Ana içerik

Konu: Biyoloji Kütüphanesi > Ünite 1

Ders 2: Biyoloji Bilimi

Kontrollü Deneyler

Bilim insanları hipotezleri test etmek için nasıl deneyler yürütür ve nasıl gözlemler yapar?

Giriş

Biyologlar ve diğer bilim insanları doğal dünya hakkında sorular sormak için bilimsel yöntemden faydalanırlar. Bilimsel yöntem, bir gözlemle başlar ve bilim insanları buna bağlı bir soru sorabilirler. Daha sonra bir hipotez yani soruyla ilgili test edilebilen bir açıklama üretilir.

Bir hipotezin muhakkak doğru olması gerekmez. Aksine, hipotez "en iyi tahmin"dir ve bilim insanının, bu hipotezin doğruluğunu test etmesi gerekir. Bilim insanları, hipotezleri, tahminler yürüterek test ederler: Eğer

X

hipotezi doğruysa

Y

de doğru olmalıdır. Bilim insanları daha sonra deney veya gözlem yoluyla tahminlerin doğruluğunu kontrol ederler. Tahminler doğruysa hipotez destekleniyor demektir. Doğru değilse yeni bir hipotez üretmenin zamanı gelmiş olabilir.

Hipotezler nasıl test edilir?

Bilim insanları hipotezlerini mümkün olduğu durumlarda kontrollü deneylerle test ederler. Kontrollü deney, kontrollü koşullar altında yürütülen bilimsel testlerdir. Yani, bir seferde yalnızca bir (veya birkaç) faktörün değiştirildiği, diğer tümünün sabit tutulduğu koşullar söz konusudur. Sonraki bölümde kontrollü deneyleri daha yakından inceleyeceğiz.

Bazı durumlarda kontrollü deneyle bir hipotezi test etmenin pratik veya etik sebeplerle iyi bir yolu bulunmaz. Bu durumda bilim insanları hipotezi, hipotezin doğru olduğu durumda doğada görülmesi gereken durumlar hakkında tahmin yaparak kontrol edebilirler. Daha sonra durumun gerçekten var olup olmadığını görmek için veri toplayabilirler.

Kontrollü deneyler

Bir kontrollü deneyin temel içerikleri nelerdir? Örnek olarak basit (hatta saçma) bir örnek üzerinden gidelim.

Mutfağımın cam kenarında fasulye bitkisi yetiştirmeye karar verdiğimi düşünün. Fasulye tohumlarını içinde toprak bulunan bir kaba koyuyorum, daha sonra da pervaza yerleştiriyorum ve filizlenmeleri için bekliyorum. Ancak haftalar geçse de filizlendiklerini göremiyorum. Neden? Şey... Tohumları sulamayı unutmuşum belli ki. Bu durumda, tohumların su olmadığı için filizlenmediği hakkında bir hipotez geliştiriyorum.

Hipotezimi test etmek için kontrollü bir deney yürütüyorum. Bu deneyde birbirinin aynısı olan iki saksı kullanıyorum. İkisinde de aynı tür toprağa ekilmiş on adet fasulye tohumu bulunuyor ve ikisi de aynı pencerenin önüne konuyor. Aslında iki saksı üzerinde farklı uyguladığım tek bir şey var:

Bir saksı her öğleden sonra sulanıyor.
Diğer saksı ise hiç sulanmıyor.

Bir hafta sonra sulanan saksıdki on tohumdan dokuzu filizleniyor, kuru saksıdaki tohumların ise hiç biri filizlenmiyor. Yani "tohumların suya ihtiyacı var" hipotezi doğru gibi görünüyor!

Bu basit örneğin, kontrollü deneyin aşamalarına nasıl örnek oluşturduğunu görelim.

Kontrol ve deney grupları

Deneylerde, iki grup vardır ve biri işlem görürken (sulanma), diğerinin görmemesi haricinde birbirine benzerler. Bir deneyde işlem gören gruba (bu örnekte sulanan saksı) deney grubu, işlem görmeyen gruba (bu örnekte kuru saksı) kontrol grubu denir. Kontrol grubu, uygulanan işlemin etkisi olup olmadığını görmemizi sağlayan bir referanstır.

Her zaman değil. Kontrollü deneylerde, referans olması açısından kontrol grubuna genellikle ihtiyaç duyulur. Ancak birbirinden biraz farklı işlem gören birden fazla deney grubu olabilir.

Örneğin, hiç sulanmayan bir fasulye tohumundan oluşan kontrol grubuna ek olarak üç deney grubumuz olabilir: her gün sulanan bir grup, iki günde bir sulanan bir grup ve haftada bir kere sulanan bir grup.

Bağımsız ve bağımlı değişkenler

Kontrol ve deney grupları arasındaki farkı yaratan faktör (bu örnekte su miktarı) bağımsız değişken olarak adlandırılır. Bu değişken bağımsızdır çünkü deneyde gerçekleşenlere bağlı değildir. Aksine, deneyi yürüten kişinin uyguladığı veya kendisinin seçtiği bir şeydir.

Bağımsız değişkenler

Tek bir bağımsız değişken olduğunda (bir seferde, tek bir faktörün değiştirilmesi) deneysel sonuçları yorumlamak ve analiz etmek çok daha kolaydır. Genel kural olarak, özellikle biyolojiye yeni başlıyorsanız, her bir deney için yalnızca tek bir bağımsız değişken kullanmalısınız.

Laboratuvar deneyimi edinip istatistikle uğraştıkça tek seferde iki bağımsız değişkenle deney yapmayı düşünebilirsiniz. Örneğin, fasulye tohumlarının filizlenmesinde su ve ışık düzeylerinin, birlikte nasıl bir etkiye sahip olduklarını gözlemlemek isteyebilirsiniz. İki bağımsız değişkeni olan ve iyi tasarlanmış bir deney sayesinde, değişkenlerin etkileşim hâlinde olup olmadığını (birbirlerinin etkilerini değiştirip değiştirmediklerini) gözlemleyebilirsiniz. Ancak birden fazla bağımsız değişkeni olan deneylerde belirli tasarım kuralları izlenmeli ve iki değişkenin etkisini azaltmak için sonuçlar özel istatistiksel test sınıfları kullanarak analiz edilmelidir.

Bağımlı değişkenler

Birden fazla bağımlı değişkenle çalışmak gayet basittir. Bağımlı değişken eklemek için deneydeki her bir grup için ölçeceğiniz farklı bir sonuç seçersiniz. Örneğin, her saksıdaki filizlenmiş fasulye tohumlarının oranına ek olarak filizlerin boylarını da ölçebiliriz. Bu durumda hem filizlenen tohumların oranı hem de filizlerin boyları bağımlı değişken olacaktır.

Buna karşın deneydeki bağımlı değişken, uygulanan işlemin etkisi olup olmadığını görmek için ölçülen tepkidir. Bu durumda, filizlenen fasulye tohumlarının oranı bağımlı değişken olur. Bağımlı değişken (filizlenen tohumların oranı), bağımsız değişkene (su miktarı) bağlıdır, bağımsız değişken bağımlıya değil.

Deneysel veriler (tekil:veri) deney süresince yapılan gözlemlerdir. Bu durumda topladığımız veri, bir hafta sonunda her bir saksıda görülen fasulye filizi sayısıdır.

Değişkenlik ve tekrarlama

Sulanan on fasulye tohumundan yalnızca dokuzu filizlendi. Onuncu tohuma ne oldu? Bu tohum cansız, sağlıksız veya filizlenmekte gecikmiş olabilir. Özellikle (karmaşık, canlı şeyleri inceleyen) biyolojide, deneyi yürütenin göremeyeceği, deney için kullanılan materyallerde (bu örnekte fasulye tohumları) varyasyon söz konusu olabilir.

Varyasyon potansiyeli, biyoloji deneylerinde büyük numuneler kullanılması ve deneyin ideal olarak birçok kez tekrarlanmasını gerektirir. Numune boyutu bir deneyde test edilen ayrı maddelerin sayısını belirtir (bu örnekte her grup için

10

fasulye tohumu kullanıldı). Daha fazla numuneyle çalışmak ve deneyi tekrarlamak, rastgele varyasyon sebebiyle yanlış sonuca ulaşma ihtimalimizi azaltır.

Biyolog ve diğer bilim insanları gerçek farklılıkları, rastgele varyasyondan kaynaklanan farklılıklardan (örneğin deney ve kontrol gruplarını karşılaştırırken) ayırmak için aynı zamanda istatistiki testlerden de faydalanırlar.

Kontrollü deney vaka çalışması: ${CO}_{2}$ ‍ ve mercan kayalıklarının beyazlaması

Kontrollü deneyin daha gerçekçi bir örneğini vermek adına mercan kayalarının beyazlaması hakkında yeni bir çalışmayı inceleyelim. Normalde mercan kayalıklarının bünyesinde küçük fotosentetik organizmalar bulunur ve bu organizmalar, mercanları terk ettiğinde genelde çevresel strese bağlı olarak beyazlama gerçekleşir. Aşağıdaki fotoğrafta önde beyazlamış bir mercan kayalığı, arkada ise sağlıklı bir mercan kayalığı gösteriliyor.

Beyazlama ile ilgili yapılan birçok araştırma su sıcaklığına odaklanmıştır

^{1}

. Ancak Avustralyalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, diğer faktörlerin de önemli olabileceği hipotezini öne sürdü. Ekip özellikle okyanus sularını daha asitli yapan yüksek

{CO}_{2}

düzeylerinin de beyazlamayı arttıracağı hipotezini test ettiler

^{2}

Bu hipotezi test etmek için siz hangi deneyi yapardınız? Şu soruları cevaplamaya çalışın:

Kontrol ve deney gruplarınız ne olurdu?
Bağımsız ve bağımlı değişkenleriniz ne olurdu?
Her bir grupla ilgili hangi sonuçları tahmin edebilirsiniz?

Denediniz mi?

Deney tasarımı

Avustralyalı ekip, Büyük Set Resifi'nde yaşayan belirli mercan türlerinden (Acropora intermedia) oluşan örnekler topladı. Daha sonra örnekleri üç gruba ayırıp her bir grubu farklı

pH

(asidite seviyesi) değeri olan sulara koydular. Araştırmacılar, sekiz hafta sonra örnekleri kontrol ederek ne oranda beyazladıklarını incelediler.

Bazı mercanlar fazla asidik olmayan, normal deniz suyu içeren tanklara ( $pH$ ‍ değeri $8, 2$ ‍ civarında) yetiştirildiler. Bu tanklardaki mercanlar kontrol grubu olarak kullanıldı.
Diğer mercanlar, ${CO}_{2}$ ‍ eklenmesi sebebiyle daha asidik olan deniz suyu içeren tanklara yerleştirildiler. Bu tanklardan biri, orta asidite seviyesine ( $pH$ ‍ değeri $7, 9$ ‍ civarı) sahipken, diğeri yüksek asidite seviyesine ( $pH$ ‍ değeri $7, 65$ ‍ civarı) sahipti. Hem orta hem yüksek asidite seviyesine sahip gruplar deney gruplarıydı.
Bu deneyde bağımsız değişken deniz suyunun ( $pH$ ‍) asiditesidir. Bağımlı değişken ise, mercanların beyazlama oranıdır.
Araştırmacılar çok sayıda numune kullandı ve deneyi tekrarladılar. Her bir tankta $5$ ‍ mercan örneği, her bir grup içinde de (kontrol, orta asitli ve yüksek asitli) birbirinin aynısı $5$ ‍ tank kullanıldı.
Su asiditesinin mercan kayalarını beyazlaması üzerindeki etkilerini test edecek deney.
Kontrol grubu: Mercan numuneleri, içinde normal deniz suyu (pH: 8,2) bulunan bir tanka koyuluyor.
Deney grubu 1: Mercan numuneleri, asiditesi biraz daha yüksek (pH: 7,9) deniz suyu içeren bir tanka koyuluyor.
Deney grubu 1: Mercan numuneleri, asiditesi çok daha yüksek (pH: 7,65) deniz suyu içeren bir tanka koyuluyor.
Deniz suyunun asiditesi, bağımsız değişkendir.
Her bir tank, 8 hafta boyunca olduğu gibi bırakılıyor.
Kontrol grubu: Mercanlarda ortalama olarak %10'luk bir beyazlama oranı görülüyor.
Deney grubu 1 (orta asidite): Mercanlarda ortalama olarak %20'lik bir beyazlama oranı görülüyor.
Deney grubu 2 (yüksek asidite): Mercanlarda ortalama olarak %40'lık bir beyazlama oranı görülüyor.
Mercanlardaki beyazlama oranı bağımlı değişkendir.
Not: Bu tankların hiç biri mutlak ölçekte "asidik" değildi. Yani, $pH$ ‍ değerlerinin hepsi nötr kabul edilen $7, 0$ ‍ $pH$ ‍ derecesinin üstündeydi. Ancak mercanlar için asidik olan iki deney tankı grubu, mercanların doğal habitatlarında sahip oldukları deniz suyunun pH değerinden daha düşük bir pH değerine sahiptiler.

Sonuçların analizi

Elde ettikleri sonuçları analiz eden araştırmacılar, orta asiditeye sahip sudaki mercanların renklerinin ortalama

'sini, yüksek asiditeye sahip sudakilerin ise renklerinin ortalama

'ını kaybettiklerini tespit etti. Buna karşın kontrol numuneleri renklerinin yalnızca

'undan biraz fazlasını kaybettiler.

Bu örnek, bir kontrol grubu kullanılmasının neden önemli olduğunu gösteriyor: kontrol grubu sayesinde araştırmacılar tanklarda bulunan mercanların, normal sudaki beyazlamalarının düşük olduğunu, fakat asiditesi yüksek sulardaki beyazlamalarının ise daha yüksek olduğunu bilebildiler. Araştırmacılar istatistik testleri kullanarak asit düzeyinin beyazlama üzerinde önemli bir etkisi olduğunu tespit ettiler (yani, deney tanklarında daha yüksek oranda görülen beyazlamanın, rastgele varyasyonla açıklanması mümkün değildi).

Deneye dayalı olmayan hipotez testleri

Bazı hipotez türleri, etik veya pratik sebeplerden ötürü kontrollü deneyler aracılığı ile test edilemez. Örneğin, viral enfeksiyonlar hakkındaki bir hipotez, sağlıklı insanları iki gruba ayırıp bir grubu virüsle enfekte ederek test edilemez: sağlıklı insanların enfekte edilmesi, güvenli veya etik olmayacaktır. Benzer şekilde, yağış etkilerini inceleyen bir çevrebilimci kıtanın bir kısmında yağmur yağdıramayacağı gibi diğer kısmının da kuru kalmasını sağlayamaz.

Bu gibi durumlarda biyologlar, hipotezi test etmek için deney harici yöntemlere başvurabilirler. Deneye dayalı olmayan bir hipotez testinde araştırmacı, hipotezin doğru olduğu durumlarda doğada görülmesi gereken gözlem veya durumları tahmin eder. Daha sonra veri toplar, analiz eder ve bahsi geçen durumların gerçekten olup olmadığını inceler.

Vaka çalışması: Mercanların beyazlaması ve sıcaklık

Hipotezlerin, gözlemler aracılığı ile test edilmesine dair güzel bir örnek olarak, mercanların beyazlaması üzerine yapılmış ilk çalışmaları verebiliriz. Yukarıda da bahsedildiği gibi beyazlama, mercanların bünyelerinde yaşayan fotosentetik mikroorganizmaların kaybolması sebebiyle gerçekleşir ve mercanlar beyaz rengini alırlar. Araştırmacılar yüksek su sıcaklığının beyazlamaya sebep olabileceğinden şüphelenmiş ve bu hipotezi küçük ölçekli bir deneyle test etmişlerdir (tanklarda birbirinden ayrı tutulan mercan numunelerini kullanarak)

^{3, 4}

Ancak çevrebilimcilerin en çok bilmek istediği şey, su sıcaklığının doğal ortamında bulunan birçok farklı mercan üzerinde beyazlama etkisi yaratıp yaratmadığıydı. Daha geniş kapsamlı olan bu soru, deneysel olarak cevaplanamıyordu çünkü tüm mercan kayalıklarını çevreleyen su sıcaklığını yapay olarak değiştirmek etik (hatta mümkün) değildir.

Bunun yerine, doğal beyazlama olaylarının su sıcaklığındaki artışlara bağlı olarak gerçekleştiği hipotezini test etmek için bir grup araştırmacı, gerçek zamanlı su sıcaklığı verilerine bağlı olarak beyazlama olaylarını tahmin eden bir bilgisayar programı yazdılar. Örneğin, bu program belirli bir mercan kayalığı için kayalığın bulunduğu alandaki su sıcaklığı, aylık ortalama değerini maksimum

1

^{\circ} C

oranında veya

^{1}

'den fazla geçerse beyazlamayı tahmin edebiliyor.

Bilgisayar programı birçok beyazlama olayını, 1998'de

^{1}

Büyük Set Resifi'ndeki olay da dahil, raporlanmadan haftalar hatta aylar önce tahmin etmeyi başardı. Sıcaklığı baz alan bir modelin beyazlama olaylarını tahmin etmesi, yüksek su sıcaklığının doğal olarak oluşan mercan kayalıklarında beyazlamaya sebep olduğu yönündeki hipotezi doğruladı.

Açıklama:

Bu makalenin uyarlandığı kaynak: "The science of biology," OpenStax College, Biology (CC BY 4,0). Orijinal makaleyi ücretsiz olarak bu adresten indirebilirsiniz: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10,4.

Uyarlanmış makale CC-BY-NC-SA 4.0 lisansıyla lisanslanmıştır.

Alıntı yapılan çalışmalar:

Hoegh-Guldberg, O. (1999). Climate change, coral bleaching, and the future of the world's coral reefs. Mar. Freshwater Res., 50, 839-866. Alıntı yapılan adres: www.reef.edu.au/climate/Hoegh-Guldberg%201999.pdf.
Anthony, K. R. N., Kline, D. I., Diaz-Pulido, G., Dove, S. ve Hoegh-Guldberg, O. (2008). Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders. PNAS, 105(45), 17442-17446. http://dx.doi.org/10,1073/pnas.0804478105.
University of California Museum of Paleontology. (2016). Misconceptions about science. Understanding science. Alıntı yapılan adres: http://undsci.berkeley.edu/teaching/misconceptions.php.
Hoegh-Guldberg, O. ve Smith, G. J. (1989). The effect of sudden changes in temperature, light and salinity on the density and export of zooxanthellae from the reef corals Stylophora pistillata (Esper, 1797) ve Seriatopora hystrix (Dana, 1846). J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 129, 279-303. Alıntı yapılan adres: http://www.reef.edu.au/ohg/res-pic/HG%20papers/HG%20and%20Smith%201989%20BLEACH.pdf.

Ek referanslar:

Coral bleaching. (28 Şubat 2016). Alıntı yapılan tarih ve adres: 6 Mart 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coral_bleaching.

Hassler, M. (18 Şubat 2014). The difference between independent and dependent variables. [Web log kaydı] Udemy blog. Alıntı yapılan adres: https://blog.udemy.com/difference-between-independent-and-dependent-variables/.

Independent variable. (2004). LabWrite. Alıntı yapılan adres: https://www.ncsu.edu/labwrite/po/independentvar.htm.

Multiple independent variables. (29 Aralık 2012). Psychology research methods: Core skills and concepts. Alıntı yapılan adres: http://2012books.lardbucket.org/books/psychology-research-methods-core-skills-and-concepts/s12-02-multiple-independent-variables.html.

National Center for Education Statistics. (n.d.). What are independent and dependent variables? Graphing tutorial. https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp adresinden alınmıştır.

National Ocean Service. (2015, October 8). What is coral bleaching? Ocean facts. Alıntı yapılan adres: http://oceanservice.noaa.gov/facts/coral_bleach.html.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H. ve Heller, H.C. (2003). Biology is a science. Life: The science of biology (7. baskı, sayfa 10-13). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B. ve Singer, S. R. (2014). Science practice 3: Questioning scientifically. Biology (10. baskı, sayfa 9). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. ve Jackson, R. B. (2011). In studying nature, scientists make observations and form and test hypotheses. Campbell biology (10. baskı, sayfa 16-21). San Francisco, CA: Pearson.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap

Sıralama ölçütü:

frknyzc08
5 yıl önce önce paylaşıldı. frknyzc08 kullanıcısının ''Acaba mercanların beyazla'...' gönderisini görmek için direkt link
Acaba mercanların beyazlama sebebini suyun ısınmasına bağlı olarak artan karbondioksit miktarı olabilir mi?Öyleyse suyun ısınmasına sebep olan şey aslında mercanların beyazlamasına sebebp olan şey olmaz mı?
Bu düğme kayıt sayfasına yönlendirirBu düğme kayıt sayfasına yönlendirir
(10 oy)
Cevap
- Barış Erdem
  bir yıl önce önce paylaşıldı. Barış Erdem kullanıcısının ''Aslında dediğin şey daha '...' gönderisini görmek için direkt link
  Aslında dediğin şey daha geniş bir perpektif'den konuyu ele almış ve gayet faydalı fakat bunun için bu spesifik konudan çıkmak ve bağımsız değişken miktarını arttırmak gerekir.
  Bu düğme kayıt sayfasına yönlendirir
  (1 oy)
Mr.Science
10 ay önce önce paylaşıldı. Mr.Science kullanıcısının ''Öncelikle bilimsel yöntem'...' gönderisini görmek için direkt link
Öncelikle bilimsel yöntemi bu şekilde güzel örnekler aracılığı ile okuldan asla alınamayacak bilgileri bizlere ulaştırdığınız için minnettarım Ancak makalelerin bazı kısımları ya yanlış yazımdan ya da hatalı cümle yapısından anlaşılamıyor bunu bildirmek istedim iyi günler.
Bu düğme kayıt sayfasına yönlendirirBu düğme kayıt sayfasına yönlendirir
(1 oy)
Cevap

İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.

Biyoloji Kütüphanesi