과학의 본질로 바라보는 생물학

가장 넓은 의미에서는 생물학은 생물에 대한 연구를 하는 학문입니다.

생명과 과학생물은 놀라운 다양성을 가지고 있고 모양과 형태, 그리고 생물학자 각자 많은 다른 방법을 통해 연구하고 있죠.

그들은 고릴라와 함께 살기도 하고 생물과 관련된 화석을 수집하고 바다의 고래에 귀를 기울여 소리를 듣습니다.
그들은 바이러스를 분리하고 버섯을 재배하고 검사하고 초파리의 구조를 연구합니다. 그들은 메시지를 해석하기 위해유전자 속의 긴 분자 구조를 코드화하여 읽고 벌새가 날개는 매초 몇 번이나 뛰는지 세어보고 확인합니다.

 

생물학 DNA

 

생명을 정의하는 특징

누구나 추측할 수 있습니다. 무엇이 " 살아 있다"것인가?
움직이는 것들에 대해 우리는 경주마는 살아 있고, 차는 그렇지 않다고 하는데 왜 그렇게 말하는 걸까요?
"움직이면 살아 있다"라는 말은 차가 움직일 수 있기 때문에 말할 수 있는 건 아닐 겁니다.
확실하지는 않지만 젤라틴은 그릇 속에서 스스로 움질 일 수 있을 겁니다. 살아 있다고 말할 수 있는 생명을 정의하는 특징은 무엇입니까? 아래의 5가지 기본적 특징을 공유하고 있습니다.

1. 순서. 모든 생물은 고도로 질서화된 구조를 가진 하나 이상의 세포로 구성되어 있습니다. 원자는 분자를 구성하고 세포 내에 포함된 세포소기관을 구성합니다. 이 계층적인 조직은, 다세포 생물 및 생물 간에 보다 높은 레벨로 계속하고 있습니다.

2. 섬세함. 모든 생물은 자극에 반응합니다. 식물은 빛의 근원을 향해 자라고 어두운 방에 들어가면 동공이 넓어집니다.

 

3. 성장, 발전, 그리고 생식. 전생물
그것들은 성장하고 번식하는 능력이 있고, 모두 유전적 분자를 가지고 있으며 자손이 같은 종의 것임을 보장하고 있습니다. 결정도 「성장」하지만, 그 성장에는 유전 분자는 포함되지는 않습니다.

4. 규제. 모든 유기체는 유기체의 내부 기능을 조정하는 조절 기구를 가지고 있습니다.
이러한 기능에는 세포에 영양을 공급하는 것, 유기체를 통해 물질을 수송하는 것 등이 포함하고 있습니다.

5. 호메오스타시스. 모든 생물은 호메오스타시스라고 불리는 과정인 환경과는 달리 비교적 일정한 내부 상태를 유지합니다.

 

모든 생물은 특정 주요 특징을 공유하고 있습니다: 질서, 감수성, 성장, 발달 및 생식, 규칙성과 동종요법 등.

 

관찰을 통한 일반화

생물학은 우리의 일상생활이나 미래에 극적인 영향을 미치고 있습니다. 그렇기에 아주 매력적이고 중요한 주제로 생각할 수 있습니다. 많은 생물학자들은 우리 생활에 중대한 영향을 미치는 문제에 대해 몰두하고 연구하고 있습니다. 예를 들어 세계의 급속한 인구증가나 아직 100% 정복하지 못하고 있는 질병 암이나 에이즈 같은 병입니다. 이 생물학자들의 지식은 우리들의 이익으로 또 우리의 관리 능력에 있어서 기본적인 것이 됩니다.

우리의 삶의 질을 향상하고 우리 아이들과 손자들을 위해 예방하고 치료하에 적절한 방법으로 세계의 역량을 동원하고 있습니다.

생물학은 "자연 과학"에서 가장 성공적인 것 중 하나입니다. 
우리의 살고있는 세계가 어떤 곳인지 설명해 주고 이해하기 위해 여러분은 생물학에 대한 과학의 본질을 이해해야 합니다.
과학자들이 사용하는 기본적인 도구는 사고라는 것을 이해해야 합니다. 생각한다는 것 잠시 그 본질에 집중하는 것은 매우 중요합니다. 과학자들은 어떻게 생각하고 있습니까? 

 

그들은 두 가지 방법 연역적 그리고 귀납적으로 추론합니다. 

 

연역적 추론

연역적 추론은 예측하기 위해 일반적인 원칙을 적용하여 구체적인 결과를 추론합니다.
2200여 년 전 그리스 에라토스테네스 지구의 주위를 정확하게 추정하기 위해 연역적 추론을 사용했습니다. 가장 긴 정오에
이집트 시에나 깊은 우물 바닥에 태양광선이 내리쬐던 날 에라토스테네스는 북쪽으로 약 800km 떨어진 알렉산드리아에서 높은 오벨리스크가 던지는 그림자의 길이를 측정했습니다. 그는 두 도시 사이의 거리와 오벨리스크의 높이를 알고 있었기 때문에 유클리드 기하학의 원리를 이용해 지구의 둘레를 정확하게 추정할 수 있었습니다. 일반적인 원리를 이용한 특정 사례의 이러한 분석은 연역적 추론의 한 예입니다.

그것은 수학과 철학의 논리이며, 그리고 모든 분야에서 일반적인 생각의 타당성을 테스트하는 데 사용됩니다
지식은 일반적인 원칙이 구축되고 그 후 구체적인 사례를 검증하기 위한 기초로서 사용됩니다.

 

귀납적 추론

귀납적 추론은 특정 관찰을 이용하여 구축하는 일반적인 과학 원리입니다. 

웹스터 사전 (Webster's Dictionary)는 과학을 정의하는 기초가 되는 원리를 결정하기 위해 수행된 관찰과 실험에서 얻은 체계화된 지식입니다.
다시 말하면, 과학자는 관찰을 통해 원리를 결정하고 특정 사례를 면밀히 조사하여 일반적인 원리를 발견합니다. 귀납적 추론이 과학에 중요해진 것은 1600년대 프랜시스 베이컨과 아이작 뉴턴 등이 특정 실험 결과를 이용해 세계 구조에 관한 일반적인 원리를 추론하기 시작하면서입니다.

사과를 손에서 떼면 어떻게 됩니까? 그 사과가 땅에 떨어질 겁니다.

뉴턴은 (Issac Newton)은 많은 심플하고 구체적인 것들로부터 이러한 관찰을 통해 뉴턴은 일반적인 원리인 모든 물체는 지구의 중심을 향해 낙하한다는 일반적인 원리를 추론했습니다.
그는 세계가 어떻게 작동하는지에 대한 멘털 모델을 구축하고 그가 보고 배울 수 있는 것과 일치하는 일반적인 원칙의 구성들을 구축했습니다. 오늘날 과학자들도 같은 일을 반복하고 있습니다. 그들은 특정 관찰을 사용하여 일반적인 모델을 구축하고 그 모델이 얼마나 잘 작동하는지 테스트를 합니다.

 

 

과학으로 어떻게 증명하나

과학자들은 진실일지도 모르는 많은 사람들 중에서 어떤 일반적인 원칙이 진실인지 어떻게 밝혀내는 것입니까?
그들은 대안을 체계적으로 테스트함으로써 이를 수행합니다. 이러한 제안이 실험적 관찰과 모순되는 경우, 그것들은 진실이 아니라며 거부됩니다. 과학자들은 과학의 특정 분야에 대해 신중하게 관찰한 후 가설을 세웁니다. 이것은 그 관찰들을 설명하는 제안된 설명입니다. 가설은 진실일지도 모르는 명제. 아직 반증되지 않은 가설은 유지되고 있습니다.
그것들은 이미 알려진 사실에 적합하기 때문에 편리합니다만 새로운 정보에 비추어 그것들이 잘못된 것으로 판명된 경우는 항상 미래의 거절의 대상이 됩니다.

 

가설증명

우리는 여러 가지 가설을 검증하기 위해 실험이라고 부르겠습니다.
예를 들어 방이 어두워 보인다고 가정해서 상황을 이해합니다. 어두운 이유에 대해 몇 가지을 제시합니다.
첫 번째는 '전등 스위치가 꺼져서 방에 불이 없다'는 것이고 또 다른 가설은 '전구가 꺼져서 방에 빛이 없다'는 것일 수도 있습니다. 다른 가설은 '나는 장님이 되어 있다'는 것일지도 모릅니다. 이러한 가설을 평가하기 위해 하나 또는 여러 가설을 배제하도록 설계된 실험을 실시해 보겠습니다. 예를 들어 라이트 스위치의 위치를 거꾸로 하여 테스트할 수 있습니다.
만약 그렇게 해도 불이 켜지지 않는다면 당신은 최초의 가설을 반증한 것이 됩니다. 라이트 스위치의 설정 이외의 무언가가 어둠의 원인이 되어 있을 것입니다. 이러한 테스트는 다른 가설 중 하나가 진실이라는 것을 증명하는 것이 아니라 단지 그것들 중 하나가 진실이 아니라는 것을 증명할 뿐이라는 것을 주의해야 합니다. 성공한 실험은 하나 이상의 대체 가설이 결과와 일관성이 없음을 증명하고 거절당하는 실험을 말합니다.

이 글을 읽다 보면 실험 테스트를 견뎌낸 많은 가설을 만나게 될 것입니다.
많은 사람들은 앞으로도 계속 그렇게 할 것입니다. 생물학자에 의해 새로운 관측이 이루어짐에 따라 다른 사람들은 수정될 것입니다. 생물학은 모든 과학과 마찬가지로, 새로운 아이디어가 등장하고 오래된 아이디어를 대체하는 등 끊임없이 변화하고 있습니다.

 

제어설정

우리는 종종 다음과 같은 과정에 대해 배우는 것에 관심을 가지고 있습니다
많은 요인, 혹은 변수에 의해 영향을 받습니다. 대안을 평가하기 위해서는
하나의 변수에 관한 가설은 다른 모든 변수를 일정하게 유지해야 합니다. 이는 두 가지 실험을 병행하여 수행함으로써 이루어집니다. 첫 번째 실험에서는 특정 가설을 테스트하기 위해 하나의 변수가 변경됩니다. 두 번째 실험에서는 제어 실험이라고 불리는 변수는 변경되지 않습니다. 다른 모든 점에서는 두 실험은 동일하기 때문에 두 실험의 결과에 차이가 있는 경우에는 변경된 변수의 영향에서 발생해야 합니다. 실험 과학 과제의 대부분은 프로세스에 영향을 줄 수 있는 다른 요인으로부터 특정 변수를 분리하는 제어 실험을 설계하는 데 있습니다.

 

사용되는 예측

성공하는 과학적 가설은 유효할 뿐만 아니라 유용해야 합니다. 그것은 당신이 알고 싶은 것을 전달해야 하고 가설을 예측할 때 가장 유용합니다. 왜냐하면 그 예측들은 가설의 타당성을 테스트하는 방법으로 제공하기 때문입니다. 실험이 예측과 일치하지 않는 결과를 낳을 경우 가설은 불일치되어야 합니다. 한편, 예측이 실험적인 테스트에 의해 뒷받침되고 있는 경우, 가설은 뒷받침될 수 있습니다. 가설이 실험적으로 지지되는 예측일수록 가설은 더 유효하다고 볼 수 있습니다. 아인슈타인의 상대성 이론이자 가설인 태양이 빛이 지나가는 길을 굽힐 것이라는 명확한 예언에 대해 처음에는 아무도 그것을 무효로 하는 실험을 고안할 수 없었기 때문에 잠정적으로 받아들여졌습니다. 이 예측이 개기일식으로 테스트되었을 때 배경별에서 나오는 빛은 확실히 구부러져 있었기 때문입니다. 이 결과는 가설이 정식화된 시점에서는 알 수 없었기 때문에 가설을 강력하게 지지했고, 그 후에는 더 자신 있게 받아들여졌습니다.

 

 

발전하는 이론

과학자들은 이론이라는 말을 크게 두 가지 방법으로 사용하고 있습니다. "이론"은 몇 가지 자연 현상에 대한 제안된 설명이며, 종종 몇 가지 일반적인 원리에 기초하고 있습니다. 따라서 뉴턴이 최초로 주장한 원리를 '중력의 이론'이라고 부르는 이러한 이론은 이전에는 무관하다고 생각했던 개념을 정리하고 다른 현상에 대해 통일적으로 설명하는 경우가 많습니다.
뉴턴의 중력 이론은 지상에 낙하하는 물체와 태양 주위의 행성 궤도에 대한 단일 설명을 제공했습니다. '이론'은 또한 과학적 추론과 실험적 증거에 의해 뒷받침되며, 한 연구 분야의 사실을 설명하는 상호 연결된 개념의 본체를 의미하기 위해 사용됩니다. 이러한 이론은 지식의 체계화에 필수적인 틀을 제공합니다.

예를 들어, 물리학에 있어서의 양자론은 우주의 본질에 관한 일련의 생각을 정리하고, 실험적 사실을 설명하며, 새로운 질문이나 실험의 지침이 됩니다.
과학자들에게 이러한 이론은 과학의 확고한 기초이며 우리가 가장 확신하고 있는 것입니다. 대조적으로, 일반 대중과는 정반대로, 이론은 지식의 결여 또는 추측을 의미합니다. 놀랄 일은 아니지만, 이 차이는 종종 혼란을 초래합니다. 이 텍스트에서 이론은 항상 그 과학적 의미에서 받아들여진 일반적인 원리 또는 지식체에 관해 사용됩니다.

과학 이외의 많은 비평가들이 그렇듯이 진화는 '단순한 이론'이라고 시사하는 것은 오해를 불러일으킵니다. 진화가 일어났다는 가설은 과학적 사실이며 압도적인 증거에 의해 뒷받침되고 있습니다. 현대 진화론은 진화론을 설명하는 것보다 훨씬 중요성이 커지는 복잡한 개념으로, 그 영향은 생물학의 모든 분야에 미치고 있으며 생물학을 과학으로 통일하는 개념적 틀을 제공하고 있습니다.

 

탐구 그리고 과학적 방법

과거에는 '과학적 방법'을 논리적인 '둘 중 하나' 단계의 정연한 순서로 이야기하는 것이 유행이었습니다. 각 단계는 시행착오 테스트가 항상 과학적 진보를 가로막는 불확실성의 미로를 뚫고 나가도록 서로 양립할 수 없는 두 가지 선택지 중 하나를 거부 당했었습니다. 만약 이것이 사실이라면 컴퓨터는 뛰어난 과학자가 될 것입니다. 하지만 과학은 그런 식으로 행해지지 않습니다. 영국의 철학자 칼 포퍼가 지적했듯이 예외 없이 성공한 과학자들은 결과가 어떻게 나올지에 대해 상당히 공평한 생각으로 실험을 설계하고 있습니다.

그들은 포퍼가 말하는 '진실이란 무엇인가'에 대한 상상의 선입견을 가지고 있습니다. 성공한 과학자가 테스트한다는 가설은 단순한 가설이 아니라 지식에 기초한 추측이나 직감이며, 과학자는 자신이 알고 있는 모든 것을 통합하고 자신의 상상력을 완전하게 발휘하여 무엇이 진실인지 이해하려는 시도입니다. 과학의 진보에서 통찰력과 상상력이 매우 큰 역할을 하기 때문에 베토벤이나 모차르트가 작곡가 중에서 두드러지듯이 일부 과학자들은 다른 과학자들보다 훨씬 뛰어나기 때문입니다.

일부 과학자들은 우리가 알고 있는 것의 경계를 넓히는 것을 의도하여 기초 연구라고 불리는 것을 실행합니다. 이 사람들은 일반적으로 대학에서 일하며, 그들의 연구는 일반적으로 정부, 산업, 민간 재단 등의 외부 소스에 의해 재정적으로 지원됩니다. 기본적인 연구는 이름 그대로 다양합니다. 일부 기초과학자들은 특정 세포가 어떻게 특정 화학물질을 흡수하고 있는지를 해명하려고 하는 반면, 다른 과학자들은 호랑이 치아에 있는 구덩이의 수를 세습니다. 기초연구를 통해 생성된 정보는 과학적 지식의 성장에 기여하고 응용연구에 활용되는 과학적 기반을 제공합니다.

응용 연구를 하는 과학자는 대부분의 경우 어떤 산업에 종사하고 있습니다. 그들의 일은 식품 첨가물의 제조, 신약의 작성, 환경의 질 테스트를 포함할지도 모릅니다. 가설을 세우고 일련의 실험을 한 후 과학자는 실험과 그 결과를 신중하게 기술한 논문을 씁니다. 그 후 논문을 과학저널에 게재하기 위해 제출하는데, 발표 전에 그 특정 연구 분야를 잘 아는 다른 과학자들이 검토하고 받아들여야 합니다. 피어 리뷰라고 불리는 이 신중한 평가 과정은 현대 과학의 중심에 있으며 신중한 작업, 정확한 기술, 사려 깊은 분석을 촉진합니다. 논문에서 중요한 발견이 발표되면 다른 과학자들은 그 결과를 재현하려고 하며 정확성과 정직성을 확인합니다. 재현성이 없는 결과는 장기간에 걸쳐 진지하게 받아들여지는 일은 없습니다.