Bilimsel Araştırma Süreçlerinde Bilimin Doğası

Bilimin doğası; bilimin ne olduğunu, bilimsel bilginin diğer bilgi türlerinden (sanat, felsefe, geleneksel bilgi) hangi yönleriyle ayrıldığını, nasıl üretilip geliştiğini ve toplumla nasıl etkileştiğini ele alan yaklaşımdır. Biyoloji araştırmalarında bilimin doğasını anlamak, bilimsel haberleri ve iddiaları eleştirel gözle değerlendirmemizi sağlar.

Bilimsel bilginin en temel özelliği olgusal ve kanıta dayalı (empirik) olmasıdır. Biyologlar canlılarla ilgili bir iddiayı ortaya atarken doğrudan veya dolaylı gözlemlerden ve kontrollü deneylerden elde edilen kanıtlara dayanır.

Ancak bilimde her araştırmanın mutlaka laboratuvar deneyiyle yapılması şart değildir. Örneğin nesli tükenmiş canlıların fosillerini inceleyen bir paleontolog veya göçmen kuşların davranışlarını izleyen bir ekolog deney yapmadan, sistematik doğa gözlemleri ve karşılaştırmalı kanıtlarla bilimsel bilgi üretir. Dolayısıyla bilimde her zaman izlenen tek bir basamaklı bilimsel yöntem yoktur; araştırmanın konusuna göre farklı bilimsel yollar kullanılır.

Bilimsel araştırmalarda en sık karıştırılan iki kavram gözlem ve çıkarımdır. Gözlem, doğal dünyadaki varlık veya olaylar hakkında duyu organları ya da ölçüm araçları yardımıyla doğrudan veri toplama işlemidir. Sadece beş duyu organıyla yapılan ve sayısal ölçüm içermeyen gözlemlere nitel gözlem (örneğin “Yaprağın rengi sararmış.”); cetvel, termometre, terazi, pH metre gibi ölçüm araçlarıyla yapılan ve sayısal birim içeren gözlemlere ise nicel gözlem (örneğin “Bitkinin boyu 24 cm, yaprak sayısı 12’dir.”) denir.

Çıkarım ise yapılan gözlemlerin ötesine geçerek, toplanan verilerin nedenine ilişkin mantıksal bir yorum veya açıklama yapmaktır. Gözlem doğrudan algılanan durumu bildirirken, çıkarım o durumun perde arkasındaki sebebi yorumlar.

Örneğin bir mikroskop altında incelenen doku örneğinde “Hücrelerde çok sayıda mitokondri organeli görülüyor.” ifadesi bir gözlemdir; buna dayanarak “Bu doku hücrelerinin enerji (ATP) ihtiyacı çok yüksektir.” demek ise bilimsel bir çıkarımdır.

Araştırma sürecinde tespit edilen bir probleme veya gözleme yönelik sunulan, deney ve gözlemlerle sınanabilir (test edilebilir) geçici çözüm önerisine hipotez denir. Hipotezler yapılan deney sonuçlarıyla desteklenirse güçlenir, çelişirse değiştirilir veya terk edilir.

Günlük dilde “teori” kelimesi genellikle “kanıtlanmamış tahmin, varsayım” anlamında yanlış kullanılır. Oysa bilimde teori (kuram); doğada gerçekleşen olayların “neden” ve nasıl gerçekleştiğini açıklayan, birbirinden bağımsız çok sayıda deney, gözlem, kanun ve bilimsel bulguyla desteklenmiş çok güçlü ve kapsamlı açıklama sistemleridir (örneğin Hücre Teorisi, Kromozom Teorisi, Evrim Teorisi).

Bilimsel kanun (yasa) ise belirli koşullar altında doğadaki olayların “nasıl” gerçekleştiğini betimleyen, değişkenler arasındaki düzenli ilişkiyi çoğu zaman matematiksel bağıntı veya oranlarla ifade eden genellemelerdir (örneğin Mendel’in Kalıtım Yasaları). Teoriler ve kanunlar farklı türde bilimsel bilgilerdir; hiyerarşik bir üstünlük taşımazlar ve yeterli kanıt toplandığında teoriler kanunlara dönüşmez.

Bilimsel bilgi (hipotezler, teoriler ve hatta kanunlar) son derece güvenilir ve kanıta dayalı olmakla birlikte hiçbir zaman mutlak ve değişmez (dogmatik) değildir. Teknolojinin gelişmesiyle daha hassas gözlem araçları icat edildiğinde veya mevcut açıklamayla uyuşmayan yeni veriler bulunduğunda bilimsel bilgiler güncellenir, genişletilir ya da değiştirilir.

Biyoloji tarihinde bunun en somut örneği Hücre Teorisi’nin gelişim sürecidir. 1665 yılında Robert Hooke, kendi yaptığı basit ışık mikroskobuyla şişe mantarını incelemiş ve gördüğü ölü mantar çeperi odacıklarına “hücre (cellula)” adını vermiştir. Ardından Antoni van Leeuwenhoek su damlasındaki canlı tek hücreli organizmaları ve bakterileri gözlemlemiştir.

1838’de botanikçi Matthias Schleiden bitkilerin, 1839’da zoolog Theodor Schwann hayvanların hücrelerden oluştuğunu ortaya koymuş; 1858’de Rudolf Virchow ise “Her hücre, kendisinden önceki bir hücrenin bölünmesiyle oluşur.” ilkesini eklemiştir. 20. yüzyılda elektron mikroskobunun keşfi ve moleküler biyolojideki ilerlemelerle Hücre Teorisi’ne; “Hücreler kalıtım materyali (DNA) içerir ve bunu bölünmeyle yavru hücrelere aktarır.” ile “Tüm metabolik olaylar hücre içinde gerçekleşir.” maddeleri eklenerek teori zenginleştirilmiştir.

Bilim insanları araştırmalarında mümkün olduğunca tarafsız (nesnel) olmaya ve verileri çarpıtmadan kaydetmeye özen gösterirler. Ancak bilim insanları da birer insandır; aldıkları akademik eğitim, önceki deneyimleri, benimsedikleri kuramsal yaklaşım ve beklentileri hangi problemi seçeceklerini ve elde ettikleri verileri nasıl yorumlayacaklarını etkiler. Bu duruma bilimsel bilginin öznel (teori yüklü) doğası denir. Örneğin dinozorların neslinin neden tükendiğine dair aynı fosil ve jeolojik verileri inceleyen bilim insanlarından bir kısmı gök taşı çarpması, bir kısmı ise aşırı volkanik patlama çıkarımında bulunmuştur.

Ayrıca bilimsel araştırma mekanik bir veri toplama işlemi değildir; araştırmanın başından sonuna kadar hayal gücü ve yaratıcılık içerir. Orijinal bir araştırma sorusu sormak, özgün bir deney düzeneği kurmak ve gözle görülemeyen yapıları zihinde canlandırmak yaratıcılık gerektirir.

Örneğin James Watson ve Francis Crick, Rosalind Franklin’in X-ışını kırınımı verilerini incelerken hayal güçlerini ve yaratıcılıklarını kullanarak DNA’nın çift sarmal modelini tasarlamışlardır.

Bilim, toplumdan kopuk kapalı bir fanus içinde yapılmaz; içinde yürütüldüğü toplumun sosyal, kültürel, ekonomik, politik ve etik değerlerinden etkilenir ve aynı zamanda toplumu dönüştürür. Bir ülkede veya dünyada hangi bilimsel araştırmalara bütçe ayrılacağı, o toplumun öncelikleriyle doğrudan ilişkilidir.

Örneğin küresel iklim değişikliği ve kuraklık tehdidi arttığında tarımsal biyoteknoloji araştırmaları kuraklığa dayanıklı bitki ıslahına yönelir; bir salgın hastalık ortaya çıktığında ise viroloji ve aşı çalışmaları hız kazanır. Benzer şekilde klonlama, kök hücre ve gen düzenleme (CRISPR) çalışmaları toplumların etik ve hukuki kuralları çerçevesinde sınırlandırılır.

Bilimsel araştırmaların güvenilirliği bilimsel etik ilkelerine bağlıdır: Bilim insanları verileri uydurmamalı veya değiştirmemeli (dürüstlük), başkalarının çalışmalarını kaynak göstermeden kullanmamalı (intihalden kaçınma), deney canlılarına zarar vermemeli ve bulgularını bilim dünyasının denetimine (hakemli bilimsel dergilerde yayım) açık biçimde paylaşmalıdır.