Naturvetenskaplig kunskapsproduktion

Naturvetenskaplig

kunskapsproduktion

I media kan vi ibland läsa att en produkt är vetenskapligt utprovad och att den är bättre än andra produkter och sin föregångare. Det kan gälla t ex tandkräm eller läkemedel. Andra exempel handlar om att klimat-förändringen lett till att en djurarts utbredningsområde har blivit större eller att en finkart på Galapagosöarna har utvecklat en större näbb som ett evolutionärt svar på väderförändringar (El Niño). Ytterligare exempel kan handla om att det finns en risk att utveckla cancer om man äter chips och andra processade kolhydratrika produkter, något man sett i djurförsök. Ett aktuellt exempel som fått viss uppmärksamhet är att forskare kommit fram till att vi riskerar att förkorta våra liv ganska avsevärt om vi äter mycket rött kött, dvs kött från nöt och gris.

Hur kan forskare gå ut i media och påstå något av ovanstående? Vad har de för underlag för att kunna uttala sig? Det är ju ibland information som kan få stora konsekvenser för våra liv och därför vill vi naturligt-vis kunna lita på den. Som lärare är det viktigt att kunna lita på att den information man har till förfogande är pålitlig. Också barnen och ung-domarna ska vara medvetna om att det finns mer eller mindre pålitliga källor, det är ju därför som källkritik ska ha så stor plats i undervis-ningen. Vi är alltså medvetna om att det finns mer eller mindre pålitliga

källor. Och vi känner oss ganska trygga om vi läser på förpackningen av läkemedlet att vetenskapliga tester visar att det har avsedd verkan med få biverkningar. Men vad ligger bakom ett vetenskapligt test? Vad handlar forskning om? Vad sysslar forskare med? Hur växer kunska-pen inom det naturvetenskapliga fältet?

I detta kapitel ska jag beskriva hur forskning bedrivs inom naturveten-skapen. Stora delar av den arbetsprocess jag beskriver är gemensam för de allra flesta forskarna men det finns också forskningsgrenar inom vilka forskarna arbetar annorlunda, t ex inom astronomin och meteoro-login. Själv har jag en bakgrund i ekologin, speciellt beteendeekologi, dvs det fält inom vilket man studerar framförallt djurs beteenden och utseenden.

Börjar i teorin

Den forskning som bedrivs och bedrivits har lett fram till att det finns teorier om allt möjligt som mer eller mindre berör oss i våra liv. En teori inom naturvetenskapen är en ”sanning”, dvs det de flesta fors-karna inom ämnet menar gäller som sanning just nu. En teori är alltså inte en sanning med stort ”S” i den mening att den kommer att förbli som den är i alla tider. Vissa teorier kommer sannolikt att stämma oavsett hur mycket forskning som bedrivs medan andra teorier har ganska kort livslängd. När en teori ersätts av en annan (vilket kan ta många år) talar man om ett paradigmskifte (Thurén, 2007).

Forskning inom det naturvetenskapliga fältet definieras ungefär som en systematisk process som utgår från teori och vars syfte är att vinna ny kunskap (Nationalencyklopedien, 2012). Forskare är väl insatta i de teorier som de arbetar inom och det är teorierna som väcker nya frågor hos forskarna. Det kan finnas fenomen i naturen som teorin inte svarar på, dvs luckor i teorin. Och ofta upplever forskare att ju mer man vet om något desto fler frågor väcks att arbeta vidare med.

Vilka är de som forskar? Många forskare är doktorander, vilket innebär att de läst tre år av t ex fysik med någon speciell inriktning det sista året och därefter börjat sin forskarutbildning. Som antagen till en forskarut-bildning kallas man doktorand. Målet är att doktorera, disputera, efter 4-5 år. Som disputerad kallas man filosofie doktor (eller t ex medicine doktor). Det låter fint men som filosofie doktor lär du inte få gå före i kön till fiskdisken; däremot kan du söka pengar från staten och privata fonder för att starta ditt eget forskningsprojekt och du får lite högre lön än du hade tidigare.

Som nyantagen doktorand på forskarutbildningen kommer du direkt in i ett pågående forskningsprojekt med disputerade forskare som fått medel för forskning. I projektet finns mycket kunskap om vissa teorier och idéer om vad man ska undersöka och fördjupa sig i.

Att formulera hypoteser och prediktera resultat

Forskare vill ha svar på frågor. Det första som händer är att frågor om hur fenomen i naturen fungerar formuleras. Med naturen menar jag allt som har med liv att göra, inklusive de kemiska och fysikaliska lagar som berör oss mer eller mindre, allt från fotosyntesen till gravitatio-nen och ljusets egenskaper. Människans nyfikenhet leder ju till att vi ställer frågor om våra liv och vår omgivning. När forskaren bestämt sig för en eller flera frågor att söka svar på, formulerar hen en eller flera

hypoteser om fenomenet. Hypoteser är idéer som hjälper forskaren att

få svar på sin fråga. En fråga kan vara: Hur kan ladusvalan hitta sin väg från stallet där den levt hela sommaren till sin övervintringsplats i Afrika och sedan tillbaka igen till samma stall på våren? Hypoteserna kan då vara att ladusvalan hittar genom att använda jordens magnetfält eller att svalan hittar genom att utnyttja stjärnornas placering. För att formulera bra hypoteser så använder forskaren de teorier som redan finns om jordens magnetfält, om hur andra arter flyttar mm.

En viktig aspekt vad gäller hypoteserna är att de ska vara möjliga att testa (Thurén, 2007). Detta är oerhört viktigt inom naturvetenskapen; forskaren måste kunna göra en undersökning för att se om hypotesen stämmer eller ej.

Att prediktera, förutsäga, vad som kommer att hända när frågorna undersöks, t ex med experiment, är ett sätt att strukturera sina tankar och planera för olika eventualiteter. Det hjälper forskarna att gå tillbaka till hypoteserna för att förfina dem men också den planerade arbetsgången (metoden) så att resultatens tillförlitlighet ökar. Genom att lägga tid och energi på att prediktera resultat utifrån hypoteserna, tvingas forskarna att använda alla sina kunskaper om de aktuella teorierna. Detta leder till att forskarna kan upptäcka brister i tidigare resonemang. Ibland skriver forskarna in sina prediktioner i forskningsartiklarna de skriver senare, för att tydligöra sina tankar för läsaren.

Innan forskarna kan inleda sitt praktiska arbete att testa sina hypoteser, måste de överväga de etiska aspekter som är kopplade till den typ av studie de vill göra. I vissa fall behövs ingen speciell prövning av någon utomstående så länge man håller sig till det regelverk som finns. Oftast kräver dock användandet av djur och människor att en etisk nämnd tar upp undersökningen till diskussion för att klargöra om det innebär någon form av lidande för de inblandade. Skulle så vara fallet, kan etiska nämnden välja att avråda från metoden. Etiska nämnden har inget formellt mandat att stoppa projektet men att fortsätta projektet utan nämndens stöd, vore inte klokt.

Att testa hypoteserna

Experimentet som metod präglar den naturvetenskapliga verksamhe-ten (se t ex Malmbergs text i denna skrift). Jag vågar påstå att det gjorts miljoner experiment i världen genom tiderna för att få reda på hur naturen fungerar. Experiment som genomförts på ett ”klokt” sätt kan ge mycket information. Det är alltså viktigt att experiment genomförs

korrekt för att ge användbar information. Utan att rangordna deras betydelse, finns det några saker att tänka på för att experimentet ska ge något. En sak för forskaren att tänka på är att minimera antalet variabler (variabler, parametrar) vid varje experiment. Om forskaren är intresserad av hur ladusvalan orienterar sig, genom att använda sig av jordens magnetfält eller stjärnorna, så testar hen bara en faktor åt gången. I en första omgång så låter forskaren ladusvalor sitta i burar som omges av ett konstgjort magnetfält (vilket är fullt möjligt). Fors-karen ändrar magnetfältet och ser om svalan ändrar beteende. När detta är klart kan forskaren göra ett nytt experiment men denna gång med en stjärnhimmel ovanför buren, nu utan att magnetfältet är inkopplat. En annan viktig sak är att göra många upprepningar av samma experi-ment. Det räcker inte att testa hur en enda svala reagerar på att se stjärn-himlen, forskaren måste låta kanske 10-20 olika individer av ladusvala genomgå experimentet. Varför är detta så viktigt? Jo, om en enda svala används så kanske den vid tillfället inte beter sig på ett naturligt sätt, av olika anledningar. Med flera individer tar man bort risken att slumpen sätter käppar i hjulet för resultatet av experimentet. Slumpen är en faktor som forskaren vill slippa ha med i ett kommande resonemang om de resultat som projektet leder fram till.

En tredje viktig aspekt gällande experiment är att de så långt som möjligt ska genomföras under så naturliga förhållanden som möjligt. Det är inte speciellt naturligt att låta ladusvalor sitta i bur men för att få reda på om de styrs av stjärnhimlen eller jordens magnetfält kanske det är fullt acceptabelt. Om det finns någon tveksamhet i förfarandet så kan experimentet kombineras med något annat experiment för att höja tillförlitligheten.

I andra typer av experiment, t ex tester av läkemedel, är kontrollexpe-riment viktiga. Med kontrollexpekontrollexpe-riment menas att forskarna låter en grupp av människor, djur eller cellodlingar få placebo (”sockerpiller”), dvs något som inte ska ha någon som helst påverkan på kroppen.

Fors-karna har en grupp av personer som äter det blivande läkemedlet (test-gruppen) medan en grupp av personer äter placebo utan någon verkan (kontrollgruppen). Efter experimentets slut jämförs de båda grupperna. Förhoppningsvis visar det sig att testgruppen har reagerat positivt på läkemedlet i jämförelse med kontrollgruppen, som inte ska ha reagerat alls på placebo. Poängen med kontrollgruppen är alltså att forskarna ska ha en grupp att jämföra med. Om det inte finns en grupp att jämföra med, är det svårt att säga att det nya läkemedlet påverkade testgruppens personer. Experimentet blir mer tillförlitligt med kontrollgruppen. En sista aspekt att ta med i planeringen av experiment i vilka både test- och kontrollgrupper finns med, är att grupperna är lika varandra i alla avseenden. Det är t ex helt omöjligt att kontrollgruppen är kvinnor medan testgruppen är män eller att kontrollgruppen bor på landet och testgruppen i en stad. Personerna i de båda grupperna måste vara lika i alla möjliga avseenden, annars kan skillnaderna i resultat mellan grup-perna bero på skillnader i t ex levnadsförhållanden, kroppsvikt eller tidigare sjukdomar.

Andra undersökningsmetoder än experiment

Naturligtvis är inte experiment enda sättet att få fram kunskap om naturen. Inom astronomin är det inte så lätt att göra experiment. Istäl-let arbetar forskare mycket med logiska resonemang som bygger på kunskap om materias egenskaper, om gravitationens inverkan på materia, matematik, ljusets egenskaper mm. Med kunskap om ljusets hastighet kan man räkna ut avstånd till himlakroppar. Med kunskap om att ljusets olika våglängder ger olika färger kunde t ex Lemaître förstå att universum expanderar (Rose, 2012).

Modern teknik, t ex olika typer av elektronmikroskop, magnet-”röntgen” (MRI), ultraljud, teleskop, genteknik mm, gör det möjligt att undersöka olika fenomen i naturen utan att nödvändigtvis göra expe-riment. Gentekniken, t ex DNA-fingeravtrycktekniken, har gett oss

mycket information om vad som händer i populationer av olika arter i naturen. Överhuvudtaget är observationer av naturen mycket givande, så länge de genomförs systematiskt. Genom att observera många olika aspekter på ett fenomen i naturen, kan forskarna se om det finns något samband mellan olika delaspekter på fenomenet. Om samband finns kanske det till och med går att slå fast att en faktor påverkar en annan.

Att analysera resultaten från experimentet

Efter experimentet sitter forskarna på massor av information som kräver bearbetning för att det ska bli något de kan dra slutsatser av. Det första forskarna gör är att lägga in all information, all data, i något datorprogram som kan hantera informationen. Om experimentet gällde hur personer reagerade på placebo och läkemedlet finns det informa-tion om t ex varje persons fysiska hälsa före och efter experimentet, information som forskarna samlat in genom enkäter, intervjuer, blod-prov och andra undersökningar. Om många personer varit inblandade finns det oerhört mycket data och all data måste lagras, vanligtvis i ett datorprogram, så att den blir hanterligt.

Nu när forskarna har all information samlad börjar en viktig fas i arbetet, nämligen de statistiska analyserna. Statistiken är något som de flesta forskare arbetar med under skräckblandad förtjusning. Skräcken handlar om att de statistiska analyserna visar att läkemedlet inte har någon verkan medan förtjusningen naturligtvis handlar om det mot-satta, dvs att de statistiska analyserna visar att läkemedlet faktiskt har gjort nytta. Allt klargörs med några knapptryckningar på bara några ögonblick.

Statistik är ett stort fält med många olika typer av analyser som hjälper forskarna att bedöma om deras resultat ger någon användbar informa-tion. Statistiken baseras på omfattande matematiska analyser av data och kan inte genomföras för hand eftersom det skulle ta alldeles för lång tid. Men en dator gör dessa avancerade beräkningar på bara ett

ögonblick. I korthet kan man säga att statistiken hjälper forskarna att bedöma om resultatet av experimentet beror på slumpen eller på den behandling som t ex personerna i läkemedelstestet fått. När forskarna jämför resultatet från testpersonerna med resultatet från kontrollperso-nerna säger den statistiska analysen antingen att det inte finns någon skillnad mellan grupperna i hur de två grupperna reagerat eller att det finns en skillnad och att denna skillnad inte beror på slumpen. (Det är detta besked som brukar göra forskarna förtjusta!). För att konkreti-sera det hela lite, så är det p-värdet som säger det ena eller det andra. Om p-värdet är mindre än 0,05 så innebär det att det finns en skillnad mellan testgruppen och kontrollgruppen. Det kan också handla om att det finns ett samband mellan två faktorer/variabler i en analys, t ex ett samband mellan temperatur och utbredningsområdet hos malariamyg-gor. P-värdet säger hur stor sannolikheten är att skillnaderna mellan grupperna beror på slumpen. Fältet statistik är omfattande vilket Sokal och Rohlfs (2012) bok på 960 sidor vittnar om.

Fördelen med statistiken är att det är samma statistiska analyser, uppbyggda på samma sätt, som görs över hela världen. Den kan på ett ”objektivt” sätt visa om det finns skillnader mellan grupper eller samband mellan variabler. Det är alltså inte forskarna själva som gör denna bedömning. Men trots detta, kan forskarna i viss mån välja vilka statistiska metoder de vill genomföra, vilket innebär att de kan påverka sina resultat lite. Och du har säkert hört flera gånger, hur t ex politiker använder olika statistiska underlag för att hitta argument för sin sak. Till sist, värdet av statistiken är helt avhängigt hur väl hela studien är genomförd. Om något brustit i experimentet, förlorar sta-tistiken allt värde.

Magne Holme och Krohn Solvang (1997) beskriver i sin bok Forsk-ningsmetodik: Om kvalitativa och kvantitativa metoder, delar av den naturvetenskapliga forskningsprocessen jag berört ovan.

Resultaten ska skrivas ner

När forskarna till slut har gjort alla analyser av sitt material och kanske fått fram något som de vill att världen ska få ta del av, är det dags att skriva ner dem i en form som gör det möjligt för andra att förstå dem. I forskningens värld sker detta i form av artiklar/uppsatser, i enstaka fall böcker. Det finns hundratals olika internationella tidskrifter bara i biologi, vissa viktigare än andra. Den tidskrift som har högst status är Nature och kan forskarna få sina forskningsresultat publicerade där så kan det ge god utdelning i framtiden vad gäller bland annat medel till fortsatt forskning. Tyvärr skriver forskare mest för andra forskare, sällan för allmänheten. Länken mellan forskare och allmänheten är vetenskapsjournalister som skriver i dagspressen eller i populärveten-skapliga tidskrifter som t ex Forskning och Framsteg eller Illustrerad Vetenskap.

Forskningsartiklar inom naturvetenskapen följer ofta en viss mall med följande delar: Introduktion, forskningsfrågor, metod, resultat, diskus-sion och referenslista. Introduktionen sätter in läsaren i ämnesområdet och är skriven som en tratt, dvs forskarna skriver först om ämnesområdet i stort för att sedan gå in på den specifika frågan. Och det som är viktigt att delge läsaren är vad andra forskare kommit fram till vad gäller ämnet samt motivera varför denna studie är viktig.

Efter introduktionen beskrivs forskningsfrågan och eventuellt de hypo-teser och prediktioner man arbetat fram. I metoden därefter beskrivs hela forskningsprocessen, allt från var och när studien genomfördes till hur de statistiska analyserna genomfördes. Syftet med metodbe-skrivningen är att andra forskare ska kunna göra om exakt samma typ av undersökning för att kunna bekräfta eller ifrågasätta resultaten. Att andra forskare gör om samma undersökning/experiment händer ibland, speciellt om resultaten är kontroversiella. Detta är en viktig del i arbets-processen inom naturvetenskapen eftersom alla resultat som produce-ras måste kunna granskas kritiskt för att kunskap ska kunna säkerställas och trovärdigheten gentemot samhället i övrigt inte ska rubbas.

När genomförandet av studien är beskriven presenteras resultaten under egen rubrik. Här redovisar forskarna resultaten med hjälp av skriven text, figurer, tabeller och statistik. Denna del kan upplevas som mycket torr och formellt tråkig medan resultaten i sig kan vara spän-nande att läsa. Här finns ingen plats för tolkningar eller diskussion, bara en kortfattad redogörelse för resultaten.

I artikelns diskussionsdel ska slutsatser dras. Dessa baseras på vad andra forskare har kommit fram till i liknande studier och vad teorier säger om ämnet i stort. I diskussionen tar forskarna upp andra fors-kares resultat för att peka på likheter och skillnader mellan de egna resultaten och andras. Detta hjälper forskarna att bedöma varför just deras resultat blev som de blev. Om resultaten från experimenten visar att ladusvalorna använde sig av jordens magnetfält för att orientera sig, lyfter forskarna fram resultat från andra studier som kan handla om andra arter och som kan stödja de egna resultaten. Men forskarna kan också lyfta fram resultat som motsäger de egna resultaten för att problematisera ämnet, peka på att det kanske inte är endast jordens magnetfält som hjälper svalorna att hitta. Detta kan då väcka nya frågor som kräver nya studier.

Avslutningsvis redovisas alla de källor, referenser, som forskarna använt för att kunna genomföra studien, både praktiskt och teoretiskt, i en referenslista. I den hittar man bara artiklar och böcker som blivit publicerade av erkända förlag och tidskrifter. Detta leder oss in på nästa steg i processen.

Omvärlden ska veta

Alla forskare strävar efter att publicera och diskutera sina resultat. Förutom att det innebär en spridning av resultatet ger det en plats i forskningssamhället som i sin tur ger möjlighet till försörjning och fortsatt forskning. Men att publicera en vetenskaplig artikel är inte helt lätt, snarare en ganska omfattande och tidskrävande process. Syftet

med denna process är att säkerställa kvaliteten på det som publiceras så att både forskarsamhället och samhället i övrigt kan ha ett förtroende för forskarna.

Nu när forskarna har skrivit sin artikel väljer de ut en tidskrift som passar för ämnet och resultatens betydelse. Därefter skickar forskarna sin artikel till tidskriften vars redaktör tar emot den. Redaktören tar ibland bort forskarnas namn från artikeln och skickar den sedan vidare till två forskare som arbetar med ungefär samma frågor. Dessa fors-kare, så kallade granskare (referees), har i uppgift att noga granska arti-keln för att se om resultaten och slutsatserna är rimliga och trovärdiga samt tillför något nytt. Alla forskare kan bli granskare, det är alltså inte en speciell yrkesgrupp som är granskare. Forskarna kan teoretiskt sett granska kollegors, kanske t o m vänners, arbeten utan att veta om det. Det är ytterst sällan en artikel blir godkänd meddetsamma av gran-skarna. Det finns ofta något som måste revideras eller kompletteras, något som förtydligar arbetet. Ibland kan granskarna säga att arbetet inte håller måttet, att metoden inte var tillräckligt bra så att experimen-ten måste göras om. Detta är naturligtvis ett hårt slag för forskarna som lagt ner ett omfattande arbete på sin studie. De kan då välja mellan att försöka publicera sitt arbete i en annan journal med förhoppningen att artikeln blir accepterad där, eller göra om experimenten.

När väl granskarna och redaktören accepterar, dvs godkänner, arti-keln blir den publicerad i journalen. Nu kan alltså resultaten komma andra forskare till del, liksom vetenskapsjournalister som skriver om forskning i t ex dagstidningar. Därmed får allmänheten tillgång till spännande forskningsresultat. Forskarna blir naturligtvis glada över ”acceptet” och bjuder sina kollegor på tårta.

Avslutande kommentar

Ovanstående beskriver den konkreta forskningsprocessen. Det finns dock andra aspekter på forskningen också. Forskningen kan vara poli-tisk och ideologisk vilket innebär att forskningen och vilken forskning som ska bedrivas styrs av politik och de med makt över pengarna som ska fördelas till forskarna. Forskare är människor och styrs därmed utifrån sina egna förutsättningar och ambitioner som t ex familj, pre-stige, genus, ekonomi, ideologi mm. Ideland och Malmberg tar upp en del av dessa aspekter på forskningen i sina kapitel.

Referenser

Magne Holme, I. och Krohn Solvang, I. (1997) Forskningsmetodik:

Om kvalitativa och kvantitativa metoder. Lund: Studentlitteratur

Nationalencyklopedien (2012) Forskning. Online. Tillgänglig via www.mah.se (Malmö högskola, biblioteket)

Rose, J (2012) Ett bortglömt brev kastar nytt ljus över vem som först upptäckte att universum expanderar. Forskning och Framsteg, nr 7. Sokal, R. R. och Rohlf, F. J. (2012) Biometry – Principles and

prac-tice of statistics in biological research. New York: W.H.Freeman &

Co Ltd.