Μελετώντας τον τρόπο που οι Επιστήμονες Ερευνούν

Πηγή: Wired Magazine (Από το tvxs.gr 18 Ιανουαρίου 2010)
Ο Kevin Dunbar είναι ένας ερευνητής ο οποίος μελετά τον τρόπο που οι επιστήμονες ερευνούν – το πως αποτυγχάνουν και επιτυγχάνουν. Στις αρχές της δεκαετίας του ’90 ξεκίνησε μια έρευνα άνευ προηγουμένου: να παρατηρεί τέσσερα εργαστήρια βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Stanford.
Αρκετοί φιλόσοφοι έχουν ασχοληθεί με την δημιουργία των θεωριών για το πώς συμβαίνει η επιστήμη, αλλά ο Dunbar θέλησε να πάει παραπέρα από τη θεωρία. Γνώριζε ότι οι επιστήμονες συχνά δεν σκέφτονται με τον τρόπο που υπαγορεύουν τα εγχειρίδια, άλλωστε πιστεύει αυτό που είπε ο Richard Feynman: «η φιλοσοφία της επιστήμης είναι περίπου τόσο χρήσιμη στους επιστήμονες όσο είναι και η ορνιθολογία στα πτηνά». Έτσι, ξεκίνησε μια έρευνα in vivo, επιχειρώντας να μάθει από την ακαταστασία των πραγματικών πειραμάτων.
Έτσι, πέρασε τον επόμενο χρόνο παρατηρώντας έγγραφα και δοκιμαστικούς σωλήνες: οι ερευνητές ήταν το κοπάδι του κι ο ίδιος ορνιθολόγος. Κατέγραψε συζητήσεις από τα συνεδριάσεις των επιστημόνων, διάβασε σπουδαίες προτάσεις και προσχέδια εργασιών, έριξε ματιές σε σημειωματάρια, παρακολούθησε συναντήσεις στα εργαστήρια, βιντεοσκόπησε συνεντεύξεις. Πέρασε τέσσερα χρόνια αναλύοντας τα δεδομένα.
Παρόλο που οι ερευνητές χρησιμοποιούσαν κατά κύριο λόγο καθιερωμένες τεχνικές, το 50% τουλάχιστον των δεδομένων τους ήταν απρόσμενο (ενώ σε ορισμένα εργαστήρια ξεπερνούσε και το 75%). «Οι επιστήμονες είχαν αυτές τις λεπτομερείς θεωρίες σχετικά με αυτό που υπετίθετο ότι θα συνέβαινε, αλλά τα αποτελέσματα διαρκώς αντιτασσόταν στις θεωρίες τους. Δεν ήταν ασυνήθιστο για κάποιον να περάσει ένα μήνα πάνω σε ένα σχέδιο και μετά τα πετάξει στα σκουπίδια τα δεδομένα, γιατί απλά δεν έβγαζαν νόημα.
Αυτά τα στατιστικά στοιχεία συνεπήραν τον Dunbar. Η επιστημονική διαδικασία άλλωστε υποτίθεται ότι είναι μια οργανωμένη και τακτική αναζήτηση της αλήθειας, γεμάτη καλαίσθητες υποθέσεις και μεταβλητές ελέγχου/ Παρόλα αυτά, όταν παρατηρούνται από κοντά τα πειράματα αυτή η εξιδανικευμένη εκδοχή του εργαστηρίου κατέρρεε, και την θέση της έπαιρνε ένα ατέλειωτο απόθεμα απογοητευτικών εκπλήξεων.
«Αυτοί οι άνθρωποι δεν είναι τσαπατσούληδες. Εργάζονται σε ορισμένα από τα καλύτερα εργαστήρια του κόσμου. Αλλά τα πειράματα σπάνια μας λένε αυτά που νομίζουμε ότι θα μας πουν. Αυτό είναι το βρώμικο μυστικό της επιστήμης», λέει ο Dunbar.
Πως αντιδρούν όμως οι επιστήμονες σε αυτά τα αναπάντεχα δεδομένα; Πως χειρίζονται την αποτυχία; Ο Dunbar συνειδητοποίησε ότι η ευρεία πλειοψηφία των ανθρώπων στα εργαστήρια ακολουθούσε την ίδια βασική στρατηγική. Πρώτα, έριχναν το φταίξιμο στη μέθοδο. Το αναπάντεχο εύρημα ταξινομείτο ως απλό λάθος, ίσως λόγω του μηχανήματος ή ενός χαλασμένου ενζύμου. Μετά επαναλάμβαναν προσεκτικά το πείραμα. Μερικές φορές το παράξενο εύρημα εξαφανιζόταν και το πρόβλημα δεν υπήρχε πια. Αλλά συνήθως κάτι το παράξενο συνέχιζε να παρουσιάζεται, μια ανωμαλία που δεν εξαφανιζόταν.
Αυτό είναι το σημείο που τα πράγματα αποκτούν ενδιαφέρον. Σύμφωνα με τον Dunbar, ακόμη και μετά από πολλαπλή παραγωγή του «σφάλματος», οι επιστήμονες συνήθως δεν ακολουθούσαν αυτό το στοιχείο. «Δεδομένου του συνόλου των αναπάντεχων ευρημάτων στην επιστήμη, είναι απλά ανέφικτο να διερευνηθούν όλα» λέει ο Dunbar. «Πρέπει να διαλέξουν τι είναι ενδιαφέρον και τι όχι, αλλά συνήθως επιλέγουν λάθος». Κι έτσι το αποτέλεσμα του πειράματος συνήθως καταλήγει στον κάδο. Οι επιστήμονες είχαν ανακαλύψει ένα νέο δεδομένο αλλά το αποκάλεσαν αποτυχία.
Στην απόπειρά του να κατανοήσει περαιτέρω το πώς οι άνθρωποι αντιμετωπίζουν τα παράφωνα δεδομένα, ο Dunbar πραγματοποίησε ορισμένα δικά του πειράματα. Σε μια μελέτη του 2003, έβαλε τελειόφοιτους του Dartmouth College να παρακολουθήσουν δυο μικρά βίντεο που δείχνουν δυο μπάλες, διαφορετικού μεγέθους, να πέφτουν. Το υλικό ήταν μια αναπαραγωγή του διάσημου και ίσως απόκρυφου πειράματος του Γαλιλαίου, κατά το οποίο έριξε μπάλες κανονιού διαφορετικού μεγέθους από τον Πύργο της Πίζας. Οι μεταλλικές μπάλες προσγειώθηκαν όλες ταυτόχρονα – μια διάψευση του Αριστοτέλη, ο οποίος υποστήριξε ότι τα βαρύτερα αντικείμενα έπεφταν πιο γρήγορα.
Ο Dunbar ζήτησε από τους φοιτητές ενώ παρακολουθούσαν το υλικό, να επιλέξουν την πιο ακριβή αναπαράσταση της βαρύτητας. Χωρίς εκπλήξεις, οι τελειόφοιτοι χωρίς σχέση με τη Φυσική διαφώνησαν με τον Γαλιλαίο. Θεώρησαν μη ρεαλιστική την εκδοχή ότι οι δυο μπάλες έπεφταν με τον ίδιο ρυθμό. Επιπλέον, ο Dunbar παρακολουθούσε τους φοιτητές με ένα μηχάνημα fMRI (μετράει την αιμοδυναμική ανταπόκριση στον εγκέφαλο), ανακάλυψε ότι στους τελειόφοιτους εκτός Φυσικής, κατά την παρακολούθηση του σωστού βίντεο, πυροδοτούνταν μια συγκεκριμένη σειρά εγκεφαλικών ενεργειών. Υπήρχε δραστηριότητα στο τμήμα του εγκεφάλου ACC το οποίο τυπικά συνδέεται με την αντίληψη σφαλμάτων και αντιφάσεων.
Μέχρι στιγμής, είναι προφανές: οι τελειόφοιτοι είναι αγράμματοι επιστημονικά. Αλλά ο Dunbar προχώρησε επίσης στο ίδιο πείραμα με τελειόφοιτους στην Φυσική. Όπως ήταν αναμενόμενο, η μόρφωσή τους τους επέτρεψε να εντοπίσουν το σφάλμα, κι έτσι ήταν το εσφαλμένο βίντεο που ενεργοποίησε το τμήμα ACC.
Υπάρχει ακόμα μία περιοχή του εγκεφάλου που μπορεί να ενεργοποιηθεί καθώς επεξεργαζόμαστε την πραγματικότητα, ο πλαγιοπίσθιος προμετωπικός φλοιός ή αλλιώς DLPFC. Βρίσκεται ακριβώς πίσω από το μέτωπό μας και είναι ένα από τα τελευταία μέρη του εγκεφάλου που αναπτύσσεται στους ενήλικους. Παίζει κρίσιμο ρόλο στην καταστολή των αποκαλούμενων ανεπιθύμητων αναπαραστάσεων, να ξεφορτώνεται τις σκέψεις που δεν συνάδουν με τις αντιλήψεις μας. Αυτό το σημείο για τους επιστήμονες είναι πρόβλημα.
Όταν οι φοιτητές Φυσικής είδαν το αριστοτελικό βίντεο, το DLPFC ενεργοποιήθηκε και γρήγορα διέγραψαν την εικόνα από το υποσυνείδητό τους. (Όταν το DLPFC έχει υποστεί ζημιά, οι άνθρωποι συχνά παλεύουν για να συγκεντρωθούν, αφού δεν μπορούν να φιλτράρουν τα άσχετα ερεθίσματα). Το DLPFC λογοκρίνει συνέχεια τον κόσμο, διαγράφοντας γεγονότα από τις εμπειρίες μας. Αν το ACC είναι το κύκλωμα για τον εντοπισμό σφαλμάτων, το DLPFC είναι πλήκτρο Delete.
Αυτό δείχνει ότι δεν αναπαράγονται ακριβώς ίδια όλα τα δεδομένα στο μυαλό μας: όταν πρόκειται για την ερμηνεία των πειραμάτων, βλέπουμε αυτό που θέλουμε και αγνοούμε τα υπόλοιπα. Οι φοιτητές Φυσικής, για παράδειγμα, δεν είδαν το βίντεο και αναρωτήθηκαν αν ο Γαλιλαίος έχει δίκιο. Αντίθετα, επέδειξαν πίστη στη θεωρία και αγνόησαν ότι δεν μπορούσαν να εξηγήσουν. Η πίστη, με άλλα λόγια, είναι ένα είδος τύφλωσης.
Ενώ η επιστημονική διαδικασία θεωρείται τυπικά ως μια μοναχική επιδίωξη, οι ερευνητές λύνουν μόνοι τους προβλήματα, ο Dunbar ανακάλυψε ότι οι περισσότερες επιστημονικές ιδέες προέκυπταν στις συναντήσεις στα εργαστήρια, σε αυτές τις εβδομαδιαίες συνεδρίες κατά τις οποίες οι άνθρωποι παρουσιάζουν δημοσίως τα δεδομένα τους. Αυτό που είχε ενδιαφέρον ήταν ότι το πιο σημαντικό πράγμα στις συναντήσεις αυτές δεν ήταν τα όσα παρουσιαζόταν αλλά ο διάλογος που ακολουθούσε. Ο Dunbar παρατήρησε ότι οι (ενίοτε θερμές) ερωτήσεις των σκεπτικιστών συχνά πυροδοτούσαν σημαντικές εξελίξεις, καθώς οι επιστήμονες αναγκαζόταν να αναθεωρήσουν δεδομένα που είχαν πριν αγνοήσει. Η νέα θεωρία ήταν προϊόν μιας αυθόρμητης συζήτησης, όχι μοναξιάς.
Γι’ αυτό οι άλλοι άνθρωποι μπορούν προσφέρουν τόση βοήθεια: μας σοκάρουν και βγαίνουμε από τις αντιληπτικές συνήθειες μας. «Το είδα να συμβαίνει επανειλημμένα. Ένας επιστήμονας να προσπαθεί να εξηγήσει την προσέγγισή του, οι άλλοι να είναι αμυντικοί, και μετά να έχουν αυτήν προβληματισμένη έκφραση στο πρόσωπό τους. Σαν να κατάλαβαν επιτέλους τι ήταν το σημαντικό».
Αυτό που προέκυψε να είναι τόσο σημαντικό, φυσικά, ήταν το αναπάντεχο αποτέλεσμα, η έκβαση του πειράματος που γινόταν αντιληπτή ως λάθος. Η απάντηση ήταν εκεί εξαρχής – απλά το απέκρυπτε η ατελής θεωρία και ο στενόμυαλος εγκέφαλός μας. Με άλλα λόγια, ο Bob Dylan έχει δίκιο: «Δεν υπάρχει επιτυχία σαν την αποτυχία».

Ζωή στα βάθη των ωκεανών - Επιστημονική μελέτη αποκάλυψε νέα είδη εκεί όπου παλαιότερα θεωρείτο έρημος

Από Α. Ρ., Reuters και εφημερίδα Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ

Eνας υπέροχος κόσμος ζει, κινείται και πολλαπλασιάζεται μακριά από τα ανθρώπινα μάτια, στα μεγάλα βάθη των ωκεανών, δηλαδή, από διακόσια έως πέντε χιλιάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια των υδάτων. Αυτόν ακριβώς τον «θαυμαστό καινούργιο κόσμο» ανακάλυψε διεθνής επιστημονική ομάδα μετά από έρευνα δέκα ετών.
Τη μελέτη, που αποκαλύπτει πολλά νέα είδη, πραγματοποιούν δύο χιλιάδες επιστήμονες από 80 κράτη, οι οποίοι συμμετέχουν στην πρώτη παγκόσμια καταγραφή θαλάσσιων ειδών. Το πρόγραμμα θα ολοκληρωθεί τον Οκτώβριο του 2010.
Κάνοντας χρήση των μέσων που παρέχει η σύγχρονη τεχνολογία, όπως είναι, παραδείγματος χάρη, οι υποβρύχιες κινηματογραφικές μηχανές λήψης, που μπορούν να φτάσουν σε μεγάλο βάθος και οι συσκευές σόναρ, οι ερευνητές από το 2000 έως σήμερα έχουν καταγράψει 17.650 θαλάσσια είδη κάθε μορφής και τύπου από καβούρια έως γαρίδες και σκώληκες, τα οποία επιβιώνουν σε βάθη μεγαλύτερα των διακοσίων μέτρων. Αξίζει να σημειωθεί ότι έπειτα από αυτό το όριο δεν υπάρχει ηλιακό φως.
Στην πλειονότητά τους τα είδη στα μεγάλα θαλάσσια βάθη ζουν τρώγοντας περιττώματα ειδών που ζουν σε μικρότερο βάθος. Ορισμένα καταναλώνουν αποκλειστικά και μόνο βακτήρια τα οποία αποσυνθέτουν πετρέλαιο, θείο και μεθάνιο, ή τρέφονται με τα οστά των νεκρών φαλαινών.
Ο Εντουαρντ Βάντεν Μπέργκε, διευθυντής του Ωκεανογραφικού Βιογεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (OBIS), που διαχειρίζεται τα στοιχεία που συλλέγονται, επισημαίνει ότι ο αριθμός των οργανισμών που ζουν στα μεγάλα βάθη είναι πολύ μικρός συγκριτικά με το πλήθος των ειδών που ζουν κοντύτερα στην επιφάνεια. Και πάλι, όμως, δεν είναι αμελητέος. Οι ερευνητές του ΟΒΙS κατέγραψαν 5.722 είδη, τα οποία ζουν σε βάθος μεγαλύτερο των χιλίων μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας.
Τουλάχιστον 344 ερευνητές από 34 κράτη έχουν αφιερωθεί στη μελέτη των ειδών που ζουν σε μεγάλα βάθη. Με την προσπάθειά τους θα καταφέρουν να ρίξουν άπλετο φως σε αυτόν τον μαγικό κόσμο και τις συνήθειες του, που μέχρι πρόσφατα παρέμενε εντελώς άγνωστος.
Ανάμεσα στα πιο παράξενα είδη που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά – σε βάθος δύο έως δυόμισι χιλιάδων μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας– είναι ένα επίμηκες πορτοκαλί ον, αλλά και ένα πρωτόγονο χταπόδι, το οποίο κινείται χάρη σε ένα πελώριο ζευγάρι πτερυγίων. Ακριβώς σε αυτά τα παράξενα πτερύγια οφείλεται και το όνομα «Ντάμπο» που έδωσαν οι επιστήμονες. Το παράξενο χταπόδι ζει σε βάθη από χίλια έως τρεις χιλιάδες μέτρα. Το ζώο που εντόπισαν οι ερευνητές είχε μήκος δύο μέτρων και ζύγιζε έξι κιλά. Επίσης ανακαλύφθηκαν περισσότερα από 40 νέα είδη κοραλλιών και ολόκληροι κήποι από θαλάσσιες ανεμώνες.
«Πριν από μερικά χρόνια πιστεύαμε ότι τα βάθη των ωκεανών είναι μια ατελείωτη, συνεχής και ανιαρή έρημος. Και όμως, αυτοί οι ανεξερεύνητοι τόποι σφύζουν από ζωή. Πιστεύουμε ότι πρόκειται να βρούμε και άλλα πολλά και πολύ ενδιαφέροντα είδη», προσέθεσε η Τζέσι Οσιμπελ του Ιδρύματος Αλφρεντ Π. Σλόαν.
Οπως εξήγησε χαρακτηριστικά ο Ρόμπερτ Κάρνεϊ του Πανεπιστημίου της Λουιζιάνας, ο οποίος συμμετέχει στο πρόγραμμα καταγραφής των θαλασσίων ειδών σε όλο τον πλανήτη, είναι πολύ δύσκολο να κατανοήσει κανείς σε ποιους παράγοντες οφείλεται η τεράστια βιοποικιλότητα που παρατηρείται σε τόσο μεγάλα βάθη, όπου, μάλιστα, δεν αφθονεί η τροφή. «Αυτά τα μέρη του πλανήτη, τα βάθη των ωκεανών, πιστεύαμε ότι δεν θα είχαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, ότι θα είναι παντού ίδια. Κι όμως, είναι συστήματα πολύ περίπλοκα, που αξίζει να μελετηθούν ενδελεχώς».
Η αλήθεια, όμως, είναι ότι παρά την τιτάνια επιστημονική προσπάθεια, οι ερευνητές πιστεύουν ότι ακόμα και μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος, οι ωκεανοί θα κρατήσουν μακριά από τον άνθρωπο τα μυστικά τους.

Παρ’ ολίγον γονίδιο λόγου στους χιμπατζήδες

Από την εφημερίδα Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ (Πέμπτη 12 Νοεμβρίου 2009).

Δύο μεταλλάξεις που παρατηρούνται σε ένα γονίδιο, κοινό σε ανθρώπους και χιμπατζήδες, ίσως αποτελούν την απάντηση στην ερώτηση γιατί ο άνθρωπος διαθέτει την ικανότητα του λόγου, ενώ τα μεγάλα πρωτεύοντα, όπως ο χιμπατζής, μπορούν να παράγουν μόνο κάποιους ήχους.
Τα αποτελέσματα της επιστημονικής έρευνας ίσως βοηθήσουν στην εξεύρεση νέων φαρμάκων για ανίατες έως σήμερα ασθένειες, που διαταράσσουν τον λόγο, όπως είναι η σχιζοφρένεια και ο αυτισμός. Πριν από δέκα χρόνια, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα μέλη μιας οικογένειας έπασχαν από μια σπάνια κληρονομική διαταραχή του λόγου. Ολοι διέθεταν μια μετάλλαξη στο γονίδιο που ονομαζόταν FOXP2.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν στη συνέχεια ότι ασθενείς που είχαν κάποια άλλη διαταραχή του λόγου, αναπτυξιακή δυσφασία, επίσης διέθεταν μεταλλάξεις στο ίδιο γονίδιο. Βιολόγοι που μελετούσαν το γονίδιο FOXP2 στον χιμπατζή, τον πλησιέστερο από εξελικτικής απόψεως συγγενή του ανθρώπου, διαπίστωσαν ότι μόνο δύο από τα εκατοντάδες αμινοξέα της πρωτεΐνης που παράγεται από το γονίδιο διέφεραν στα δύο είδη.
Θα μπορούσε αυτή η μικρή γενετική ποικιλομορφία να είναι το κλειδί που επιτρέπει στον άνθρωπο να αναπτύξει την ικανότητα του λόγου, σε αντίθεση με όλα τα υπόλοιπα ζώα. Κάποιοι ειδικοί υπέδειξαν ότι το συγκεκριμένο ζευγάρι αμινοξέων αποτελούσε απόδειξη της ταχείας εξέλιξης του ανθρώπου, και σε αυτό ακριβώς οφειλόταν η ικανότητα του λόγου.
Αλλοι, αντιθέτως, υποστήριξαν ότι τα αμινοξέα αυτά δεν είχαν καμιά σχέση με την ικανότητά μας να μιλάμε. Ο καθηγητής Ντάνιελ Γκέσγουιντ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια σχεδίασε και πραγματοποίησε τα πρώτα πειράματα σύγκρισης του FOXP2 που διέθεταν οι χιμπατζήδες με την εξελιγμένη ποικίλη μορφή που διαθέτουν οι άνθρωποι. Τα εργαστηριακά τεστ επικεντρώθηκαν στη γενετική έκφραση, τη διαδικασία κατά την οποία ένα γονίδιο του γενετικού μας κώδικα ευθύνεται για την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών.
Επίσης, οι ερευνητές μελέτησαν το ενδεχόμενο το FΟΧP2 να διαθέτει την ικανότητα να ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί άλλα γονίδια. «Διαπιστώσαμε ότι το FOXP2 δρα κατά τρόπο, ώστε ορισμένα γονίδια να δραστηριοποιούνται διαφορετικά στον άνθρωπο από ό,τι στον χιμπατζή» εξηγεί ο Γκέσγουιντ.
Στον άνθρωπο, το γονίδιο πυροδοτεί μεταβολές στις περιοχές του φλοιού του εγκεφάλου που ελέγχουν τις ανώτερες διανοητικές λειτουργίες και τη γλώσσα, ενώ, παραδόξως, επηρέαζε και ένα άλλο τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει τις γνωσιακές διαδικασίες και τον συντονισμό των κινήσεων. «Πιστεύουμε ότι το FOXΡ2 (στον άνθρωπο) ελέγχει και τους μηχανισμούς της εκφοράς λόγου σε όλα τα επίπεδα», εξήγησε ο Γκέσγουιντ.