опасных пчел», не поддается проверке, так как вы не можете узнать, о чем думает то или иное животное. Но даже если гипотезу можно проверить, это обычно не удается сделать непосредственно; надо прежде придумать какое-нибудь вытекающее из нее и поддающееся проверке предсказание.
Допустим, что вы на основе своей первой гипотезы (о том, что окраска мухи защищает ее от хищников) делаете следующее предсказание: если данный хищник был ужален пчелами и научился не трогать их, то он не станет нападать на муху, которая выглядит как пчела. Это предсказание можно проверить.




Для проведения соответствующего эксперимента нужен хищник, питающийся насекомыми. Таким хищником может быть, например, жаба, которая ловит насекомых, летающих или ползающих поблизости от нее. Если в садок с «неопытной» жабой, ранее не встречавшейся с пчелами, выпустить этих насекомых, то она поймает несколько штук, поймет, что они жалят, и откажется от дальнейшей охоты. Если затем, поместив в садок муху, имеющую полосатую, черную с желтым, окраску, мы убедимся, что жаба откажется от этой мухи, то, следовательно, наша гипотеза, согласно которой сходство мухи с пчелой спасает ее от хищников, подтверждается.
Но, быть может, пчелы здесь совсем ни при чем. Быть может, жабы просто не едят полосатых мух. Чтобы проверить это, придется использовать еще одну «неопытную» жабу. Если окажется, что жаба охотно пожирает мух в черную и желтую полоску, то значит, вы получили дополнительное подтверждение гипотезы о том, что преимущество полосатого наряда мухи объясняется его сходством с окраской пчелы.
Настоящий научный эксперимент должен непременно сопровождаться контрольным экспериментом, который отличался бы от основного эксперимента одним (и только одним) фактором. В рассматриваемом здесь случае необходимо, чтобы обе используемые жабы практически не отличались друг от друга, т.е.

принадлежали к одному виду, были одного пола, одного возраста и имели одинаковые размеры. Их следует содержать в одинаковых садках, при одинаковых условиях освещения, температуры, влажности и т. п. Единственное различие между ними должно состоять в том, что одна жаба до того, как ей предложат муху, уже имела возможность столкнуться с пчелой, а другой жабе такой случай не представился. Без контрольного эксперимента может возникнуть мысль, что жаба отказывается от полосатых мух по какой- то иной, не учтенной нами причине, например потому, что она не голодна, вы же делаете ошибочное заключение, что дело здесь в сходстве с пчелами. (Фактически вы можете провести еще один контрольный эксперимент, предложив первой жабе безобидную комнатную муху после того, как она откажется от полосатой мухи; это позволит проверить, действительно ли жаба сыта.)
Итак, вы провели хорошо поставленный научный эксперимент. Какие выводы вы можете сделать? Вернемся снова к гипотезе: «сходство мухи с пчелами защищает ее от хищников». Удалось ли вам доказать это? Нет; вы всего лишь показали, что одна жаба отказалась от полосатой мухи после того, как
она научилась отказываться от пчел, тогда как другая жаба, никогда не имевшая дела с пчелами, поедала полосатых мух.
Исследователи не принимают результаты эксперимента до тех пор, пока не убедятся в их воспроизводимости. Возможность многократного воспроизведения результатов позволяет избежать ошибок двух типов. Во-первых, при проведении эксперимента можно допустить случайную ошибку: например, перепутать жаб, перепутать мух с пчелами, записать результаты не в ту графу в журнале, напугать жабу, уронив ее или произведя сильный шум (даже в таком простом эксперименте возможности ошибок безграничны). Во-вторых, на ваши результаты может повлиять ошибка выборки. Вы использовали очень небольшую выборку-только двух жаб-и эти жабы почти наверное в каких-то отношениях не могут служить адекватными представителями популяции в целом. Достоверность результатов можно повысить, если многократно повторить эксперимент, используя большое число жаб и в точности воспроизводя те же условия. Сколько следует использовать жаб? Чем больше, тем лучше, но было бы непрактично (и утомительно) проводить эксперимент на всех жабах земного шара. На самом деле существуют статистические методы, позволяющие определить, насколько «надежны» результаты при данной величине выборки. Если некоторые жабы ведут себя не так, как вы ожидали, то можно, опять-таки с помощью статистических методов, установить, не отклоняются ли полученные результаты от ваших предсказаний настолько, что следует отказаться от принятой гипотезы.
Проделав все это, очень обидно осознать, что абсолютную верность гипотезы доказать невозможно, гипотезу можно лишь опровергнуть. В чем тут дело? Как показано на рис. 1.4, верная гипотеза порождает предсказания, которые окажутся правильными, но правильными могут оказаться и предсказания, сделанные на основе неверной гипотезы (рис. 1.5). Следовательно, справедливость предсказаний еще не доказывает истинность гипотезы, из которой эти предсказания вытекают. Так, возвращаясь к рассмотренному выше случаю, вы никогда не сможете «доказать», что черные и желтые полосы спа-



сают мух от хищников. Однако вы можете опровергнуть по крайней мере некоторые из тех гипотез, которые вы считаете альтернативными объяснениями сходства окраски мух с окраской пчел, показав, что вытекающие из них предсказания неправильны. Вы можете также подвергнуть проверке предсказание о том, что окраска мух отпугивает «знакомых с пчелами» хищников; для этого следует проделать дополнительные эксперименты, используя вместо жаб лягушек, птиц, ящериц и других хищников, питающихся насекомыми. Чем больше альтернативных гипотез вам удастся опровергнуть и чем большее число разных хищников откажется от полосатых мух после близкого знакомства с пчелами, тем убедительнее вы докажете правильность своей гипотезы.
Гипотеза, подтвержденная многочисленными и разнообразными данными, полученными в результате воспроизводимых экспериментов, обычно считается теорией и в конце концов рассматривается как научно установленный «факт». 

Ещепо теме Научный метод:

1. Методы профилактики развития резистентности паразитов к препаратам Биологические методы.
2. Научные исследования.
3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НАУЧНЫХ ВЫВОДОВ
4. Избранные научные статьи
5. Научные исследования - в дело!
6. Научная новизна.
7. 2-1. Научная революция
8. “Научный тотемизм”
9. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
10. Предисловие научного редактора
11. Начало научного пути
12. Результаты опытов других научных учреждений
13. Научный контроль над человеком
14. И? истории научных исследований эфира
15. Телепатия: от теорий к научным доказательствам
16. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ, ПРОЦЕССУАЛЬНЫЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ СУДЕБНОЙ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ
17.   Определение активности а-амилазы в сыворотке крови, моче, дуоденальном содержимом амилоклассическим методом со стойким крахмальным субстратом (метод Каравея).