Deney okuma ve değişkenler

Bir öğrenci evdeki saksı bitkisini cama yakın, ötekini odanın içine koyuyor. Birkaç hafta sonra cam kenarındaki bitkinin daha gür büyüdüğünü görüyor ve "ışık bitkiyi büyütür" diye not alıyor. Sonra bir şey fark ediyor: cam kenarındaki bitkiyi daha sık sulamış, üstelik o saksının toprağı da daha yeniydi. Büyümenin nedeni ışık mı, su mu, toprak mı? Gözlemi doğruydu, ama deneyi bu soruyu yanıtlayamıyordu. Bir önceki derste konuları kavram haritasıyla toplamayı gördük. Biyolojinin bilgisi ise deneylerden gelir ve sınav da sık sık bir deney anlatıp ondan hangi sonuca ulaşılabileceğini sorar. Bu ders, bir deney metninde neyin bilerek değiştirildiğini, neyin ölçüldüğünü ve neyin sabit tutulduğunu bulmayı; verinin neyi desteklediğini ve neyi desteklemediğini ayırt etmeyi öğretiyor.

• Bağımsız, bağımlı ve sabit tutulan değişkenleri bir deney metninden ayırırsın.
• Kontrol grubunu kontrol değişkeninden ayırır, canlılarla yapılan deneylerin özel gereklerini açıklarsın.
• Verinin desteklediği sonucu, verinin dışına taşan iddiadan ayırt edersin.
• Hipotez, teori ve kanun arasındaki farkı biyoloji örnekleriyle açıklarsın.

Bir deneyin iskeleti

Her deney bir soruyla başlar: "Işık bir su bitkisinin oksijen üretimini etkiler mi?" Soruya verilen sınanabilir geçici cevaba hipotez denir: "Işık şiddeti arttıkça oksijen üretimi artar." Ardından hipotezi sınayacak bir tasarım kurulur, veri toplanır ve verinin hipotezi destekleyip desteklemediğine bakılarak bir sonuç çıkarılır. Biyoloji soruları bu iskeletin herhangi bir parçasını sorabilir: hipotezi, değişkenleri, kontrol grubunu ya da verinin izin verdiği sonucu.

Üç değişken

Bir su bitkisi düşünelim. Bitki bir deney tüpündeki suya konur ve tüpe farklı uzaklıklardan bir lamba tutulur. Her uzaklıkta bitkinin dakikada çıkardığı oksijen kabarcıkları sayılır.

• Bağımsız değişken, deneyi yapanın bilerek değiştirdiği değişkendir: burada ışığın şiddeti.
• Bağımlı değişken, bağımsız değişkene göre değişip değişmediği ölçülen değişkendir: burada dakikadaki kabarcık sayısı.
• Sabit tutulan (kontrol) değişkenler, sonucu etkileyebileceği için bütün denemelerde aynı bırakılan koşullardır: suyun sıcaklığı, bitkinin türü ve büyüklüğü, suyun miktarı, sayım süresi.

Bir deneyde yalnızca bir değişken bilerek değiştirilir. Kanca'daki öğrencinin sorunu buydu: ışık, su ve toprak aynı anda farklıydı ve farkın nedeni ayırt edilemiyordu.

Kontrol değişkeni ile kontrol grubu

Bu iki terim sık karıştırılır. Kontrol değişkeni sabit tutulan bir koşuldur. Kontrol grubu ise sınanan etkenin uygulanmadığı, karşılaştırma için kullanılan gruptur. Bir gübrenin bitki büyümesine etkisi sınanıyorsa gübre verilen bitkiler deney grubunu, hiç gübre verilmeyen ama başka her bakımdan aynı koşullarda tutulan bitkiler kontrol grubunu oluşturur. Deney grubundaki değişimin gübreden geldiği, ancak gübresiz bir grupla karşılaştırıldığında anlaşılır.

Canlılarla deneyin özel gerekleri

Canlılar birbirinin aynısı değildir; aynı türden iki bitki bile farklı hızlarda büyüyebilir. Bu yüzden biyoloji deneylerinde her grupta çok sayıda birey kullanılır ve deney tekrarlanır. Tek bir bireyin sonucu ortalamadan sapabilir; çok sayıda bireyin ortalaması ise güvenilir bir eğilim gösterir.

İnsanlarla yapılan ilaç denemelerinde bir sorun daha vardır: iyileşme beklentisi de sonucu etkileyebilir. Bu yüzden kontrol grubuna, gerçek ilaçla aynı görünen ama etken madde içermeyen bir plasebo verilir. Katılımcılar hangi grupta olduklarını bilmezse deneye kör deney, araştırmacılar da bilmezse çift kör deney denir. Böylece hem katılımcının beklentisi hem araştırmacının yorumu sonucu yönlendiremez.

Canlılarla deneyde etik

Canlılarla yapılan deneyler, cansız maddelerle yapılanlardan farklı olarak etik kurallara bağlıdır. Hayvanlarla yapılan araştırmalarda gereksiz acıdan kaçınılması, kullanılan hayvan sayısının olabildiğince azaltılması ve mümkün olduğunda hayvan kullanmayan yöntemlerin tercih edilmesi beklenir. İnsanlarla yapılan araştırmalarda katılımcılar deneyin amacı ve olası riskleri hakkında önceden bilgilendirilir ve onayları alınır. Bir deneyin bilimsel olarak iyi tasarlanmış olması, onu etik açıdan kabul edilebilir kılmaya tek başına yetmez.

Tarihten iki deney

On yedinci yüzyılda Francesco Redi, kurtçukların etten kendiliğinden oluştuğu inancını sınadı. Et parçalarını açık kavanozlara ve ağzı tülle kapatılmış kavanozlara koydu. Sineklerin ulaşabildiği açık kavanozlardaki ette kurtçuklar görüldü; sineklerin ulaşamadığı kavanozlarda görülmedi. Bağımsız değişken sineklerin ete erişimi, bağımlı değişken kurtçuk oluşumuydu. On dokuzuncu yüzyılda Louis Pasteur, kaynatılmış et suyunu boynu kıvrık, kuğu boynu biçiminde şişelerde bekletti. Hava girebiliyor ama tozlar kıvrımda tutuluyordu ve et suyu bozulmadı; şişenin boynu kırılınca bozulma başladı. İki deney de canlıların kendiliğinden oluşmadığını, canlılardan geldiğini destekledi.

Verinin söylediği kadar

Bir deneyden çıkarılabilecek sonuç, verinin kapsadığı aralıkla sınırlıdır. Fasulye tohumları 10, 20 ve 30 °C'de çimlendirilmiş ve en hızlı çimlenme 30 °C'de görülmüşse, 40 °C'de çimlenmenin daha da hızlı olacağı söylenemez; o sıcaklık denenmemiştir. Ayrıca iki değişkenin birlikte değişmesi, birinin ötekinin nedeni olduğunu göstermez. Yaz aylarında hem dondurma satışı hem de boğulma olayları artar, ama dondurma boğulmaya yol açmaz; ikisini de sıcak hava artırır. Sınavdaki "hangisine ulaşılabilir?" ve "hangisine ulaşılamaz?" soruları tam olarak bu sınırı ölçer.

Hipotez, teori, kanun

Hipotez, sınanabilir ve geçici bir açıklamadır; desteklenebilir ya da çürütülebilir. Teori, çok sayıda gözlem ve deneyle desteklenmiş, olayların nedenini açıklayan geniş bir açıklama çerçevesidir; bütün canlıların hücrelerden oluştuğunu ve hücrelerin var olan hücrelerden geldiğini söyleyen hücre teorisi buna örnektir. Kanun, doğada tekrar tekrar gözlenen bir düzenliliği betimleyen genellemedir; Mendel'in ilkeleri, özelliklerin döllere nasıl dağıldığını sayısal oranlarla tanımlar. Teori ile kanun bir basamağın iki ucu değildir; teori nedeni açıklar, kanun düzenliliği tanımlar. Bir açıklama ne kadar güçlü desteklenirse desteklensin kanuna dönüşmez. Bilimsel bilgi yeni kanıtlarla değişebilir; bu, bilimin zayıflığı değil, kendini düzeltme yoludur.

Deney sorusunu okuma sırası

Bir deney sorusu dört soruyla okunur: Ne bilerek değiştirildi? Ne ölçüldü? Ne sabit tutuldu? Seçenekteki sonuç verinin içinde mi, dışında mı? Bu dört sorunun cevabı, çoğu deney sorusunun cevabını da verir. Soru bir tablo ya da grafikle gelirse aynı dört soru eksenlere ve sütun başlıklarına uygulanır.

Oryantasyon böylece üç alışkanlığı tamamlamış oluyor: ezberi ilişkiye bağlamak, konuyu haritada toplamak ve deneyi okumak. Sıradaki birim, biyolojideki başlangıç noktanı ölçen tanı testidir.

Örnek 1 — Değişkenleri ayırmak

Soru: Bir su bitkisine farklı uzaklıklardan lamba tutulup dakikada çıkan oksijen kabarcıkları sayılıyor. Bağımsız değişken hangisidir?

• A) Kabarcık sayısı
• B) Suyun sıcaklığı
• C) Bitkinin türü
• D) Işığın şiddeti
• E) Sayım süresi

Çözüm: Deneyci yalnız lambanın uzaklığını, yani ışığın şiddetini değiştirir. Cevap: D.

Örnek 2 — Kontrol grubu

Soru: Bir gübrenin bitki büyümesine etkisi sınanıyor. Kontrol grubu hangisidir?

• A) Gübresiz ama başka her bakımdan aynı koşullarda tutulan bitkiler
• B) İki kat gübre verilen bitkiler
• C) Hiç su verilmeyen bitkiler
• D) Karanlıkta tutulan bitkiler
• E) Farklı türden bitkiler

Çözüm: Kontrol grubu, sınanan etkenin uygulanmadığı karşılaştırma grubudur. Cevap: A.

Örnek 3 — Verinin sınırı

Soru: Tohumlar 10, 20 ve 30 °C'de çimlendiriliyor; en hızlı çimlenme 30 °C'de oluyor. Hangisine bu veriyle ulaşılamaz?

• A) Denenen sıcaklıklar içinde en hızlı çimlenme 30 °C'dedir.
• B) 10 °C'de çimlenme 30 °C'dekinden yavaştır.
• C) 40 °C'de çimlenme 30 °C'dekinden de hızlıdır.
• D) Sıcaklık çimlenme hızını etkilemiştir.
• E) Denenen aralıkta sıcaklık arttıkça çimlenme hızlanmıştır.

Çözüm: 40 °C denenmediği için hakkında sonuç çıkarılamaz. Cevap: C.

Örnek 4 — Teori

Soru: "Bütün canlılar hücrelerden oluşur ve hücreler var olan hücrelerden gelir." ifadesi hangisine örnektir?

• A) Bir hipotez
• B) Bir teori
• C) Bir gözlem
• D) Bir bağımlı değişken
• E) Bir plasebo

Çözüm: Bu, çok sayıda kanıtla desteklenmiş geniş bir açıklama olan hücre teorisidir. Cevap: B.

• Aynı anda birden çok değişkeni değiştirmek. Farkın nedeni ayırt edilemez.
• Kontrol değişkenini kontrol grubuyla karıştırmak. Biri sabit koşul, öteki karşılaştırma grubudur.
• Tek bireyin sonucuna güvenmek. Canlılar arası fark sonucu yanıltır.
• Verinin dışına sonuç taşımak. Denenmemiş koşul hakkında hüküm verilmez.
• Birlikte değişmeyi neden-sonuç sanmak. Ortak bir üçüncü neden olabilir.