Biología y el método científico

Figura 1. Gabinete de curiosidades. A principios del Renacimiento, los gabinetes de curiosidades eran reservorios de cosas que eran dignas de estudiarse que se recolectaban de la naturaleza. Antes de que los exploradores conocieran la naturaleza de otras tierras, la diversidad biológica europea conformaba el conocimiento biológico existente. Sin embargo, conforme se exploraban nuevos territorios, el interés por las diversas formas de vida se acrecentó y generó el inicio de colecciones con organismos procedentes de todas las esquinas del globo.

La palabra biología apareció publicada por primera vez en el año 1766, cuando el meteorólogo alemán Michael Cristoph Hanow (1695-1773) utilizó la palabra para referirse al estudio de los animales en su obra Filosofía natural o física dogmática: Geología, biología, fitología general y dendrología. En este contexto, la expresión se refería a que el estudio de la filosofía natural comprendía varias ramas: la geología que estudiaba el mundo mineral, la biología que estudiaba a los animales y la fitología que estudiaba a las plantas (de la que la dendrología, que estudia los árboles, era la rama más importante).

Figura 2. Tanto la teoría celular como la teoría de la evolución sentaron las bases que permitieron fundar la biología en el siglo XIX; el siglo XX revolucionaría esta ciencia al intentar coordinar la genética con las otras dos. Foto: Gran Galería de la Evolución, en el Museo de Historia Natural de París, Francia, organizada para explicar en el mismo edificio los conceptos básicos de la biología contemporánea. (Fotografía tomada por Omar R. Regalado, 2015, CC BY-SA 4.0)

Sin embargo, no sería sino hasta 1800 que aparecía usada la palabra en un sentido más general, refiriéndose a los mecanismos de la vida, en el libro Tratado de Fisiología considerada como la ciencia de la observación, del fisiólogo alemán Karl Friedrich Burdach (1776-1847). En este contexto, la biología era una ciencia de observación que buscaba entender los procesos que causaban y mantenían la vida. Dos años después, en 1802, la palabra biología aparecería publicada dos veces con su sentido moderno en dos obras: Biología o Filosofía de la naturaleza viva, del médico y botánico alemán Gottfried Reinold Treviranus (1776-1837), e Hidrogeología, del naturalista francés Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829). En ambas obras, la biología aparecía mencionada como la ciencia que estudiaba a los seres vivos desde cualquier enfoque a manera de poder sistematizar el conocimiento de los mismos; el vocablo se compone de dos étimos griegos: βίος bios, vida, y el sufijo –λογία, -logía, tratado o estudio.

Es importante tener en cuenta la evolución del término porque nos permitirá entender cómo la ciencia no es un ente estático sino uno en constante cambio (Figura 1). Conforme la ciencia descubre nuevas ideas, nuevos horizontes y nuevos fenómenos, plantea nuevas preguntas, nuevas hipótesis y nuevas teorías. Es decir, la ciencia está continuamente revisando el conocimiento adquirido, reorganizando lo que se conoce e inaugurando nuevas áreas de investigación.Actualmente reconocemos que la unidad básica de toda la vida es la célula, a la que se define como la unidad morfofisiológica, pues de ella depende la forma, estructura (morfología) y fisiología (función) de los organismos. Pero ¿cómo llegó la biología hasta este punto? Evidentemente, la célula solamente fue reconocida como tal una vez que se logró esquivar el obstáculo de no poderlas observar a simple vista. Para el siglo XVIII cuando Hanow utilizó la palabra biología por primera vez, el conocimiento de la célula ya se empezaba a establecer y a revolucionar el modo la humanidad concebía a los seres vivos.Por eso, en vez de explicar de manera tradicional qué es el método científico, utilizaré el enfoque histórico para entender los sucesos que condujeron al establecimiento de la teoría celular, el primer pilar de la biología moderna.

El método científico

Figura 3. Grabado diseñado por el médico belga Andrés Vesalius (1543)  que muestra las estructuras que pueden observarse en el cerebro humano con un gran nivel de precisión y detalle.

Antes de la invención del microscopio, no había ninguna manera de observar cosas tan infinitamente pequeñas como las células. Las descripciones de cómo los seres vivos se reproducían, se alimentaban o realizaban sus funciones vitales se limitaban a explicar qué papel desempeñaban las estructuras macroscópicas que se observaban en el organismo disectado. Sin embargo, cada parte estaba disociada de la otra, puesto que no existía nada que relacionara la naturaleza carnosa de los músculos con la naturaleza mineral de los huesos, ni mucho menos con la naturaleza vegetal de las hojas de un árbol. La naturaleza era diferente en cada grupo de organismos y cada grupo de seres vivos operaba bajo sus propias reglas y principios.Este enfoque del Renacimiento y la Ilustración se denominó como mecanicismo. Esta postura establecía que la única manera de entender cualquier fenómeno natural era mediante el conocimiento de dos elementos: los componentes (sus partes físicas) y las interacciones entre ellos (la parte mecánica). De este modo, para entender el proceso de digestión de los alimentos era necesario identificar las estructuras involucradas en la digestión y entender las interacciones entre ellas. Así era posible identificar en el organismo que existían los sistemas digestivo, respiratorio, muscular, óseo, nervioso y tegumentario. Los conceptos de materia (por ejemplo el alimento) y el movimiento (su paso a través del tracto digestivo) eran suficientes para entender la realidad del mundo vivo: todo estaba basado en descubrir los principios mecánicos como si la vida fuera una máquina perfectamente diseñada.Este concepto de la vida como una máquina centró el interés por describir e identificar cada una de las partes que contenían las máquinas. Las primeras descripciones médicas alcanzaron a describir con lujo de detalles las estructuras macroscópicas que podían verse a través de la disección. Por ejemplo, los grabados diseñados por el médico belga Andrés Vesalio (1514-1564) (Figura 2) muestran cómo el conocimiento de los diversos elementos de la anatomía humana estaba perfectamente descrito. Pero como es posible ver en esos hermosos grabados, el nivel de detalle seguía siendo insuficiente. Era claro que las venas y las arterias se hacían cada vez más pequeñas, que la piel se dividía en capas y que el cerebro no tenía ningún sentido como una estructura homogénea, pero no había manera de ver más allá.
Detalles finos: el microscopio

Figura 4. Diagrama del aparato circulatoriodetallando los elementos importantes del mismo: el corazón, los pulmones, el hígadoy los riñones, a donde desembocaban los vasos sanguíneos mayores. Alrededor seilustran otros sistemas con la intención deque fueran recortados y pegados en elmodelo central sobre un pergamino. La obra fue realizada por el médico belga Andrés Vesalio.

En la región de los Países Bajos, al norte de Europa, comenzaba a incrementarse la actividad comercial y mercantil. El país había sido una parte del Imperio español hasta que en el año 1568 los neerlandeses comenzaron a sentir que el rey español les era muy indiferente e iniciaron una serie de revueltas que escalaron en la famosa Guerra de los Ochenta Años (1568-1648). Durante este periodo de agitación política, la economía neerlandesa empezó a independizarse y florecer, de modo que para cuando Europa llegó a lo que se conoce como el periodo de la Ilustración, los Países Bajos eran un centro de innovación tecnológica que establecía sus principales relaciones económicas con Inglaterra y los estados germánicos, en vez de con los estados católicos del sur como España o Francia.

Hasta ahora, aunque aún es objeto de mucho debate, el microscopio se considera una invención del neerlandés Zacharias Janssen (1585-1632) que lo diseñó mediante el arreglo de lentes dentro de un tubo que permitían magnificar los objetos alrededor de 1590. Estas invenciones se realizaban con el fin de ayudar a las personas que tenían deficiencias visuales a ver mejor detalles importantes de sus negocios, como la venta de telas o la escritura de libros de cuentas, sin embargo, poco a poco se empezaba a explorar el potencial que estos arreglos de lentes podían tener. La vida de Janssen fue bastante interesante, y se pone en tela de juicio su autoría sobre la invención porque durante buena parte de su adultez se dedicó a falsificar y estafar.El diseño de estos artefactos permitió a los médicos empezar a observar cada vez más detalles de la anatomía de los humanos, animales y plantas. Janssen perfeccionó la técnica y se dedicó a comerciar los microscopios hasta que pronto era una industria de moderada importancia que llegó a las ciudades inglesas. Es así que dejamos por un momento los Países Bajos para centrarnos en los descubrimientos de dos médicos: William Harvey y Robert Hooke.William Harvey (1578-1657) fue un médico inglés que se centró en estudiar la circulación de las sangres en el cuerpo humano. En la época en la que Harvey vivió, se consideraba que existían dos tipos de circulación sanguínea: la de la sangre venosa que empezaba por el hígado y se distribuía al resto del cuerpo; y la de la sangre arterial, que era producida por el corazón. Este modelo de doble circulación fue postulado por Galeno (130-200), el médico griego que creó el compendio y tratado de medicina más importante durante las edades Antigua y Media. Cuando Harvey comenzó sus propios estudios sobre el aparato circulatorio en la ciudad de Londres, a la que el microscopio todavía no llegaba, se mostraba escéptico ante las afirmaciones de Galeno y la medicina tradicional. De acuerdo con el modelo de las dos sangres, el hígado del cuerpo requeriría de producir 250 litros de sangre para que el cuerpo funcionara. Esto hacía obligado suponer que, de alguna forma, el cuerpo reciclaba la sangre.En su obra publicada en 1628, Ensayo anatómico sobre el movimiento del corazón y la sangre en los animales, realiza un compendio de observaciones a través de disecciones y experimentos a través de vivisecciones (disecciones de organismos vivos) en los que postula la idea de la circulación sanguínea. En su tratado comienza describiendo con gran detalle el corazón y su estructura, así como sus movimientos de contracción, el papel de las arterias, que se contraían cuando el ventrículo izquierdo lo hacía, y las arterias pulmonares, que se contraían junto con el ventrículo derecho. Describió cómo las venas regresaban la sangre hacia los atrios donde era redirigida primeramente hacia los pulmones y luego bombeada de nuevo hacia el resto del cuerpo. Los estudios de Harvey se basaron en observaciones y experimentos con diversos animales, como las anguilas eléctricas, los caracoles, los embriones de pollo, los copépodos e incluso palomas.Sin embargo, al no poder postular una descripción del mecanismo mediante el cual las dos circulaciones se conectaban, su trabajo fue el centro de muchas críticas. En su Ensayo, Harvey propone que debían existir estructuras de un tamaño muy pequeño que comunicaban en ciertos puntos a las venas con las arterias, y que estos canalillos debían permitir el intercambio de la sangre arterial por la venosa. Un experimento que le permitía sostener esta hipótesis. A un brazo extendido le sujetó una ligadura fuertemente: la parte que estaba después de la ligadura se tornaba pálida y fría, mientras que la que estaba antes se hinchaba y calentaba.En el experimento de Harvey se demostraba que la sangre debía realizar un recorrido circular a pesar de carecer de evidencias de ello. Al ligar el brazo, la sangre de las arterias y venas se detenía al no poder fluir. Al aflojar un poco la liga, las arterias, que se encontraban más adentro debajo de los músculos en el brazo, permitían el flujo de sangre hacia la mano, que volvía a colorearse y calentarse. Las venas, se llenaban de más sangre y saltaban más sobre el paciente. Unas estructuras de particular interés eran pequeñas protuberancias que parecían corresponderse con las válvulas, estructuras que había descubierto su profesor Fabricio. Cuando presionaba las válvulas, la sangre regresaba hacia la porción siguiente de la vena. Cuando hacía presión sobre esta vena y empujaba la sangre hacia atrás, la válvula siguiente impedía el flujo. En todas las venas parecía que las válvulas garantizaban el flujo ascendente de la sangre, es decir, que las venas empujaban la sangre en sentido contrario. El único sitio donde el flujo era descendente era en el cuello, donde la sangre no podía ser empujada hacia la cabeza. Esto llevó a Harvey a suponer que, en efecto, la sangre debía reciclarse.

Figura 5. Experimento de William Harvey que demostraba el principio de la circulación sanguínea.

Si bien Harvey no descubrió el mecanismo por el que la sangre se recambiaba, sus detractores debían explicar mediante el modelo de las dos sangres el experimento de Harvey, lo que se tornaba imposible. Si la sangre era bombeada desde el hígado hacia el cuerpo, no tenía sentido que las venas impidieran este flujo mediante las válvulas. Es aquí que Harvey hace uso de otra herramienta del que ahora denominamos método científico: realizó una predicción. Harvey concluyó que en algún momento deberían descubrirse los canalillos que garantizaban esta circulación sanguínea. La predicción se confirmaría en Italia, tiempo después.La idea del microscopio se extendió hacia la otra región mercantil de Europa: Italia. En 1609, Galileo Galilei desarrolló un microscopio compuesto que utilizaba una lente convexa y una cóncava para realizar la amplificación de las imágenes como una curiosidad, que para 1612 perfeccionó y mostró al rey polaco Segismundo III. La idea del microscopio comenzó a expandirse por Europa relativamente rápido. En Inglaterra, el científico inglés Robert Hooke (1635-1703) exploró los potenciales científicos del microscopio, pues en 1616 el inventor neerlandés Cornelis Jacobszoon Drebbel (1572-1633) presentó un sistema de microscopio compuesto con dos lentes, y en 1622 presentó este mismo invento en Roma, lo que llevaría al médico italiano Marcello Malpighi (1628-1694) a explorar también ese potencial.Uno de los acontecimientos más importantes para la ciencia, y del que Robert Hooke fue partícipe, fue la creación de la Sociedad Real de Londres. Durante comienzos del siglo XV los filósofos naturales tenían reuniones ocasionales para discutir los avances recientes en diversas investigaciones. Tras la Guerra Civil Inglesa, las reuniones se hicieron más esporádicas, pero para cuando la monarquía se restableció, en 1662, se instauró de manera oficial la primera sociedad científica cuya finalidad era permitir la publicación y divulgación de los adelantos científicos alcanzados, permitiendo que más científicos en todas partes de Europa pudieran mandar sus contribuciones a la sociedad.El primer trabajo de Malpighi se publicó en 1661, donde realizaba un análisis detallado de la estructura de los pulmones y de los capilares, unos canales que conectaban las venas con las arterias, de un tamaño semejante al de los cabellos –razón por la cual recibieron su nombre-, y confirmando así la predicción que Harvey había realizado años atrás. Malpighi dedicaría el resto de sus tiempos libres a realizar observaciones anatómicas con ayuda del microscopio.En 1665 Robert Hooke publicó uno de sus trabajos más asiduos: las primeras micrografías, o descripciones de observaciones microscópicas, obra titulada como Micrographia. Realizó veintiséis observaciones sobre animales como las pulgas y los ojos de la mosca, además de observaciones de materia vegetal. De esta obra resalta que en las observaciones del corcho reportó la presencia de celdillas como parte de la estructura integral de la capa vegetal. A estas celdillas dio el nombre de células. Ese mismo año, Malpighi publicaba una nueva obra que hablaba de la estructura microscópica de la lengua y otra con la estructura de las diversas capas de la piel.

Figura 6. Ilustración de la observación microscópica del corcho ilustrada por Robert Hooke en Micrographia y por la que acuñó el término de "célula".

Sería Malpighi quien realizaría el mayor número de observaciones y estudios utilizando el microscopio, describiendo el arreglo de las estructuras y las posibles funciones que tendrían. Es por esa razón que muchas estructuras anatómicas recibieron y conservan su nombre. En 1671 publicó sus descripciones anatómicas en plantas, que confirmaban que tanto los tallos como los vasos conductores de las plantas vivas (el corcho que observó Hooke era una estructura muerta) se conformaban de células. Pero al no poder identificar en los animales estructuras semejantes, determinó que el elemento común entre ambos reinos era la fibra, o las estructuras que daban forma y soporte.
El método científico canónico
Lo que concebimos como método científico es en general una serie de pasos que nos permite alcanzar un conocimiento científico. Debe haber una observación, de la que se desprende un planteamiento de un problema (pregunta), que nos permite formular una hipótesis, que conduce a un experimento, del que se desprende una solución y que eventualmente lleva a la formulación de una ley o teoría. Por esa razón se denomina canónico, porque es una idealización de lo que sería una investigación científica perfecta. Pero la investigación científica, a pesar de su rigurosidad, es en realidad bastante flexible en cuanto que requiere explotar la que es tal vez la más poderosa herramienta del intelecto humano: la creatividad

Figura 7. Tabla astronómica de 1728. Durante la Ilustración, las enciclopedias surgieron como un modo impreso de catalogar, ordenar y sistematizar todo el conocimiento producido por la humanidad para ponerlo al alcance del público.

Por ejemplo, aunque Harvey logró realizar todos y cada uno de los pasos, estuvo muy lejos de confirmar su modelo, puesto que carecía de las herramientas para poder formular una ley o una teoría. Este último término tiene dos significados: uno que usamos mucho en español y otro que utilizan los científicos. Curiosamente, ambos significados son antónimos. Mientras que en el lenguaje común una teoría no es sino una suposición o una conjetura, para los científicos se trata de lo más cercano a la verdad. Establecer una teoría implica conjuntar muchos trabajos de muchos años de investigación que permitan explicar generalidades de la naturaleza y sentar las bases para muchas investigaciones nuevas.
Así pues, la investigación científica no requiere que el científico siga en orden los pasos ni tampoco que los siga todos. Por ejemplo, las aportaciones de Malpighi y de Hooke fueron descripciones detalladas de los seres vivos. Mismas que se hicieron de manera sistemática y dentro de los conocimientos anatómicos que ya estaban establecidos; por eso Malpighi supo que estaba viendo los capilares, puesto que los estudios previos de Harvey predecían su existencia, y también por esa razón pudo reconocer las células en otras plantas, pues Hooke ya había realizado las primeras observaciones. Harvey, por el contrario, llegó hasta la fase de proponer hipótesis y realizar experimentos. La investigación conjunta de Harvey y posteriormente de Malpighi permitió pasar de una teoría de dos sangres a la actual teoría de la circulación sanguínea. Esta última teoría sigue vigente porque no se ha encontrado nada que apunte a que la sangre no se recicla gracias a los capilares.Además, el método científico se va adaptando a los contextos históricos y sociales conforme se desarrollan nuevas tecnologías y se establecen nuevas regulaciones. Por esa razón, lejos de ser una serie de pasos se trata de una forma de obtener respuestas. La parte más importante del método científico es la de la reflexión constante de los experimentos realizados y los resultados obtenidos, algo que en la literatura científica suele denominarse como discusión. Es quizá la parte más importante de un estudio científico, puesto que de los argumentos expuestos en la discusión se le da el peso a la investigación científica.El segundo elemento que compite en importancia con la discusión de los resultados es la publicación y la revisión de pares. Antes de la Ilustración, se consideraba que la capacidad de estudiar fenómenos con detalle daba a los personas la suficiente autoridad en su campo como para no poner sus resultados en tela de juicio. Durante la Edad Media prevalecía lo que se conocía como método escolástico, que consistía en la búsqueda de la información a través de las obras publicadas por autores de la Antigüedad, principalmente de los filósofos griegos, pero también de filósofos procedentes de otras regiones del mundo como los filósofos musulmanes y en mucha menor medida de los orientales. Sin embargo, a partir de la Ilustración y de los trabajos de personas como Galileo Galilei e Isaac Newton, la capacidad de poner a prueba lo que estaba escrito era fundamental. Galilei fue el primero en poner a prueba las afirmaciones de los filósofos griegos al diseñar experimentos donde se pudiera comprobar o refutar su validez. Mientras que Newton añadiría la necesidad de que otros científicos en el mundo comprobaran la validez de sus hallazgos mediante la publicación detallada de los experimentos que realizaba, de tal suerte que mientras más fácil era el experimento, más fácil era que cualquier otra persona pudiera replicarlos (revisión de pares). Esto ponía la ciencia al alcance de prácticamente cualquier interesado y le confería a éste la misma autoridad que a otro estudioso de la misma materia.Un último aspecto que cualquier investigación científica debe abordar es la recolección de datos. Aunque suele incluirse esto dentro de la observación, es una categoría que requiere su espacio aparte. Uno puede salir y observar, sin embargo, antes de cualquier investigación científica se debe establecer qué datos son los que se deberán recolectar a modo de poder continuar. Es decir, una vez que se ha seleccionado el fenómeno de estudio, se plantea el problema que uno quiere resolver y se seleccionan los datos que se necesitan recoger para empezar la búsqueda de una solución. Esto es importante porque la manera en que se recolecten los datos y el modo en que se organicen (ya sea que se midan, se clasifiquen, se jerarquicen, etcétera) determinará el tipo de experimentos, resultados y análisis que se obtengan. Por lo que la investigación debe ser un proceso transparente que permita a cualquier persona entender cómo es que se consiguieron los datos que permitieron llegar a una conclusión.Por lo tanto, sin importar qué modalidad del método científico se aplique a cualquier investigación, una investigación científica debe tener las siguientes características: 1) debe ser publicada en un medio accesible a cualquier público interesado y que esté sujeto al escrutinio de una comunidad científica; 2) debe establecer el modo en que se recolectaron los datos que sustentan el cuerpo de la investigación, indicando los métodos de recolección y cualquier tratamiento que se les haya aplicado y los obstáculos presentados, incluyendo si fueron superados y cómo, o si no; y 3) debe contener una discusión que permita al lector entender los alcances y limitaciones de cualquier estudio así como propuestas de cómo pueden plantearse nuevos problemas y nuevas soluciones.Biología y el método científico por Omar Rafael Regalado Fernandez se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional. 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