fazendo ciência

Ecologia de Populações

Bem vido a aula de ecologia de populações. Mas, antes de começar a aula há perguntas ?

Requer muito e muito trabalho?

Por que a ecologia é tão complicada ?

Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com

Fazendo Ciência

Metas

• O que é o método científico?

• Quais são as premissas do método científico?

• Como funciona o método científico?

• O que é um argumento científico ?

• A ecologia segue o método científico?

“A ciência é um das aventuras mais significantes conhecida pelo Homem.” (Karl Popper)

ORICL April 2008

Sumário do Tópico

O que é a ciência? O que é o método científico?

A. Formas da Inquisição Científica B. Tipos de Lógica C. Quais são as premissas do método científico?

O Delineamento Científico A. O Método Científico B. Teoria e Leis

C. Como funciona o método científico?

D. O que é um argumento científico ? O Método Científico em Ação

A. Exemplos B. Estatística C. A ecologia segue o método científico?

Fazendo Ciência Fazer ciência envolve:

• Formulando boas perguntas

• Construindo respostas boas e plausíveis (ou hipóteses)

• Testando essas hipóteses robustamente, sem ambiguidade, e com honestidade (de seu ponto de vista e de outras pessoas)

A ciência é uma atividade humana criativa que envolve a formulação de perguntas e fazendo observações para desenvolver hipóteses que explicam essas e formas de testar essas hipóteses.

É importante que você aprenda por exemplos e práticas como o processo da ciência funciona.

“Qualquer pessoa que quer ser biólogo e espera encontrar as leis sem exceções que caracterizam a física ficará muito desapontada." Ernst Mayr

O que é a

ciência?

A “ciência” derivada do Latim ‘saber’

É uma maneira de formular e responder perguntas

Procura de respostas das perguntas sobre os fenômenos naturais (limita os tipos de perguntas)

O pensamento científico reduz as reações emocionais

O que é a Ciência?

"...a ciência é nada mais que o sentido comum de sua melhor forma; ou seja com rigidez na observação e sem piedade a falácia da lógica." Thomas Henry Huxley, 1880

“Os cientistas são realistas críticos.” John Polkinghorne

“A ciência pode ser descrita como um ‘escotismo organizado,’ um mundo no qual nada pode ser aceita sem perguntas.” Philip W. Anderson

…porém, e com muita certeza, Margaret Wertheim replica: “A ciência sempre tinha um componente de fé."

Essa última frase implica que a ideia que não todo (ou nada) pode ser provado com uma certeza de 100%; um bom cientista porém permite que as coisas que aceita baseado na fé pode não ser verdadeiras

Mais sobre a ciência "…os cientistas não são uns poucos intelectuais que pensam em

termas de ‘princípios e leis teóricas amplos.’ Mas, os cientistas são pessoas treinadas especificamente para construir modelos que incorporam as premissas teóricas e a evidencia empírica. Lidar com modelos é essencial ao trabalho diário; permite construir argumentos e colecionar dados." Peter Imhof

“A ciência é [melhor] entendida quando é observada em vez de tentar definir com precisão. A palavra ciência provem de um verbo de latim que quer dizer ‘conhecer.’ A ciência é uma forma de conhecer. A ciência emerge de nossa curiosidade sobre nos mesmos, a Terra, e o Universo. Ao tentar entender é uma das forças principais do Homem respeito a natureza e acreditando que suas perguntas tem respostas

O núcleo da ciência é a Pesquisa, uma procura de informação e explicação que geralmente enfoca perguntas específicas.

A Natureza da Ciência

A ciência é uma maneira de fazer perguntas sobre o mundo natural. – Guiada por leis

naturais (da física e química).

– As perguntas precisam ser testáveis!

– Sempre aberta a evidencia nova.

– Falsificável.

Requerimentos

Realidade objetiva – Todos vimos o mesmo mundo.

Leis Constantes da Natureza – O que acontece aqui acontece ala.

– O que aconteceu ontem acontecerá amanha.

Podemos conhecer o Cosmo.

O processo

científico

Identificação dos padrões

Desenvolvimento de explicações ou hipóteses para esses padrões

Desenvolvimento das previsões das hipóteses

Testando as previsões com dados

Ecologia de Populações

Poupa Tempo A ciência é uma forma de poupar tempo Fazer a ciência de forma errada (ou não fazer ciência) resulta

em não poder responder as perguntas em forma eficiente Fazer a ciência de forma errada resulta na perda de tempo de

outras pessoas (com resultados ou hipóteses fracos) O custo de gastar mal o tempo de outras pessoas é ostracismo

— nenhum quer seu tempo mal aproveitado por idiotas incompetentes!

Porém, existe frequentemente pouca diferencia entre fazer ciência difícil d mal gastar o tempo, ou que explica que os problemas fáceis de resolver tendem a ser resolvidos mais rápido

As “cabeças abertas" que as pessoas não cientistas percebem deriva do desejo desenvolvido de responder perguntas difíceis com rigor (robustamente, sem ambiguidade, e com honestidade)

A Ciência como Triagem

Uma triagem é uma forma de poupar tempo

Num hospital do SUS existem três tipos de pacientes: (i) aqueles que sobreviveram sem intervenção médica, (ii) aqueles que não sobreviveram ainda com a intervenção médica, e (iii) aqueles que somente sobreviveram com intervenção médica

Se seus recursos são limitadas então você dedicara seu tempo aos últimos

Cria prioridades

Na ciência geralmente as primeiras perguntas a serem respondidas são as mais fáceis de resolver ou são mais interessantes

As perguntas mais difíceis ou menos interessantes ficam para serem resolvidas posteriormente ou nunca

As Perguntas da Ciência

Que tipo de perguntas fazem os cientistas?

Frequentemente as perguntas examinadas são aquelas percebidas de ter mais beneficio e são menos difíceis de responder

Para algumas perguntas a ciência investe quantidades enormes de recursos (cura de câncer, criação de armamentos de destruição em massa durante emergências militares, e outros)

Para outras perguntas, a ciência (ou principalmente as agencias de fomento de pesquisa) não investem recursos

As perguntas básicas são:

• Vale a pena a meta?

• Existem recursos suficientes para resolver o problema referente a seu beneficio esperado?

• A meta pode ser alcançada?

As Perguntas da Ciência

A meta tem valor? Os recursos necessários para resolver o problema

excedem o benefício percebido? A meta pode ser lograda?

Para a pesquisa aplicada, usando técnicas estabelecidas, as respostas geralmente são sim, sim e sim, ainda quando as perguntas científicas não são muito interessantes

Para a pesquisa básica ou difícil, as respostas podem ser não, não, não

No fim, se uma pergunta é pesquisada depende da quantidade de recursos que a sociedade dedica a ciência

A consequência é que a ciência não sempre alcança suas metas com a eficiência desejada

As ideias loucas: perguntas e formas de responder perguntas tem interesse inerente

Não Respondendo Perguntas Importantes

As prioridades científicas estabelecem as perguntas importantes (Por que existimos?) quase nunca são tratas por cientistas

Num mundo de problemas interessantes e capazes de serem resolvidas, poucos indivíduos racionais dedicam quantidades enormes de tempo e energia á perguntas que não podem ser resolvidas, independente de seu grau de interesse

E sua vida diária: Você lida mais com a paz e prosperidade mundial antes de tratar coisas mais mundanas como indo ao banheiro ou comer um lanche?

Uma pergunta científica ruim tipicamente é uma na qual a possibilidade de responder a pergunta, ainda com tecnologia e recursos abundantes, é muita limitada

Liberal ou Conservativo

Para muitas hipóteses, a tecnologia e conhecimento existente não é suficiente para fornecer provas fortes, independente dos esforços dos proponentes

Essas hipóteses geralmente são descartadas por outros cientistas

Geralmente, os cientistas tipicamente não acreditem nas afirmações que são absurdas, e que são inconsistentes com o que já é conhecido cientificamente

Por isso os cientistas geralmente são conservativos para a aceitação de ideias novas (ou sabem distinguir fala fiada)

Os cientistas sabem quanto trabalho é necessário para testar hipóteses e que de levantar hipóteses é mais fácil de que provar hipóteses

Consequentemente os cientistas tipicamente têm mais interesse nos resultados dos esforços de testar hipóteses do que nas hipóteses

Raciocínio Científico

Um aspecto chave da ciência é o raciocínio que é usado para delinear experimentos, o raciocínio científico

Para testar hipóteses precisa entender o raciocínio científico

Existem duas categorias gerais do raciocínio científico:

• Raciocínio indutivo

• Raciocínio dedutivo

O último é geralmente usado para testar hipóteses e delinear experimentos

O raciocínio indutivo envolve a coleta de observações e hipóteses para formar uma ideia única

Raciocínio Indutivo – Derivar generalizações partindo de observações

específicas

Raciocínio Dedutivo

- As previsões específicas resultam de uma premissa geral

Tipos de

Lógica

Raciocínio Indutivo

Por meio da indução, derivamos generalizações baseadas num número grande de observações existentes.

O raciocínio indutivo está associado com ideias grandes mas não necessariamente um delineamento experimental bom

Por exemplo, a teoria da evolução pela seleção natural de Darwin foi formulada usando o raciocínio indutivo: Muitas observações foram realizadas e uma tema unificante foi descoberta

O raciocínio indutivo não ajudar o teste rigoroso de hipóteses, mas os resultados do raciocínio indutivo proporcionam uma base para a formulação de hipóteses

Outro termo para o raciocínio indutivo é a síntese

Uma síntese, em geral, é análoga a síntese mais específica observada nos laboratórios da química. A síntese é a construção de uma idéia de partes menores.

Redução versus Sistemas

O reducionismo, ou a redução de sistemas complexos a componentes mais simples e capazes de serem pesquisados, é uma estratégia poderosa

Mas, o reducionismo é uma ferramenta mais poderosa do que é como uma filosofia (como não vendo a floresta ao enfocar nas árvores)

A meta última da biologia e ecologia de sistemas é modelar seu comportamento dinâmico

Assim tentamos entender o intero desde o conhecimento de suas partes

Isso é análogo de descobrir uma floresta a partir de estudar árvores individuais, e os fungos, é os animais, e como esses se interagem

Um Modelo Científico

Os modelos são representações abstratas de idéias; podem ser visuais, matemáticas, experimentais, e outros, mas sempre são mais simples do que o sistema modelado

Do corpo

Ao corpo

Do pulmão

Do pulmão

Átrio direito

Átrio esquerdo

Ventrículo esquerdo

Ventrículo direito

Raciocínio Indutivo

…de uma teoria da evolução que combinou a evolução Darwiniana com a Genética de Mendel

Um exemplo de uma sínteses é a “Síntese Evolutiva" da metade do século vinte, por meio do raciocínio indutivo

Raciocínio Indutivo

Muitas pessoas associam a palavra descobrimento com a ciência. Mas, os cientistas geralmente associam descobrimento com fatos novos. Porém, o acumulo de fatos não é ciência; uma lista telefônica é um catálogo de fatos, mas tem pouco a ver com a ciência. Os fatos na forma de observações e resultados experimentais, formam os pré-requisitos da ciência. O que forma o progresso da ciência, porém, é uma idéia nova que explica coletivamente um número de observações que anteriormente não tinham relação. As ideais mais intrigantes são aquelas que explicam a maior variedade de fenômenos. Newton, Darwin, e Einstein se projetam na historia da ciência não porque descobriram muitos fatos mas porque sintetizaram ideais com grande poder de explicação.

Mas, Darwin descobriu um número grande de fatos!

Raciocínio Dedutivo

O raciocínio dedutivo é a base da biologia e da ecologia

O raciocínio dedutivo tem como premissa a consistência

O raciocínio dedutivo é a aplicação de generalizações a circunstâncias específicas

Isso não é uma afirmação profunda; Não é nada mais do que a aplicação do conhecimento atual a coisas específicas que ainda não entendemos bem

Na universidade, as disciplinas ao nível da graduação introduzem os alunos a amostras de temas gerais

Com o tempo aprenderão aplicar essas ideias a situações novas e fazer explicações dedutivas para observações novas

Por exemplo, ao aprender que os lipídeos não dissolvem em água como os carboidratos, pode examinar compostos orgânicos desconhecidos e fazer previsões se são solúveis

Raciocínio

Dedutivo

Observação

Pergunta

Testar previsão Testar previsão

Teste falsifica a hipótese Teste não falsifica a hipótese

Previsão: Trocando a pilha resolve

Previsão: Trocando a lâmpada resolve

Hipótese : Pilha fraca

Hipótese : Lâmpada queimada

O Método Científico A hipótese é testado por via de uma serie de

experimentos e/ou observações. – Esses experimentos e observações precisam

ser replicáveis! – A informação factual resultante desses

experimentos e observações são os dados. – Uma parte importante do experimento é o testemunho, que é um conjunto replicado formulado como o experimento, com exceção que não precisa ser o fator testado.

O Método Científico

1. Observe um acontecimento.

2. Desenvolve um modelo (ou hipótese) que faz uma previsão.

3. Testa a previsão.

4. Observe o resultado.

5. Revisa a hipótese.

6. Repete quando necessário.

7. Uma boa hipótese de sucesso vira uma Teoria Científica.

modelo

teste

Pensamento Hipotético-Dedutivo

O processo do progresso da ciência tipicamente emprega um mecanismo conhecido como o Pensamento Hipotético-Dedutivo

O pensamento hipotético-dedutivo e basicamente implica que conhecemos as observações novas a luz de conhecimento gera previamente aprendido e consultado, e depois formulada como previsões testáveis

O raciocínio dedutivo formulação de hipótese

Porém. nenhum conhecimento é correto, capaz de conhecimento, ou ainda aplicável a observações novas

Mas, não é sempre obvio como aplicar o conhecimento a observações novas

Ao obter uma observação interessante ou importante (replicável) que não pode ser explicada detalhadamente pelo conhecimento científico atual, forma uma pergunta científica interessante.

Formulando boas perguntas

As perguntas pesquisadas precisam ser bem definidas, mensuráveis, e controláveis. As perguntas devem ser razoáveis e consistentes dentro do contexto atual de conhecimento. As pessoas tem uma variedade de maneiras para excluir especulação.

Uma boa pergunta científica é aquela que pode respondida pela experimentação, observação, ou inferência lógica construída sobre a experimentação ou observação previa

Cuidado com as correlações direitas versus indiretas (causa e efeito versus “efeito e efeito”)

As perguntas também são boas se estão associadas com as respostas apropriadas as perguntas

Perguntas boas e ruins

A exposição a radiação ultravioleta aumenta o risco do câncer da pele?"

A boa nutrição resulta no aumento de inteligência?

“Por que os cactos tem espinhos?"

“Os enchentes em Rio de Janeiro são produtos de mudança climática?"

As práticas boas de estudar resultam em melhores notas nas disciplinas?

• Todas essas são boas perguntas, mas não necessariamente fáceis de responder, mas...

Pedro Escobar foi dominado por demônios?

• Pergunta ruim:

• Como definir “demônio”?

• Como determino se Pedro Escobar foi possuído por demônios?

Formulando Hipóteses

Uma hipótese é uma resposta tentativa a uma pergunta bem formulada, uma explicação sob juízo. Geralmente é um postulado educado, baseado na experiência passada e os dados disponíveis da ciência de descobrimento.

Uma hipótese tentativa explica algo observado.

É uma resposta proposta a uma pergunta científica

O Emprego do Método

Científico

Usamos o método científico em nossas vidas cotidianas

Exemplo:

Entre no carro para ir a casa. Acionou a chave mas o carro não deu partida (observação)

Hipótese: Algo está errado com o carro

Previsões: bateria fraca, problema com a ignição, não tem combustível

Testar as previsões: ligar os faróis, verificar as velas, verificar a combustível

Analisar os resultados: faróis funcionam, chispa forte de ignição, medidor do combustível indica meio tanque

Tirar conclusões: medidor não funciona, falta combustível

O Emprego do Método Científico

Hipóteses “Boas”

Uma boa hipótese satisfaz os critérios de:

• Propõe um mecanismo testável

• Não é complicada demais (navalho de Ocham)

• Conforme ao conhecimento existente

• Pode ser falsificada

Se não podemos demonstrar que algo não está correto não pode ser demonstrado de ser correto

As hipóteses tendem de ser favorecidas se ainda não foram demonstradas de serem erradas

O teste de uma hipótese pode incluir a experimentação, observações adicionais, ou a síntese de informação de várias fontes.

Hipóteses Lembre:

• As hipóteses representam causas possíveis

• Refletiam a experiência passada com perguntas similares

• Hipóteses múltiplas devem ser formuladas, se for possível

• As hipóteses devem ser testáveis usando o método hipotético dedutivo

• As hipóteses não podem ser eliminadas

• Mas as hipóteses não podem ser confirmadas com certeza absoluta

Na prática, as hipóteses são fáceis de propor mais difíceis de provar

Alem disso, poucas hipóteses são compreensivas suficientes para durar a luz do tempo e da experimentação para alcançar o status de uma teoria

A Natureza da

Ciência

Podemos fazer tipos diferentes de perguntas sobre a vida. Poucas coisas têm causas isoladas solitárias mas refletem cadeias ou redes e sequencias temporais de eventos. Perguntas sobre as causas próximas (ou

imediatas).

Perguntas sobre as causas últimas.

Causas Próximas

As perguntas sobre as causas próximas (ou imediatas) que determinam o funcionamento de um sistema biológico podem ser estudadas usando o “método científico”. – Como um organismo realiza suas funções

metabólicas de comportamento ou fisiologia?

• Biologia molecular • Biologia celular • Endocrinologia • Biologia de desenvolvimento • Ecologia de populações

Níveis Diferentes de Causalidade

O que implica o termo “causa”? “o que produz um efeito” (Aristóteles)

A causalidade é a relação de causa e efeito.

Na ecologia, causa e efeito implica um fator (causa) e um fenômeno ou processo (efeito), por exemplo: Strepococcus pneumoniea causa a pneumonia e

meningite.

O desmatamento causa a fragmentação da paisagem

Níveis Diferentes de Causalidade

Mas, na realidade implica que: A infecção com Strepococcus pneumoniea, sob uma

gama limitada de condições, pode resultar no desenvolvimento de pneumonia e meningite.

O desmatamento resulta na fragmentação da paisagem.

Importa? Não, mas refeita nosso conhecimento do que definamos, suas causas, e, mais importante, quais estratégias podemos usar.

Erros no pensamento sobre a causalidade

Existem erros comuns em pensamentos sobre causalidade – Genes causam doenças

– A aptidão é função do “estilo de vida”

– O ambiente causa a variação na taxa de crescimento populacional

• Por que são problemáticos?

Porque simplificam demais. Geralmente não consideramos que o status biológico é uma interação entre o fenótipo e o ambiente físico. O estilo de vida não é nada mais do que “ambientes diferentes.” Estilo de vida é uma frase útil porque os fatores ambientais implica eventos externos ao corpo, como a radiação solar, poluição, predadores e outros. O estilo de vida incorpora esses e incluía outros aspectos como o nível de atividade, dieta e comportamento, que são aspectos mais “interativos” entre o fenótipo e o ambiente..

Erros no pensamento sobre a causalidade

Historia Familiar

A historia familiar de um atributo indica “riscos”.

Porém, – Os indivíduos que morrem mais jovens têm

menos chance de manifestar o atributo e suas proles têm uma historia familiar “menor”

– Os indivíduos que vivem mais têm mais probabilidade de manifestar o atributo, mas a longevidade é ignorado como benefício as proles.

Problemas: “genes”

Todo fenótipo é o produto da interação de genes com o ambiente. – Os genes somente especificam as estruturas

das proteínas

Somente quando os genes entram em contato com o ambiente, geográfica, celular, ou biótico, podemos avaliar sua vantagem.

Estilo de vida (envelhecimento, nutrição, infecção, e outros fatores)

Os genes causam doenças? Precisamos Distinguir

Gene 1. Matéria genética que instrua as proteínas que conferem

vantagem ou desvantagem relativa (polimorfismos herdados): “normal”.

2. Mutações da linha germinal: que instrua as proteínas que conferem vantagem ou desvantagem relativa (polimorfismos esporádicos ou aleatórios) nas células germinais e podem ser herdadas

3. Mutações somáticas: que instrua as proteínas que conferem vantagem ou desvantagem relativa (esporádica ou aleatória) limitada a uma célula, e incluía erros de copiando o DNA quando as células dividem, e pode ser importante no envelhecimento

E a outros níveis celulares 4. Erros de transcrição e reparo: erros da leitura /reparo

de DNA, RNA, ou controle do ribosoma.

5. Disfunção celular na síntese de proteínas

6. Modificação interna ou modulação da resposta celular aos fatores externos

Porém, 1, 2, “doenças genéticas”, são nada mais do que

processos genéticos normais que ocorrem na evolução; a única desvantagem é a “doença”;

3-6 envolvem fatores externos

Todos podem incorrer maior ou menor riscos em certos ambientes

Os genes causam doenças?

O Método Científico

O método científico demonstra os componentes importantes de uma pesquisa científica.

Observações

Hipótese

Experimento/ Observações

Conclusão

Teoria Científica

Formas da

Pesquisa Científica

A ciência de Descobrimento ou Descrição – Observação

– Dados Qualitativos e Quantitativos

A ciência a base de Hipóteses

Dados Qualitativos

A palavra dado implica números para muitas pessoas. Porém, alguns dados são qualitativos, as vezes na forma de descrições em vez de medidas numéricas.

O Método

Científico

Na fase de observação, na qual se realizam as observações novas. – Também é o tempo quando se examina os dados

prévios.

Depois, se formula uma hipótese para tentar explicar os dados e observações disponíveis.

• Uma hipótese precisa ser testável!!!

Conhecimento Científico

O conhecimento científico começa com uma observação e uma explicação proposta.

A explicação é uma hipótese

Uma hipótese é testável e falsificável

Na ciência as hipóteses são testadas ao serem usadas para fazer previsões sobre o comportamento de um sistema particular

Exemplo

Hipótese: todo objeto que seguramos cai quando é solto – Testamos isso ao soltar objetos

– Cada objeto que soltamos é um teste de nossa previsão. Quantos mais testes têm sucesso, mais confiança temos em nossa hipótese

E se deixamos cair um balão com Helio?

O que acontece se soltamos algo no espaço?

Essas são exceções a nossa hipótese original. Isso invalida a hipótese?

Conhecimento Científico

Ruína do Apostador! Você entre num jogo no qual você têm uma moeda com cara e caroá, e o outro apostador têm uma moeda igual. Os dois tem a probabilidade de 50% de ganhar a cada lançamento. Você pode apostar R$5 ou R$10. Se a cara aparece você ganha R$1. Se aparece caroá você perde R$1. O jogo continua ate: (1) você fica sem dinheiro, (2) o outro fica sem dinheiro, ou (3) você cansa e decidir ir embora.

Resultados das Apostas R$10

Vez Número de lançamentos

Número de caras

Número de caroás .

1 158 74 84

2 14 2 12

3 192 91 101

4 24 7 12

5 432 211 221

R$5

1 147 71 76

2 23 9 14

3 15 5 10

4 241 118 123

5 45 20 25

R$1 0 Lançamento 2

R$10 Lançamento 4

R$10 Lançamento 5

Resultados das Apostas

R$5 Lançamento 4

R$5 Lançamento 2 R$5 Lançamento 5

Princípios da Ciência

Hipóteses: As respostas potencias das perguntas

levantadas. Derivadas de observações anteriores da

natureza ou de teorias baseadas nessas observações.

Frequentemente se constituem de frases gerais sobre a natureza que podem explicar um número grande de observações diversas.

Se uma hipótese é poderosa para explicar um variedade ampla de fenômenos relacionados, atinge o nível de uma teoria.

Previsão do Futuro As vezes quando a tecnologia e o conhecimento alcançam as

especulações, as hipóteses especuladas podem ser corretas

A utilidade futura proposta de uma hipótese, porém, não garanta sua utilidade atual

Uma promessa vaga da utilidade futura nunca deve ser aceita em vez da utilidade demonstrada da hipótese no presente

Por isso a ficção científica é interessante mas ainda assim é ficção

As únicas previsões razoáveis do futuro são a extrapolação do passado (ou seja, o futuro de alguma maneira será similar ao presente)

A utilidade da ciência (e da história): definição eficiente e com precisão do presente e do passado para prever as consequências futuras das tendências e ações atuais

Experimentação

Uma grande parte do tempo de um cientista é gasta testando hipóteses em vez de formulação de hipóteses

Por isso as pessoas acham que

um cientista é uma pessoa com roupa de laboratório que trabalha a uma bancada

Experimentação

O aspecto mais criativo da ciência é o desenho de um teste de sua hipótese que proporciona evidencia não ambígua para falsificar ou apoiar sua explicação…

Frequentemente os cientistas definiam,

criticam, e modificam uma variedade de experimentos e outros testes antes de dedicar tempo e recursos a realizar um experimento.

O Protocolo / Procedimento

O protocolo é o método passo a passo, ou seqüência de passos a serem realizados no experimento ou observação. Deve ser registrado em seu caderno de campo antes de iniciar o experimento ou observação, e qualquer exceção ou modificações deve ser registrado durante o experimento

Os protocolos podem ser delineados a base da

pesquisa publicada nas revistas científicas, colaboração com outros pesquisadores, ou pelas suas idéias novas e criativas. O processo de resumir o procedimento incluía determinar o(s) tratamento(s) de testemunho, os níveis do tratamento, e o número de replicas

Quanto Detalhe é O Suficiente?

O protocolo é como o experimento ou observação é realizado

O protocolo precisa incluir todos os detalhes relevantes de modo que o pesquisador original ou outros podem repetir o experimento ou a observação no futuro

Na prática, porém, muito coisa não fica explicita num protocolo que depende do conhecimento do leitor

Consequentemente, dois indivíduos usando o “mesmo" protocolo não sempre repetem os resultados dos outros

Na realidade existe uma arte de incluir todo detalhe "relevante“ num protocolo menos compreensivo

Minimamente, o pesquisador deve escrever o que foi feito de modo que permite repetir o protocolo no futuro

Quanto mais compreensivo o protocolo, menos conhecimento do leitor é necessário

O Método

Científico

Os cientistas podem formular uma conclusão baseada nos dados. – A conclusão pode envolver o aceito ou a rejeição

da hipótese inicial.

– Experimentos adicionais podem ser necessários para ajusta as conclusões.

• As hipóteses tem apoio, mais nunca são provadas.

O Método

Científico As hipóteses novas são geradas das

conclusões, e o processo começa de novo. Uma teoria resulta quando um grupo de

hipóteses relacionadas têm apoio de muitos experimentos e observações. – As teorias são as ideias que os cientistas tem

mais confiança! • Teoria de gravidade • Teoria da seleção natural

O Método Científico

O modelo anterior é muito simples e o resultado é muito linear.

O ‘modelo de atividade’ para a pesquisa científica demonstra que interações mais complexas são envolvidas.

Harwood, W. S. 2004. A new Model for Inquiry: is the Scientific Method Dead? Journal of College Science Teaching. 33(7): 29-33.

Quero prevenir mordidas de Amblyomma cajense quando for ao Pantanal. Me falaram que sabonete de enxofre pode reduzir o risco mas como vou saber?

Hipótese: Sabonete de enxofre repele Amblyomma cajense

Previsão: pessoas que usam

sabonete de enxofre terão

menos Amblyomma cajense do que as

pessoas que não usam

O Emprego do Método Científico

Termos Importantes: Variável Independente (manipulado): condição

sob pesquisa (escolhe) Variável Dependente (que responde): condição

que pode mudar sob a influencia do variável independente (para registrar medidas)

Variáveis de Testemunho: condições que podem influenciar o resultado do experimento e precisam ser mantidas constantes entre grupos.

O Emprego do Método Científico

Termos Importantes:

Grupo experimental: grupo(s) sujeitos ao variável independente

Grupo de testemunho: grupo não sujeito ao variável independente, usado para comparar o tratamento

replicação: produzir o mesmo resultado consistentemente para verificar o resultado. É importante descrever o protocolo usado para que outras pessoas podem fazer o mesmo experimento.

O Emprego do Método Científico

Hipótese: sabonete de enxofre repele Amblyomma cajense Previsão: pessoas que usam sabonete de enxofre terão menos Amblyomma cajense do que pessoas que não usam

VI: sabonete de enxofre

VD: presencia de Amblyomma cajense

VTs: qualquer coisa que pode influenciar o número de Amblyomma cajense nas pessoas

Pense em algumas???

O Emprego do Método Científico

Protocolo Experimental

Divida aleatoriamente a turma em dois grupos.

Toda a turma fica na mesma pousada, mas os membros do grupo I usam sabonete de enxofre e o grupo II não usa

Após dois dias de

andar no Pantanal,

as pessoas são

examinadas por

carrapatas.

Resultados: as pessoas que usaram sabonete de enxofre foram virtualmente livres de Amblyomma cajense após dois dias comparadas com as pessoas que não usaram antes de entrar no Pantanal

O Emprego do Método

Científico

O Método

Científico 1. Observe um acontecimento.

2. Desenvolve um modelo (ou hipótese) que faz uma previsão.

3. Testa a previsão.

4. Observe o resultado.

5. Revisa a hipótese.

6. Repete quando necessário.

7. Uma boa hipótese de sucesso vira uma Teoria Científica.

modelo

teste

Ciência da Alimentação

Cozinhando

Hipótese

A receita da avo

Teoria Científica.

Ciência Cotidiana

Método Científico Fazer Molho de Espaguete

Observação Molho de espaguete deve ficar vermelho.

Hipótese (previsão) Tente um molho de tomate.

Teste Esquentar molho de tomate.

Observe o resultado Experimente o molho – sem sabor.

Revise a hipótese? Use molho de tomate e alho!

Teste novo? Adicione alho, experimente - não tão ruim.

Teoria científica A Receita Final.

Ciência Cotidiana Método Científico Telefone Celular

Observação O celular não liga.

Hypothesis (prediction) Prever que a bateria está sem carga.

Teste Recarrega a bateria.

Observe result O celular liga.

Revise hypothesis? Não necessária.

Teste novo? Não necessário.

Teoria científica Telefones celulares não funcionam sem bateria carregada

Alimento de formigas Método Científico Dieta da formiga lava-pés

Observação Solenopsis invicta prefere proteínas aos carboidratos

Hipótese (previsão) Distancia do ninho pode influenciar a atração da fonte alimentar

Teste Faz 100 ensaios de combinações de proteínas e carboidratos, e 100 cada somente com proteínas e carboidratos

Resultados Existem freqüências iguais de exploração de proteínas e carboidratos

Revisão da hipótese? Tente combinações diferentes de proteínas e carboidratos

Teste novo? Faz de novo os testes. Observe os resultados.

Teoria científica Solenopsis invicta é onívora

Experimento Exemplar

Observação: as mariposas claras são mais comuns em áreas naturais e as mariposas obscuras são mais comuns em áreas poluídas.

Previsão 1: as mariposas sobrevivem mais se imitam o fundo. – Apoiado por estudos experimentais com aves

predatórias. Previsão 2: se as áreas poluídas são recuperadas, as

mariposas claras devem ficar mais comuns (quando os liquens crescem nos troncos).

Os Postulados de Koch • 1. O organismo específico deve ser presente em

todos os casos dos animais que padecem de uma doença específica e ausente nos animais sãs.

• 2. O organismo específico deve ser isolado do animal doente e multiplicado por cultura no laboratório.

• 3. O micro-organismo recém isolado, quando inoculado num animal saudável do laboratório, deve causar a mesma doença observada no animal original.

• 4.O micro-organismo deve ser isolado de novo em cultura pura da infecção experimental.

Os Critérios de Hill Força da associação: quanto mais forte a associação entre a

causa putativa e o efeito, mais provável existe uma conexão entre os dois.

Timing: A causa deve preceder o efeito.

Distribuição: A distribuição espacial de (x) deve aproximar a distribuição espacial do agente causal.

Gradiente: A resposta deve correlacionar com a intensidade do gradiente.

Consistência A relação entre causa e efeito precisa ser replicada em estudos independentes em locais diferentes.

Especificidade: Indivíduos ou populações sem exposição a causa não devem demonstrar o efeito.

Plausibilidade biológica: o mecanismo biológico da causa deve ser consistente com os efeitos.

Modelos experimentais: devem demonstrar o efeito sob condições experimentais.

Intervenção: a retirada da causa suspeita deve resultar no sumiço do efeito.

Em Aquiduana os alunos compararam dois locais com dois transetos de palmeiras medindo e contanto os indivíduos. Os dados depois foram comparados usando o teste de Kolmogorov Smirnoff.

O Método Científico

Funciona?

Hipótese Nula: não existe diferencias na estrutura populacional entre locais.

Hipótese Alternativa: existe uma diferencia na estrutura populacional entre locais.

O Método Científico

Funciona?

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Fre

qu

en

cia

de

in

div

ídu

os

Classe

O Método Científico

Funciona?

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1 2 3 4 5 6 7 8

Fre

qu

en

cia

Ac

um

ula

da

Classe

O Método Científico

Funciona?

A maioria dos indivíduos nos dois locais eram juvenis

Houve muitos bromélias que tal vez influenciou a carência de indivíduos maiores

A quantidade grande de juvenis versus indivíduos maiores pode ser consequência de uma mortalidade maior de palmeiras mais jovens

O Método Científico

Funciona?

O teste K - V demonstrou que não podemos rejeitar a hipótese nula.

Por isso, as populações de palmeiras nos dois locais tinham a mesma estrutura

O Método Científico

Funciona?

Um exemplo famoso: a energia de uma explosão nuclear

O governo americano queria manter em segredo a produção energética das explosões nucleares.

Porém, fotografias da explosão nuclear foram publicadas na revista Life.

Usando a Analise Dimensional, G.I. Taylor calculou a energia da explosão e o governo americano ficou bravo porque acreditou que houve esvaziamento de informação

O raio, R, da explosão depende do tempo desde a explosão, t, a energia da explosão, E, e a densidade da media, , que a explosão expande

• [R]=m, [t]=s,[E]=kg*m2/s2, =kg/m3

• R=tpEq k

1 2q 3k

0 p 2q

0 q k

q=1/5, k=-1/5, p=2/5

R (E /)1/ 5 t 2 / 5 E R5

t 2

Pode substituir valores múltiplos para r e t para obter estimativas boas de E.

Causas Últimas

Alguns cientistas fazem perguntas sobre as causas últimas.

O método comparativo é mais usado do que a

experimentação. – Bioquímica comparativa – Evolução molecular – Biologia celular comparativa – Anatomia comparativa – Fisiologia comparativa – Sistemática filogenética

Causas Últimas

Na biologia evolutiva, as características da biologia molecular, biologia celular, a estrutura dos organismos, e a biologia de desenvolvimento e a ecologia são comparadas.

Os padrões de similaridade que resultam podem ser usados para testar as hipóteses de relação.

Teorias Científicas Uma hipótese vira teoria após de muitos testes (ou

tentativas de falsificação), todos que não conseguem falsificar a hipótese

Um aspecto importante dos testes é que são realizados por vários grupos usando muitas técnicas independentes

Ou seja, uma teoria é uma hipótese apoiada robustamente.

Por que por definição uma teoria já passou por muitos críticos e tentativas de falsificação, não é provável que você ou qualquer pessoa pode demonstrar com sucesso que uma teoria bem estabelecida seja falsa

Por exemplo, a teoria da evolução de Darwin (o que é aceita normalmente como fato)

Teorias

Uma teoria é uma hipóteses com muito sucesso.

Toda hipótese faz previsão.

Toda teoria faz previsão.

Toda teoria pode ser testada.

Resultado: Qualquer teoria científica é sujeita a mudança quando nossa capacidade de realizar testes, ou fazer observações dos resultados de testes melhora com o tempo.

O que é uma teoria e como ela difere de uma hipótese ou de uma especulação?

• Primeiro, uma teoria tem uma aplicação mais ampla do que uma hipótese

• Segundo, uma teoria é suficiente geral para gerar outras hipóteses específicas novas que podem ser testadas

• E finalmente, comparada a qualquer hipótese, uma teoria geralmente tem o apoio de muitas outras evidencias

Aquelas teorias que a ciência adote (como a teoria da seleção natural) explicam uma diversidade enorme de observações e tem o apoio do acumulo de evidencias

Teorias Científicas

Leis Científicas

Uma lei é “uma afirmação da ordem ou relação que existe para certos fenômenos e é invariável sob as condições especificadas” Webster

Em outras palavras, uma lei é uma hipótese robusta é infalível

Na ciência é considerada errada chamar uma teoria como uma lei

O uso de princípios

Os princípios da biologia e ecologia se derivam de: – Leis da física e química

– O método científico

Porque a vida compartilha uma origem evolutiva comum, os princípios de um grupo taxonômico freqüentemente podem ser aplicado a outros grupos taxonômicos.

Teorias e Leis

Naturais

Teoria: uma descrição do mundo que cobre um número relativamente grande de fenômenos e passou por vários testes observacionais e experimentais

Leis Naturais: teoria (ou grupo de teorias) que foi testado extensivamente e se aplica sempre no universo -fazem parte do marco conceitual da disciplina

Leis Físicas

Primeira Lei da Termodinâmica – a energia não pode ser criada ou destruída, mas pode ser transformada.

– A energia entra o sistema como luz solar. A

energia da luz solar se transforme em ligações químicas por via da fotossíntese.

– Ao quebrar as ligações, a energia é liberada.

Leis Físicas

Segunda Lei da Termodinâmica – os sistemas físicos tendem a um estado de entropia ou desordem.

A energia é necessária para manter a organização

complexa dos organismos vivos (negentropia).

Leis Físicas

“Qualquer pessoa que quer ser biólogo e espera encontrar as leis sem exceções que caracterizam a física ficará muito desapontada." Ernst Mayr

A organização molecular complexa de células vivas se logra e se mantêm somente se existe energia para proporcionar sua organização.

A sobrevivência, o crescimento, e a reprodução de seres vivos precisam de energia que se origina da quebra das moléculas alimentares complexas para formar descartes orgânicos simples.

Observação

Pergunta

Testar previsão Testar previsão

Teste falsifica a hipótese Teste não falsifica a hipótese

Previsão: Trocando a pilha resolve

Previsão: Trocando a lâmpada resolve

Hipótese I: Pilha fraca

Hipótese II: Lâmpada queimada

intuição

Experimento científico puro

Decisão com ajuda de colegas

Decisão com ajuda do sistema

boa Estrutura Da tarefa pobre

+

intuição Análise

Quase experimento com controles relaxados

Ensaio de controle e estatística

ANÁLISE

INTUIÇÃO Qualidade da intuição

Qualidade da

análise

Menos Precisa/ explicita

Definição de conceitos Especificação das relações Medição das magnitudes

mais Precisa/ explicita

MODO “7” 6 5 4 3 2 1

Geração de descritivo estudo estudo experimento Conhecimento (modelo de casos controlado científico positivo) e controle aleatorizado

TOMADA DE “decisão” decisão decisão decisão DECISÃO não cognitiva clínico por (modelo consenso normativo)

PREMISSA: A quase racionalidade é a

meia do continuo cognitivo

Seis pontos da diversidade dentro da ‘quase racionalidade’: – Método cognitivo – desde a intuição até a análise

– Facilidade – do uso de cada modo de cognição

– Grau de controle – desde a intervenção até a representação

– Potencial do conflito interpessoal – baixo (análise) alto (intuição)

– Cobertura – mais intuição mais cobertura

– Correspondência vs. coerência – intuição enfatiza a correspondência, análise enfatiza a coerência

Premissa: Cognição se desloca ao

largo do continuo intuitivo analítico em

função do tempo

As atividades cognitivos podem se deslocar ao largo do contínuo intuitivo e analítico no tempo. Quando isso acontece, as contribuições relativas dos componentes analíticos e intuitivos a quase racionalidade mudarão. A cognição de sucesso inibe movimento, o fracasso estimula o movimento. (Hammond , 1980)

O Tão da auto-correição

Um aspecto chave da ciência é sua qualidade progressiva de auto-correição. Uma sucessão de cientistas que lidam com o mesmo problema utilizam o que foi aprendido anteriormente. É normal que os cientistas verificam as conclusões de outros cientistas e tentam repetir as observações ou experimentos. Entre os cientistas que trabalham com a mesma pergunta, existe competição e cooperação. Os cientistas compartilham informação por meio da publicação, seminários, simpósios, e comunicação pessoal. Também examinam com cuidado o trabalho de outros cientistas.

Na ciência geralmente um teste único não proporciona os resultados que apoiam ou falsificam completamente uma hipótese. Na maior parte dos casos a evidencia serve para modificar a hipótese ou as condições do experimento.

O Tão da auto-correição

A auto-correição implica que teste de hipóteses é geralmente repetido por outras pessoas quando dura como hipótese:

• Impacta o trabalho de outras pessoas (ou seja é importante)

• É plausível (e pessoas querem acreditar que os testes existentes possam apoiar a hipótese)

• Pode ser testada por outras formas

• E contrária ao entendimento anterior

As vezes se uma hipótese é muita absurda então quem propus teria que procurar evidencias a seu favor, e outras pessoas simplesmente rejeitam a hipótese; Isso ocorre especialmente o case se outras pessoas não considera a hipótese como especialmente importante ou plausível:

• Examine a hipótese da fusão fria? Sim!

• Examine a hipótese da movimento perpétuo? Não!

O Sucesso na Ciência

“O sucesso na ciência é recompensado pela atenção. Você somente entre na comunidade científica ao receber a atenção de cientistas colegas. Recebendo essa atenção é a motivação principal para se formar como cientista e de praticar a ciência. Para maximizar esse dom, precisa empregar sua atenção da forma mais produtiva. Não compensa gastar para descobrir coisas já conhecidas. Tampouco a reinvenção de termos não compensa a atenção. Compensa reconhecer o trabalho de outros cientistas." Georg Franck

Na faculdade, se você faz uma nota 8 numa ciência tem retorno de notas boas nas disciplinas, e formam as mesmas destrezas: aprendizagem, síntese, e capacidade de comunicar bem seus pensamentos.

O Método Científico

Funciona?

O método científico como ferramenta.

A ferramenta funciona? – Expectativa da vida

– Taxas de mortalidade

– Adaptação

Existem ferramentas melhores?

Ceticismo

As atitudes de ceticismo derivam dos desejos de evitar perda de tempo com perguntas sem utilidade significante

Por isso a resposta da pergunta (demonstração de ausência de falsificação da hipótese) depende dos proponentes de ideias em vez de seus oponentes

As afirmações extraordinárias, ou aquelas não consistentes com uma base existente de conhecimento que duram no tempo, tipicamente requerem de provas extraordinárias para serem aceitas

Essas provas provem de tentativas rigorosas, robustas e honestas para falsificar a hipótese de forma sem ambiguidade

Teorias Não

Científicas

Não fazem previsões

Não podem ser testadas

Não podem ser falsificadas

Teorias Não

Científicas Os telefones celulares não funcionam?

extraterrestres puxaram a carga. A espaguete não tem sabor? Você precisa

comer alimentos sem sabor. O celular não funciona? Deus está bravo. O Corinthians perde! No instante do gol, o juiz

foi transportado a uma dimensão alternativa onde todo a defesa foi extinta. Acontece instantaneamente.

Teorias Não Científicas

Viking Orbiter (1976) Mars Global Surveyor (1998)

Teorias Não Científicas

A cadeia de eventos necessários para a ocorrência da vida é complicada demais de atribuir a sorte. Por isso, uma inteligência divina precisava causar a origem da vida (Desenho Inteligente).

Astrologia e o Poder

(TIME, May 16, 1988) --

“A primeira dama mechou com a astronomia desde 1967. Em 1981 [Joan] Quigley fez ela crer ….e desde então nenhuma atividade presidencial foi agendada sem a astrologia. Para a cúpula entre Reagan e Gorbachev em Washington, ela fez a leitura de ambos e determinou que o momento mais propicio da cúpula seria as 14 horas em 8 de dezembro de 1987.

“[Donald, ex chefe de gabinete da Casa Branca] Regan e outros fazem um caso forte de que em 1986 e 1987 a influencia astrológica influenciou a eficiência do presidente, pelo menos em parte, porque o Presidente ficou ausente por muito tempo. A intromissão da mulher de Regan para agendar compromissos ‘começou interferir com o conduto normal da presidência,” Regan confiou em entrevista a revista Time (TIME, 16 de maio de 1988)

Falsificação

Uma Teoria Científica verdadeira nós informa quais observações são necessárias para sua falsificação. – Muito distinto de:

• Face na Marte

• Criação

• Desenho Inteligente

• Astrologia

Testes da Seleção

Natural

Quais testes falsificariam a Seleção Natural?

O que aprendemos?

120 Ecologia de Populações

O método cientifico nós permite aproximar a resposta da pergunta

O Método científico usamos todo dia

Identificar a pergunta

Interpretar os resultados

Testar a Hipótese

Publicar os resultados

Formular uma Hipótese

Coletar dados Consultar a Informação Existente

Desafio -Tarefa

Como usar evidencias

Como fazer um

Relatório Científico

Introdução – Indicar a hipótese testada

Métodos – Explicar como você pode conduzir o

experimento

Resultados – Incluir quais gráficos e figuras usará

Discussão – Explicar a relevância possível do estudo

Desafio -Tarefa Invente um teste científico para alguma

pseudociência (astrologia, tarô, búzios). – Qual afirmação está testando?

– Como fará o teste?

Responde o questionário

no site usando as dicas

de um relatório científico

(a seguir)

Desafio Pense em duas decisões comuns mais muito diferentes

(qualitativamente) que você enfrenta nas disciplinas Para cada um descreva a:

– Complexidade da estrutura da tarefa (número de dicas; se são redundantes; qualquer princípio de organização?)

– Ambiguidade do conteúdo da tarefa (disponibilidade de um princípio de organização; familiaridade do conteúdo da tarefa; possibilidade de precisão)

– Forma de apresentação da tarefa (decomposição da tarefa; definição das dicas; tempo de resposta permitida ou implícita).

Pense em qual modo de cognição que você deve usar para o problema e o que você realmente usa diariamente ?

TAREFA

1. Escreve sua definição do método científico.

2. Distinguir entre uma “hipótese” e uma “previsão.”

3. Como isso relaciona a uma hipótese “estatística”

versus uma hipótese “científica”?

4. Como a ciência difere das atividades humanas

cotidianas?