Untitled Flashcards Set

1. Biologia on luonnontiede

Mitä sanat biologia ja tiede tuovat mieleesi?

Luvun tavoitteena on

• ymmärtää, mikä on biologialle tieteenalana ominaista

• oppia, kuinka tieteellistä tietoa tuotetaan

• oppia arvioimaan tiedon luotettavuutta ja merkitystä

BiologiaElollista luontoa ja elämää tutkiva tiede., fysiikka ja kemia ovat luonnontieteellisiä oppiaineita. Luonnontieteitä opiskellaan, jotta voidaan ymmärtää paremmin luontoa ja sen toimintaperiaatteita.

1.2 Biotieteisiin kuuluu useita toisiinsa liittyviä aloja, jotka hyödyntävät monipuolisia menetelmiä. Tutkimuskohteina ovat kaikki biologian tasot aina solujen molekyyleistä ekosysteemien muodostamiin kokonaisuuksiin.

Luonnontieteet

Luonnontieteiden tutkimuskohteena on luonto kaikkine ilmiöineen, mutta eri luonnontieteet tutkivat luontoa hieman eri näkökulmista. Fysiikassa etsitään vastauksia siihen, kuinka aine ja energia ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja minkälaisia lainalaisuuksia näissä vuorovaikutuksissa on. Kemiassa taas tutkitaan aineen rakennetta ja ominaisuuksia sekä aineiden välisiä reaktioita. Biologia puolestaan keskittyy tutkimaan elävää luontoa eli kaikkien eliöidenYhdestä tai useammasta elävästä solusta muodostuva elävä yksilö, joka kykenee reagoimaan ärsykkeisiin, lisääntymään, kasvamaan ja ylläpitämään vakaata sisäistä tilaa. toimintaa, rakennetta, ominaisuuksia ja vuorovaikutusta.

Eliöt ovat muodostuneet samoista aineista ja ne noudattavat samoja fysikaalisia lainalaisuuksia kuin elottomatkin asiat. Biologiset ilmiöt ovat siten pohjimmiltaan riippuvaisia fysiikasta ja kemiasta, ja fysiikan ja kemian opiskelu auttaa ymmärtämään myös monia biologian alaan kuuluvia asioita. Jotta ymmärtäisi esimerkiksi ihmisen kehon elintoimintoja, vaaditaan tietämystä muun muassa energian luonteesta, aineiden pitoisuuserojen merkityksestä sekä katalyyttien toiminnasta. Biologian kehitys tieteenä onkin kytköksissä fysiikan ja kemian alojen kehitykseen, ja monet biologiassa käytettävät tutkimusmenetelmät soveltavat näiden alojen tietoa. Esimerkiksi biologeille tärkeää tutkimusvälinettä, mikroskooppia, ei olisi voitu keksiä ilman tietoa fysiikassa tutkittavan valon ominaisuuksista.

Biologia tieteenä

Elämää ilmiönä ja varsinkin kasvi- ja eläinkunnan moninaisuutta pohdittiin jo antiikin aikana. Termi biologia on johdettu muinaiskreikan sanoista bios eli elämä ja logos eli oppi. Tieteenä biologia alkoi varsinaisesti kehittyä 1500-luvulla, jolloin saatiin tietoa ihmiskehon rakenteesta ruumiinavausten avulla. Ensimmäinen mikroskooppi kehitettiin 1600-luvulla ja sen avulla saatiin selville, että kaikki eliöt koostuvat pienistä soluistaEliöiden pienin rakenteellinen ja toiminnallinen yksikkö. Yksinkertaisimmillaan eliö koostuu vain yhdestä solusta.. Mikroskooppi mahdollisti ihmiskehon tarkemman tutkimisen, ja sen avulla alettiin tutkia laajemmin myös kasvien ja eläinten solurakenteita.

Ensimmäiset eliölajien samankaltaisuuksiin perustuvat luokittelut tehtiin 1700-luvulla. Tällöin alettiin pohtia laajemmin myös eliöiden alkuperää koskevia olettamuksia. Tämä johti lopulta 1800-luvun puolivälissä ensimmäisen loogisen ja varsin kattaviin todisteisiin pohjaavan evoluutioteorianCharles Darwinin vuonna 1859 esittämä teoria siitä, miten eliöiden ominaisuudet välittyvät jälkipolville ja miten uusia ominaisuuksia syntyy; teorian mukaan kaikki eliöt ovat polveutuneet samasta kantamuodosta ja ovat sukua toisilleen. muovautumiseen, jota sittemmin on täydennetty. Mikroskooppien tarkkuuden kehittyessä mahdollistui myös solurakenteiden ja niissä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden tarkempi tutkiminen. 1900-luvulta lähtien biologinen tutkimus onkin edennyt suurin harppauksin, ja erityisesti käsitys solujen ja geenien toiminnasta on muovannut käsitystä eliöistä. Tieteenä biologia käsittää nykyisin lukuisia toisiinsa tiiviisti kytkeytyviä tieteenaloja, joista käytetään yhteisnimitystä biotieteetElävää luontoa ja sen ilmiöitä tutkivat tieteenalat.. 

Biotieteiden avulla on mahdollista löytää ratkaisu moneen yhteiskunnallisesti merkittävään haasteeseen. Esimerkiksi yksilöllisen genomitiedon avulla on mahdollista kartoittaa sairausriskejä ja ehkäistä sairauksia ennen niiden puhkeamista. Myös kansainvälisessä taloudessa tarvitaan yhä enemmän ekologisen tutkimuksen tuottamaa tietoa, jotta rajallisten luonnonvarojen käyttöä pystyttäisiin ohjaamaan. Geenimuokkauksella voidaan puolestaan tuoda viljelykasveihin ominaisuuksia, joiden avulla ne kestävät paremmin ilmastonmuutoksen aiheuttamia ääriolosuhteita. Tietoa on lisäksi osattava käyttää päätösten tukena.

1.3 Suomessa tehdään korkeatasoista soveltavaa biologista tutkimusta.

Biologinen tutkimus

Luonnontieteellistä tutkimusta on kahdenlaista: perustutkimusta ja soveltavaa tutkimusta. Perustutkimuksessa ei ole välittömiä käytännön päämääriä, vaan tarkoitus on tutkia kaikkea, mitä ei vielä tiedetä. Biologista perustutkimusta ovat esimerkiksi solujen rakenteen ja toiminnan tutkimus, eliöiden genomien selvittäminen ja eliöyhteisöjen toiminnan tutkimus. Soveltavassa tutkimuksessa taas pyritään löytämään ratkaisu johonkin käytännön ongelmaan. Tällainen voi olla vaikkapa hoidon kehittäminen tartuntatautiin. Suuri osa uusista innovaatioista syntyy kuitenkin perustutkimuksen kautta: kun tutkitaan tuntematonta, on tuloksia vaikea ennustaa ja paljastuu usein asioita, joiden olemassaoloa ei ole edes ajateltu. Biologian merkittävistä keksinnöistä esimerkiksi antibiootit juontavat juurensa onnekkaaseen sattumaan.

Suomessa tehdään maailman mittakaavalla korkeatasoista biotieteellistä tutkimusta, ja alalla on lukuisia tutkimusta soveltavia yrityksiä. Suomen korkeakouluissa voi myös opiskella yli 20 biotieteiden alaa. Biologit työskentelevät hyvin erilaisissa työtehtävissä, kuten tutkimus- ja tuotekehitystyössä, ympäristönsuojelussa, viranomaisvalvonnassa, lainsäädännössä ja opetusalalla.

Kokeellinen tiedonhankinta

Kaikille luonnontieteille on yhteistä kokeellinen tiedonhankinta. Luonnontieteellinen tieto perustuukin havaintoihin ympäröivän maailman toiminnasta. Tehdyt havainnot puolestaan herättävät kysymyksiä siitä, mistä tutkittavassa ilmiössä oikein on kysymys. Havaintojen ja olemassa olevan tiedon perusteella muotoillaan olettamus eli hypoteesiOlettamus, joka mahdollisesti selittää aikaisemmin havaittuja ilmiöitä ja joka muodostaa perustan jatkotutkimuksille. siitä, mikä kyseisen ilmiön taustalla on. Hypoteesin perusteella voidaan rakentaa koeasetelma, jonka avulla pyritään saamaan vastaus kysymykseen.

1.4 Kokeellinen tiedonhankinta etenee vaiheittain.

Koeasetelma tulee rakentaa siten, että vain tutkittava asia muuttuu ja muut olosuhteet pysyvät muuttumattomina eli vakiona. Näin saadaan mahdollisimman luotettavasti selville asian taustalla vaikuttavat syy-seuraussuhteet. Saadut tulokset tulee tulkita huolellisesti ja kokeen tulee olla toistettavissa, jotta voidaan varmistua siitä, etteivät tulokset olleet puhdasta sattumaa. Toisinaan tulokset ovat kuitenkin vaikeasti tulkittavia. Koeasetelmaa laadittaessa voi myös käydä kömmähdyksiä, jotka selittävät epämääräiset tulokset. Tulokset eivät myöskään aina vastaa tehtyä olettamusta. Oli huolellisesti tulkittu tulos mikä hyvänsä, se joka tapauksessa kertoo jotain tutkitun ilmiön taustalla vaikuttavista seikoista. Usein tutkimukset herättävät myös lisää kysymyksiä, joiden pohjalta voidaan laatia uusia koeasetelmia. Kun tutkittavan ilmiön taustalle on kertynyt riittävästi tietoa, voidaan tiedon pohjalta muotoilla teoria, joka pyrkii selittämään ilmiön mahdollisimman täydellisesti.

1.5 Kärpäskoe on yksi biologian varhaisimmista tieteellisistä kokeista.

Ensimmäisiä biologisia kokeita, jotka täyttävät tieteellisen kokeen tunnusmerkit, edustaa eräs 1600-luvun puolivälin tutkimus. Tuolloin uskottiin eliöiden syntyvän spontaanisti elottomasta aineesta. Kokeessa oletettiin tutkijan tekemien aiempien havaintojen perusteella, että lihaan ei ilmesty kärpäsentoukkia, jos kärpästen pääsy lihaan estetään (kokeen hypoteesi). Koeasetelmassa oli kuusi liha-astiaa: kaksi avointa, kaksi sideharsolla peitettyä ja kaksi kannellista. Tehty hypoteesi sai tukea tuloksista, joissa ainoastaan kahteen avoimessa astiassa olleeseen lihanpalaan ilmestyi kärpäsentoukkia. Toukat eivät siis tulleet mädäntyvästä lihasta itsestään eivätkä elottomasta ilmasta. Tutkijat tekivät johtopäätöksen, että toukat saivat alkunsa kärpäsistä.

Kärpäskoe kumosi vallalla olleen uskomuksen eliöiden spontaanista syntymisestä. Koetta jatkettiin myöhemmin osoittamalla vielä, että toukat ilmestyvät ainoastaan elävien kärpästen tuomina: toiseen kannelliseen liha-astiaan laskettiin eläviä kärpäsiä ja toiseen kuolleita. Vain elävien kärpästen jälkeen lihaan ilmestyi toukkia. Tämäkin tulos tuki edellä tehtyä johtopäätöstä.

Päättelyketju

Kokeellinen tiedonhankintamenetelmä on päättelyketju, joka lähtee liikkeelle yksittäisistä havainnoista ja johtaa huolellisen kokeilun kautta ilmiötä mahdollisimman hyvin kuvaavaan teoriaan tai malliin. Tällaista päättelyä kutsutaan induktiiviseksiYksittäisistä havainnoista johdetaan yleinen ilmiötä koskeva päätelmä. vrt. deduktio.. DeduktiivisessaIlmiötä kuvaavasta yleistyksestä tehdään yksittäistapausta koskeva johtopäätös. vrt. induktio. päättelyssä puolestaan käytetään teoriaa ennustamaan ilmiöstä yksittäistapauksia. Tieteellinen tieto tuotetaan kumpaakin päättelyketjua yhdistämällä. On tärkeää ymmärtää, että tieteessä teorialla tarkoitetaan varsin mittaviin todistusaineistoihin pohjaavaa selitysmallia jostakin ilmiöstä. Arkikielessä teorialla sen sijaan viitataan usein lähinnä tieteelliseen hypoteesiin, joka on siis vailla kokeellista todistuspohjaa.

Tiedon luonne

Tieteelle on tyypillistä, että tieto lisääntyy hitaasti ja vähitellen. Toisinaan uusi tieto korvaa aiemmin vallalla olleet epätäydelliset käsitykset ilmiön taustoista. Tieteellinen tieto tarkoittaakin ainoastaan tämänhetkisen käsityksen mukaista
parasta mahdollista ymmärrystä jostakin ilmiöstä. Tieteellisen ajattelun ja arkiajattelun merkittävin ero syntyy juuri edellä kuvatusta induktiivisesta  päättelystä, jolla pyritään paikkaamaan arkiajattelulle tyypilliset virheet. Tällaisia virheitä ovat epäjohdonmukaisuus ja toisiinsa kuulumattomien asioiden yhdistäminen sekä liiallinen yksinkertaistaminen ja yleistäminen.

Esimerkiksi Internet on pullollaan muun muassa biologista tietoa, josta vain pieni osa perustuu tutkittuun tietoon. Suurimpia haasteita onkin erottaa tieteellisin menetelmin saavutettu eli varmimmin paikkansa pitävä tieto sellaisesta tiedosta, joka pohjautuu yksittäisten ihmisten kokemuksiin, arvoihin ja mielipiteisiin. Lukemaansa ei aina kannata suin päin uskoa, mutta toisaalta lukemaansa arvioidessa on syytä huomioida sekä omat että tekstin kirjoittajan lähtökohdat: Mitä jo tiedän aiheesta ja mihin tietoni perustuvat? Mitä kirjoittaja väittää ja millä perusteilla? Onko syytä olettaa, että kirjoittajalla on minua paremmat tiedot aiheesta?

1.6 Induktio etenee yksittäisistä havainnoista ilmiön yleistämiseen. Deduktiossa yleistystä käytetään ennustamaan yksittäistapausta.

Kehys alkaa

Tiivistelmä

• Biologia on elävää luontoa tutkiva luonnontiede.

• Luonnontieteille on ominaista havainnointiin ja kontrolloituihin kokeisiin perustuva tiedonhankinta.

• Tieteellinen tieto tarkentuu uusien tutkimusten myötä ja tuottaa varmimmin paikkansapitävää tietoa ympäröivästä maailmasta.

Kehys päättyy

Kehys alkaa

Avainsanat

• biotiede

• deduktio

• eliö

• hypoteesi

• induktio

• kokeellinen tiedonhankinta

• luonnontiede

• solu

• teoria