Tests et expériences biologiques

Définition des tests biologiques

Pour comprendre comment se déroulent les expériences biologiques, il faut d'abord comprendre ce qu'est la biologie et comment la méthode scientifique permet de réaliser des tests et des expériences biologiques.

Les connaissances scientifiques sont souvent organisées sous forme de prédictions et d'explications testables appelées hypothèses. Tester une hypothèse est l'une des étapes les plus importantes de la méthode scientifique. La méthode scientifique permet d'obtenir des connaissances de manière procédurale ou systématique.

Les étapes générales de la méthode scientifique sont les suivantes

1. Faire des observations (par exemple, ma lampe ne s'allume pas).

2. Poser des questions (par exemple, pourquoi ma lampe ne s'allume-t-elle pas ?).

3. Fais des recherches de fond, si nécessaire (par exemple, les lampes ne s'allument souvent pas si l'ampoule est grillée).

4. Formule une hypothèse en faisant des prédictions (par exemple, si l'ampoule est cassée, la remplacer par une nouvelle permettra à la lampe de s'allumer).

5. Tester par des expériences (par exemple, je remplace l'ampoule cassée par une nouvelle).

6. Analyser les données ou les résultats (par exemple, ma lampe s'allume maintenant !).

7. Rapporter les résultats (par exemple, mon hypothèse a été confirmée parce que la lampe s'est allumée, ce qui signifie que l'ampoule d'origine était bel et bien grillée).

Si l'hypothèse n'avait pas été confirmée, nous aurions quand même rapporté les résultats, puis nous aurions essayé de formuler une nouvelle hypothèse. Dans ce cas, la nouvelle hypothèse aurait pu être que l'ampoule est peut-être en bon état, mais que la prise électrique est cassée.

Une hypothèse ne doit pas toujours être correcte ; elle sert plutôt de "supposition éclairée" et les chercheurs doivent concevoir des expériences pour voir si elle est exacte ou non. Les scientifiques formulent généralement des hypothèses en faisant des prédictions. Un moyen facile d'y parvenir est d'utiliser des énoncés de type "si-alors", comme celui présenté à l'étape 4 de la méthode scientifique.

Une théorie scientifique est une explication scientifique dont la validité est démontrée par des tests continus effectués à l'aide de la méthode scientifique. N'oublie pas, cependant, que les théories scientifiques peuvent toujours être réfutées !

Tests biologiques en laboratoire

En suivant ce cadre systématique, les scientifiques peuvent effectuer des tests biologiques dans le monde réel. Les tests biologiques peuvent être effectués soit en laboratoire, soit en milieu naturel.

Par exemple, dans la nature, les scientifiques peuvent effectuer des tests biologiques sur l'eau pour voir si elle est potable, polluée pour la vie aquatique et les humains, etc.

Selon l'EPA (Agence américaine de protection de l'environnement), il existe entre 80 000 et 100 000 produits chimiques enregistrés pour un usage commercial. À l'heure actuelle, nous ne comprenons pas tous leurs effets combinés.

Les chercheurs peuvent prélever des échantillons d'eau et effectuer des tests de pH, qui nous indiquent le degré d'acidité ou de basicité de l'eau. Un pH inférieur à 7 signifie que l'eau est acide, alors qu'un pH supérieur à 7 indique que l'eau est basique (figure 1).

Figure 1 : Illustration de l'échelle du pH. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Définition des expériences biologiques

Maintenant que nous comprenons comment les scientifiques posent systématiquement des questions et appliquent des tests biologiques, passons aux expériences biologiques.

Les scientifiques, y compris les biologistes, effectuent des tests et des expériences pour prouver ou réfuter une hypothèse. Mais comment les scientifiques organisent-ils exactement leurs expériences ? La réponse est qu'ils conçoivent des expériences contrôlées.

Définition d'une expérience contrôlée en biologie

Lorsque les chercheurs conçoivent des expériences, ils doivent savoir à quelles questions ils essaient de répondre. Dans les expériences contrôlées, nous cherchons à tester l'influence d'une variable sur une autre. Cela signifie que nous devons connaître la variable indépendante (généralement désignée par X) et la variable dépendante (généralement marquée par Y).

La variable indépendante (X ) est la variable que nous changeons ou manipulons pour voir ses effets sur la variable dépendante. Par conséquent, la variable dépendante (Y) est la variable réelle qui est testée.

Nous avons également besoin d'un groupe de contrôle dans lequel aucune variable n'est modifiée ou manipulée. Ce groupe est utilisé pour s'assurer que les résultats de l'expérience sont dus à la variable indépendante manipulée et non à des variables étrangères.

Définition d'un groupe expérimental en biologie

Alors, quel pourrait être un exemple d'expérience contrôlée ?

Supposons que des scientifiques veuillent découvrir si la lumière du soleil affecte la croissance des plantes. Ils devront maintenir constants le type de plante, le type et la quantité de terre, la quantité d'eau et le type de pot. En effet, ces variables sont appelées variables de contrôle. Si l'on utilise des graines, les quantités de graines doivent rester les mêmes, car notre variable indépendante est la lumière du soleil.

La seule chose qui changerait entre le groupe de contrôle et le groupe expérimental serait la variable indépendante (la quantité de lumière du soleil), dans ce cas, comme le montre la figure 2.

Le groupe témoin n'a pas de variable indépendante, alors que le groupe expérimental en a une. La croissance des plantes est notre variable dépendante dans ce cas, car c'est ce que nous observons.

Si, après quelques semaines, les fleurs du groupe expérimental ont poussé et les fleurs du groupe témoin se sont fanées, alors nous savons que la lumière du soleil affecte la croissance des plantes ! Et notre hypothèse s'est avérée correcte.

Un groupe de contrôle est toujours nécessaire, mais nous pouvons avoir plusieurs groupes expérimentaux dans des expériences plus compliquées. Par exemple, pour la même expérience, nous pourrions avoir le groupe de contrôle à nouveau sans lumière du soleil, le groupe expérimental 1 avec la lumière artificielle du soleil, et le groupe expérimental 2 avec la lumière réelle du soleil.

Figure 2 : Illustration d'une expérience contrôlée en biologie. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Types d'expériences en biologie

Après avoir compris comment les scientifiques posent des questions et y répondent par le biais d'expériences, nous pouvons maintenant passer en revue quelques types courants d'expériences biologiques menées dans le monde réel.

Expériences

Il s'agit d'expériences contrôlées qui sont généralement menées en laboratoire. Dans les études cliniques, les études expérimentales sont des études dans lesquelles les participants sont assignés au hasard à un groupe de contrôle ou à un groupe expérimental/de traitement. C'est le type d'expérience biologique le plus courant auquel la plupart d'entre nous ont affaire.

Quasi-expérimentation

Lesquasi-expériences sont également contrôlées, mais contrairement aux études expérimentales, les participants ne sont pas assignés au hasard au groupe de contrôle ou au groupe expérimental/de traitement. En effet, l'affectation aléatoire des participants est généralement compliquée ou impossible dans ces cas-là.

Les méthodes expérimentales et quasi-expérimentales impliquent la modification et la manipulation de variables indépendantes.

Études non expérimentales

Lesétudes non expérimentales sont également appelées études d'observation. Elles n'impliquent pas la manipulation de variables indépendantes. Elles se concentrent plutôt sur l'observation d'un participant ou d'un sujet dans un cadre naturel ou en laboratoire.

Exemples d'expériences biologiques

L'expérimentation est le moteur de la science. En effet, les expériences nous permettent de recueillir des données, d'analyser les résultats et de tirer des conclusions. Les chercheurs communiquent et collaborent leurs résultats par le biais d'articles évalués par des pairs. Grâce à ce processus, de nombreux biologistes, chimistes, etc., ont élargi leurs recherches et se sont appuyés sur elles pour faire progresser la science.

Par exemple, l'expérience de Frederick Griffith en 1928 a été la première à découvrir le "principe de transformation" des bactéries. Cela a conduit à la découverte que l'ADN ou acide désoxyribonucléique est "le support de l'information génétique" et non d'autres choses comme l'ARN par Alfred Hershey et Martha Chase en 1952.

Parmi les autres découvertes vitales qui se sont produites grâce à l'expérimentation, on peut citer :

• Robert Hooke découvre les cellules, les plus petites unités de vie, à l'aide d'un microscope.

• Edward Jenner fabrique le premier vaccin au monde (contre la variole).

• Les expériences de Gregor Mendel sur les pois l'ont amené à établir les lois fondamentales de l'hérédité.

• Les expériences de Louis Pasteur utilisant des flacons à col de cygne ont permis de réfuter la théorie de la génération spontanée ou la théorie selon laquelle les êtres vivants peuvent naître de matières non vivantes.

• Alexander Fleming a découvert la pénicilline en observant la croissance d'une bactérie dans sa boîte de Petri. La pénicilline est un antibiotique qui a sauvé de nombreuses vies depuis.

• Linus Pauling trouve ce qui cause la drépanocytose (changement de forme de l'hémoglobine, une protéine humaine).

• Roger W. Sperry a montré que les deux côtés du cerveau humain pouvaient être indépendants.

• Plus récemment, Jennifer A. Doudna et Emmanuelle Charpentier ont découvert CRISPR-Cas9, qui permet aux scientifiques de modifier le code génétique de presque tous les organismes.