کشف جهان زیست و بهداشت؛ نگرش علمی و علوم زیستی

آدمى اغلب کوشيده است پاسخ پرسش‌هاى خود را درباره‌ی خود و طبيعت پيرامون بيابد؛ اما به علت کمبود دانش، گاهى به خرافات، جادوگرى و حدس و گمان رو آورده است. بديهى است چنين پاسخ‌هايى که بر پايه‌هاى نادرستى استوارند، از اعتبار علمى برخوردار نيستند.

 اگر براى يافتن اين پاسخ‌ها از واقعيت‌ها و منطق استفاده کنيم، آنگاه به تفکر علمى نزديک شده‌ايم. در تفکر علمى بايد براى همه‌ی پاسخ‌هايى که ارائه مى‌دهيم، دليل کافى داشته باشيم. به شکل ۱ نگاه کنيد:

شکل ۱- خطایی بینایی

حالا با کمک خط‌کش تعيين کنيد چشم ما چه اشتباه‌هايى را در اين شکل‌ها انجام مى‌دهد.

محققان براى پاسخ‌هايى که مى‌دهند، دليل کافى مى‌آورند. آنان نسبت به بعضى چيزهايى که بسيارى از مردم آن‌ها را اثبات شده مى‌پندارند، شک مى‌کنند و مى‌کوشند پاسخى منطقى براى آن‌ها به دست آورند. ابزارهاى دقيق اندازه‌گيرى و ابزارهايى که به کمک حواس ما مى‌آيند، به آنان دراين راه کمک می‌کنند. مثلاً چشم آدمى نمى‌تواند اشياى بسيار ريز را ببيند. آدمى براى ديدن اين اشياى ريز از ذره‌بين، يا ميکروسکوپ استفاده مى‌کند.

روش علمي شما در سال‌های گذشته با فعاليت‌هايی مثل مشاهده، فرضيه‌سازی، طراحی و انجام آزمايش آشنا شديد و می‌دانيد پژوهشگران برای بررسی يک مسئله و يافتن پاسخ آن به روش علمی اين فعاليت‌ها را انجام می‌دهند.

روش علمی که مراحل اصلی آن در شکل ٢ نشان داده شده است، روشی منطقی، منظم و چارچوب کلی راهنمای پژوهشگران است. اين روش با مشاهده آغاز می‌شود؛ پژوهشگر پديده‌های اطراف خود را به دقت مشاهده و برای يافتن پاسخ پرسش‌هايی که برايش مطرح می‌شود پژوهش می‌کند. او برای يافتن پاسخ پرسش‌ها به منابع مختلف اطلاعاتی مثل کتاب‌ها و مقاله‌های علمی مراجعه و تا حد امکان اطلاعات موجود را جمع‌آوری می‌کند؛ او ممکن است مشاهده‌های بيشتر و يا آزمايش نيز انجام دهد. پژوهشگر با استفاده از اطلاعات به دست آمده، تجربه‌ها و ذهن خلاق خود، پاسخی احتمالی برای پرسش ارائه می‌کند. اين پاسخ فرضيه نام دارد.

شکل ۲- مراحل اصلی روش علمی

فرضيه حدس هوشمندانه و منطقی است که پژوهشگران برای توضيح علت يک پديده ارائه می‌کنند. ويژگی مهم فرضيه اين است که می‌توان آن را آزمود. زيرا فرضيه‌ يک پيش‌بينی را مطرح می‌کند که با طراحی و اجرای يک آزمايش می‌توان درستی يا نادرستی آن را آزمود. مثلاً پيش‌بينی فرضیه‌ی «ماده‌ی X فشارخون را کاهش می‌دهد» چنين است: اگر ماده‌ی X فشارخون را کاهش دهد، افرادی که آن را مصرف می‌کنند، علايم کاهش فشارخون را نشان می‌دهند.

برای آزمودن فرضيه، پژوهشگران آزمايش‌های دقيقی را طراحی و اجرا می‌کنند. مثلاً پژوهشگری می‌خواهد فرضیه‌ی مربوط به اثر ماده‌ی کاهنده‌ی فشارخون را آزمايش کند. او حداقل ٢٠ موش آزمايشگاهی را انتخاب می‌کند. موش‌ها بايد از هر نظر (وزن، جنس، سن و…) يکسان باشند، پژوهشگر موش‌ها را به دو گروه آزمايشی و گواه تقسيم و هر دو گروه را در شرايط يکسان (از نظر رژيم غذايی، محل نگهداری و دما) نگهداری می‌کند. تنها تفاوت اين است که پژوهشگر به گروه آزمايشی داروی کاهنده‌ی فشار خون و به گروه گواه همان مقدار مادهای بی‌اثر تزريق می‌کند. به اين ترتيب او می‌تواند آزمون فرضيه‌ را کنترل کند. در اين حالت هر تغييری را که در موش‌های گروه آزمايشی به وجود آيد، می‌توان به داروی به کاررفته نسبت داد. پژوهشگر نتايج آزمايش را ثبت می‌کند و با تجزيه و تحليل و تفسير يافته‌های خود، نتيجه می‌گيرد که آيا اطلاعات به دست آمده، فرضیه‌ی او را تأييد می‌کنند و يا نه.

اگر آزمايش فرضیه‌ی پژوهشگر را تأييد کند، باز هم پژوهشگر آن را تکرار می‌کند تا مطمئن شود نتايج به دست آمده اتفاقی نبوده‌اند. ماده‌ی X به عنوان دارو برای انسان تجويز شود بايد مراحل طولانی آزمايش و بررسی‌های متعدد را در شرايط مختلف طی کند.

اگر فرضيه با آزمايش‌های مختلف تأييد نشود، پژوهشگر فرضیه‌ی خود را بازبينی و اصلاح می‌کند و دوباره آن را می‌آزمايد.

 پژوهشگران نتايج کارهای خود را منتشر می‌کنند تا ديگران از آن آگاه و درستی نتايج و روش‌های به کار رفته را پژوهشگران ديگر بررسی و ارزيابی کنند. در اين صورت يافته‌های پژوهشگر اعتبار بيشتری پيدا می‌کنند.

فرضيه‌های تأييد شده به ايجاد و يا تکميل يک نظريه منتهی می‌شوند. يک نظریه‌ی علمی حاصل فرضيه‌هايی است که جامعه‌ی علمی آن‌ها را تأييد کرده است. زيرا شواهد به دست آمده از آزمايش‌ها مشاهده‌های متعدد که در طی سال‌ها انجام شده‌اند، از اين فرضيه‌ها پشتيبانی می‌کنند.

يکی از نظريه‌های زيست شناسی، نظریه‌ی سلولی است. اين نظريه حاصل کار دانشمندان در رشته‌های مختلف علوم زيستی است. نظریه‌ی سلولی بيان می‌کند: سلول کوچک‌ترين واحد سازنده‌ی پیکر همه‌ی جانداران است که واکنش‌های شيميايی اساسی در آن انجام می‌شوند و هر سلول از سلول‌های ديگر به وجود آمده است.

مثال‌هايى از کاربرد روش‌علمى: تاريخ علوم از جمله علوم زيستى، پر از مثال‌هايى درباره‌ی روش علمى‌توسط پژوهشگران و دانشمندان است. اين عقيده که «ماهى از گل‌ولاى جوى‌ها و آبگيرها توليد مى‌شود»، حاصل تفکرى است که به آن «خلق‌الساعه» يا پيدايش خود به خودى ماده‌ی زنده می‌گویند.

«خلق‌الساعه» حداقل از زمان ارسطو که در سال‌هاى ۳۸۴ تا ۳۲۲ پيش از ميلاد مى‌زيست، وجود داشت. دلايلى که ارسطو براى «خلق‌الساعه» نوشته است، قرن‌ها مورد توجه بود.

در قرن هفدهم، دانشمندى به نام وَن هلمونت که به نظریه‌ی خلق‌الساعه‌ی جانداران معتقد بود، اين فکر را مورد آزمايش قرار داد. او يک پيراهن کثيف را با چند دانه‌ی گندم در گوشه‌اى قرار داد. پس از ۲۱ روز تعدادى موش در اطراف آنها مشاهده کرد. او به اين نتيجه رسيدکه موشها خودبه‌خود از پيراهن کثيف و دانه‌هاى گندم پديد آمده‌اند.

 آزمايش و نتيجه‌گيرى ون هلمونت ممکن است امروزه بسيار ساده‌لوحانه به نظر آيد، اما نبايد فراموش کنيم که او انديشه‌اى علمى و ارزشمند داشت. کارهاى او مبناى کار دانشمندان ديگر قرارگرفت و پيشرفت‌هاى امروزى علوم و فناوری، مديون چنين کارهاى علمى‌اى است.

دانشمندان پس از ون هلمونت دو درس مهم از او گرفتند: نخست، پژوهشگر بايد سعى کند همه‌ی عواملى را که بر نتیجه‌ی آزمايش اثر مى‌گذارند کنترل کند و دوم، پژوهشگر بايد در نظر داشته باشد که عقايد او قبل از آزمايش، بر نتيجه‌گيرى او از آزمايش تأثير مى‌گذارند. پژوهشگران امروزى دائماً تصورات خود را درباره‌ی واقعيت‌ها مى‌آزمايند و اگر لازم بدانند در آن‌ها تجديد نظر مى‌کنند.

يکى از نقص‌هاى آزمايش ون هلمونت اين بود که او آزمايش خود را کنترل نکرد. کنترل نتيجه‌اى را که از فشارخون آزمايش گرفته مى‌شود، قابل اعتمادتر مى‌کند. همان‌طور که در مثال داروی کاهنده ديديد، آزمايش کنترل شده آزمايشى است که در آن دو آزمايش يکسان به طور همزمان انجام مى‌شوند و همه‌ی عواملى که بر اين آزمايش مؤثرند، به جز يکى از آنها (که قرار است اثر آن بر آزمايش مورد تحقيق همه قرار گيرد)، يکسان است. به نظر شما اگر ون هلمونت آزمايش ديگرى با قرار دادن پيراهن کثيف، دانه‌هاى گندم درون جعبه‌ا‌‌ى در بسته انجام مى‌داد، چه نتيجه‌اى مى‌گرفت؟

در قرن هفدهم دانشمندى به نام «فرانچسکو ردی» باروش علمى سعى کرد نظریه‌ی خلق‌الساعه را باطل کند: ردى پزشک و دانشمند ايتاليايى در سال‌هاى بين ۱۶۲۱ تا ۱۶۹۷ زندگى می‌کرد. او تصميم گرفت با روش علمى به اين پرسش پاسخ دهدکه آيا واقعاً ممکن است بدون وجود مگس‌هاى ديگر، مگسى‌ خودبه‌خود از گوشت فاسد به وجود آيد يا نه؟ او نخست مقدارى گوشت را در هواى آزاد گذاشت. چند روز بعد جانوران کرمى شکلى در گوشت گنديده پيدا شدند. اين جانوران چند روز بعد به پيله و سپس به مگس تبديل شدند. ردى متوجه شدکه از پيله‌هايى که شکل آن‌ها متفاوت بود، مگس‌هاى متفاوتى خارج مى‌شود.

 ردى، پس از آن، گوشت‌هاى جانوران مختلف را با اين روش آزمايش کرد. او اين بار پيله‌هاى مشابه را جدا کرد و هر گروه از آن‌ها را در ظرف جداگانه‌اى، روى گوشت پرورش داد و مشاهده کرد مگس‌هاى هر گروه، مشابه يکديگر، اما با گروه ديگر متفاوت‌اند.

 ردى مشاهده کرد که مگس‌ها ذرات بسيار کوچکى روى گوشت فاسد بر جاى مى‌گذارند. در این هنگام، فرضیه‌ی او چنین بود:

«نوزادان کرمى شکل از ذرات ريزى که مگس‌ها روى گوشت فاسد بر جاى مى‌گذارند، به‌ وجود مى‌آيند». ردى براى آزمودن اين فرضيه آزمايشى طراحى کرد: او مقدارى گوشت را به قطعاتى تقسيم کرد و آن‌ها را درون چند ظرف شيشه‌اى انداخت؛ روى بعضى ازاين ظرف‌ها را با پارچه‌اى پوشاند، اما برخى دهانه‌ی ديگر را باز گذاشت. چند روز بعد مشاهده کرد روى گوشتى که در ظرف‌هاى شيشه‌اى رو باز بود، نوزادان مگس ظاهر شده‌اند، در حالى که درون ظرف‌هاى در بسته، نوزاد و مگسى پيدا نمى‌شد. او از اين آزمايش نتيجه گرفت که «مگس خود به خود از گوشت گنديده به وجود نمى‌آيد، بلکه هر مگس حاصل تخمگذارى مگسى ديگر است».

ردى به اين نتيجه‌گيرى قانع نشد و آزمايش خود را به شکل‌هاى ديگرى، مثلاً پنهان کردن گوشت در زير خاک، تکرار کرد و سرانجام نتیجه‌ی نهايى آزمايش‌ها و تحقيقات خود را در سال ۱۶۶۸ در کتابى به نام «آزمايش‌هايى درباره‌ی پيدايش حشرات» منتشر کرد.

آزمایش ردی

علوم زيستي

علوم زيستي مجموعه‌ی علوم زيستي به شناخت علمى موجودات زنده و عوامل مؤثر بر آن‌ها می‌شوند. حاصل کارهاى علمى پژوهشگران علوم زيستى دانش مربوط به علوم زيستى را به وجود مى‌آورد. بنابراين، دانش علوم زيستى، يعنى مجموع آگاهى‌هايى که پژوهشگران علوم‌ زيستى با استفاده از روش علمى، در آزمايشگاه يا در محيط زيست طبيعى موجودات زنده به‌ دست آورده‌اند.

امروزه موضوع‌هاى علوم زيستى بسيار گسترده و متنوع شده است. جانداران بسيارى را مى‌شناسيم و موضوع‌هاى بسيارى درباره‌ی هر کدام از آن‌ها مى‌دانيم. علوم زيستى شاخه‌هاى مختلف دارد. اين شاخه‌ها را مى‌توان در دو گروه جاى داد: علوم زيستى پايه‌اى و علوم زيستى کاربردى.

پژوهش‌هاى علوم زيستى پايه‌اى به منظور شناخت قوانين حاکم بر پديده‌هاى زيستى صورت می‌گیرد. مثلاً تحقیق درباره‌ی چگونگى به ارث رسيدن صفات از والدين به فرزندان، بدون درنظر گرفتن کاربردهاى آن در زندگى تحقيقى پايه‌اى است.

پژوهش‌هاى علوم‌‌زيستى کاربردى به منظور استفاده‌ی انسان از پديده‌هاى زيستى، براى زندگى بهتر صورت مى‌گيرد. مثلاً چگونگى استفاده از قوانين وراثت، براى به دست آوردن گياهان يا جانورانى چگونگى استفاده از قوانين وراثت، براى به دست آوردن گياهان يا جانورانى در حوزه‌ی علوم‌زيستى کاربردى جاى دارد. پژوهشگران علوم‌زيستى هنگام کار در زمینه‌ی علوم‌زيستى کاربردى از پژوهش‌هاى پايه‌اى استفاده مى‌کنند.

محققان انتظار ندارند پاسخ‌هاى همه‌ی محققان انتظار ندارند پاسخ‌هاى پرسش‌هاى خود را با روش علمى به دست آورند. آنان مى‌دانند روش علمى فقط براى موضوع‌هايى کاربرد دارد که بتوان آن‌ها را در آزمايشگاه يا در طبيعت مشاهده، اندازه‌گيرى يا آزمايش کرد.

 پژوهشگران علوم زيستى در سال‌هاى اخير موفقيت‌هاى فراوانى کسب کرده‌اند؛ اما با اين حال آنان هنوز هم پاسخ بسيارى از پديده‌هاى زيستى را به طور دقيق نمى‌دانند. بى‌گمان وظیفه‌ی يافتن بعضى پاسخ‌ها بر عهده‌ی دانش‌آموزان امروزى است؛ نوجوانانى که در آينده‌اى نه چندان دور پژوهشگران علوم‌زيستى خواهند بود. آيا فکر مى‌کنيد در آينده، به همه‌ی پرسش‌هاى علمى انسان پاسخ داده خواهد شد؟

علوم زيستى با علوم ديگر ارتباط‌هاى فراوان دارد. پژوهشگران علوم زيستى هنگام تحقيق درباره‌ی جانداران از موضوع‌هاى مختلف بهره مى‌برند. شيمى و فيزيک از علومى هستند که بيشترين کاربرد را در علوم زيستى دارند.

پرسش و تحقیق

1- نظریه‌ی پيدايش خود به خودى ماده‌ی زنده از ماده‌ی غیرزنده پيدايش خود به خودى نرفت و تا زمان پاستور، يعنى تا قرن نوزدهم طرفدارانى داشت. لويى‌پاستور اين نظريه‌ را با آزمايش‌هاى خود به طور قطعى باطل کرد. درباره‌ی اين آزمايش‌ها تحقيق کنيد و به کلاس گزارش دهيد.

۲- آيا مى‌توان پاسخ همه‌ی پرسش‌هاى آدمى را با استفاده از روش علمى به دست آورد؟ چرا؟

۳- عده‌اى عقيده دارند اگر براى گاوهاى شيرده موسيقى پخش کنند، بيشتر شير مى‌دهند. اين فرضيه را چگونه آزمايش مى‌کنيد؟

۴- هنگامى که آزمايش انجام مى‌دهيم، بايد همه‌ی متغيرها، به جز يکى از آن‌ها که مورد آزمايش است، ثابت و بدون تغيير باشند. اين کار چه لزومى دارد؟