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22.1: Fallstudie: Babys machen - Biologie

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Fallstudie: Versuch, schwanger zu werden

Isabella, 28, und Omar, 30, sind seit drei Jahren zusammen. Zuerst achteten sie nicht auf den Zeitpunkt ihrer sexuellen Aktivität in Bezug auf Isabellas Menstruationszyklus, aber nachdem sechs Monate verstrichen waren, ohne dass Isabella schwanger wurde, beschlossen sie, zu versuchen, ihre Bemühungen zu maximieren.

Abbildung (PageIndex{1}): Paare, die Händchen halten

Sie wussten, dass das Sperma des Mannes für eine Schwangerschaft auf die Eizelle der Frau treffen muss, die normalerweise einmal im Monat durch einen sogenannten Eisprung freigesetzt wird. Sie hatten auch gehört, dass der Eisprung bei einer durchschnittlichen Frau um den 14. Tag des Menstruationszyklus auftritt. Um ihre Chancen auf eine Empfängnis zu maximieren, versuchten sie jeden Monat, am 14. Tag von Isabellas Menstruationszyklus Geschlechtsverkehr zu haben.

Nach mehreren Monaten des Ausprobierens dieser Methode ist Isabella immer noch nicht schwanger. Sie befürchtet, dass ihr Eisprung möglicherweise nicht regelmäßig stattfindet, da ihre Menstruationszyklen unregelmäßig sind und oft länger als die durchschnittlichen 28 Tage sind. Omar macht sich auch Sorgen um seine eigene Fruchtbarkeit. Als er jünger war, hatte er einige Verletzungen an seinen Hoden (Hoden) und fragt sich, ob dies möglicherweise ein Problem mit seinem Sperma verursacht hat.

Isabella ruft ihren Arzt um Rat. Dr. Bashir empfiehlt ihr, jeden Morgen vor dem Aufstehen ihre Temperatur zu messen. Diese Temperatur wird Basaltemperatur (BBT) genannt, und die Aufzeichnung der BBT während des Menstruationszyklus einer Frau kann manchmal helfen, festzustellen, ob und wann sie einen Eisprung hat. Darüber hinaus empfiehlt Dr. Bashir, es mit einem Kit zur Vorhersage des Eisprungs zu Hause auszuprobieren, das den Eisprung durch Messung des Niveaus von . vorhersagt luteinisierendes Hormon (LH) im Urin. In der Zwischenzeit vereinbart Dr. Bashir einen Termin für Omar, um ihm eine Samenprobe zu geben, damit sein Sperma mit einem Mikroskop untersucht werden kann.

Während Sie dieses Kapitel lesen, erfahren Sie mehr über das männliche und weibliche Fortpflanzungssystem, wie Spermien und Eizellen produziert werden und wie sie sich treffen, um schließlich ein Baby zu produzieren. Sie erfahren, wie diese komplexen Prozesse reguliert werden und wie sie auf dem Weg anfällig für Probleme sein können. Probleme im männlichen oder weiblichen Fortpflanzungssystem können zu Unfruchtbarkeit oder Schwierigkeiten beim Erreichen einer erfolgreichen Schwangerschaft führen. Wenn Sie das Kapitel lesen, werden Sie genau verstehen, wie sich BBT und LH auf den Eisprung beziehen, warum Dr. Bashir Isabella empfohlen hat, diese Variablen zu überwachen, und nach welchen Arten von Problemen sie in Omars Samen suchen wird. Am Ende des Kapitels erfahren Sie, welche Ergebnisse die Fruchtbarkeitsuntersuchungen von Isabella und Omar haben, welche Schritte sie unternehmen können, um ihre Chancen auf eine Empfängnis zu erhöhen und ob sie letztendlich schwanger werden können.

LGBTQ +

Die meisten Informationen in diesem Kapitel beziehen sich auf Personen mit Cis-Geschlecht, da Daten zu lesbischen, schwulen, bisexuellen, transgender- und queeren Personen (LGBTQ) fehlen. Etwa 3,5% der Amerikaner bezeichnen sich als lesbisch, schwul oder bisexuell und 0,3% bezeichnen sich als Transgender. Das Akronym LGBTQIA+ ist ein Überbegriff, der eine Reihe von Gruppen umfasst: Lesben (homosexuelle Frau), Schwule (homosexueller Mann oder Frau), bisexuell (Person, die sich zu beiden Geschlechtern hingezogen fühlt), Transgender (Person, die ihr Geschlecht als anders bezeichnet) biologischen), queer (ein Synonym für schwul; manche Menschen bezeichnen sich lieber als queer, um sich selbst zu stärken und ihre Identität „von den Mobbern zurück“ zu nehmen), Infragestellen (Menschen, die sich ihrer Geschlechtsidentität/Sexualität nicht sicher sind), intergeschlechtlich ( Menschen mit zwei Genitalien), asexuell (Menschen, die sich von niemandem sexuell angezogen fühlen und sich mit keiner Orientierung identifizieren), Verbündete (die liebevollen Unterstützer der Gemeinschaft, obwohl sie nicht unbedingt Teil davon sind), zwei Geister Tradition in vielen First Nations, die davon ausgeht, dass sexuelle Minderheiten sowohl männliche als auch weibliche Geister haben) und pansexuell (Personen, die sich sexuell zu anderen jeglichen Geschlechts oder Geschlechts hingezogen fühlen).

Kapitelübersicht: Fortpflanzungssystem

In diesem Kapitel lernen Sie das männliche und weibliche Fortpflanzungssystem kennen. Im Einzelnen erfahren Sie Folgendes über:

  • Die Funktionen des Fortpflanzungssystems umfassen die Produktion und Befruchtung von Gameten (Eier und Spermien), die Produktion von Sexualhormonen durch die Keimdrüsen (Hoden und Eierstöcke) und bei Frauen das Tragen eines Fötus
  • Wie sich die männlichen und weiblichen Fortpflanzungssysteme bei Embryo und Fötus unterscheiden und wie sie in der Pubertät heranreifen
  • Die Strukturen des männlichen Fortpflanzungssystems, einschließlich Hoden, Nebenhoden, Samenleiter, Ejakulationsgänge, Samenbläschen, Prostata, Bulbourethraldrüsen und Penis
  • Wie Spermien produziert, gereift, gespeichert und im Weibchen abgelagert werden
  • Die Flüssigkeiten im Sperma, die die Spermien schützen und nähren, und wo diese Flüssigkeiten produziert werden
  • Erkrankungen des männlichen Fortpflanzungssystems, einschließlich erektiler Dysfunktion, Nebenhodenentzündung, Prostatakrebs und Hodenkrebs – von denen einige hauptsächlich jüngere Männer betreffen
  • Die Strukturen des weiblichen Fortpflanzungssystems, einschließlich der Eierstöcke, der Eileiter, der Gebärmutter, des Gebärmutterhalses, der Vagina und der äußeren Strukturen der Vulva
  • Wie Eier im weiblichen Fötus produziert werden und wie sie nach der Pubertät durch den Eisprung heranreifen
  • Der Menstruationszyklus, sein Zweck und die Hormone, die ihn steuern
  • Wie Befruchtung und Einnistung ablaufen, die Stadien von Schwangerschaft und Geburt und wie der Körper der Mutter Milch produziert, um das Baby zu ernähren
  • Erkrankungen des weiblichen Fortpflanzungssystems, einschließlich Gebärmutterhalskrebs, Endometriose und Vaginitis (einschließlich Hefeinfektionen)
  • Einige Ursachen und Behandlungen von männlicher und weiblicher Unfruchtbarkeit
  • Formen der Empfängnisverhütung (Empfängnisverhütung), einschließlich Barrieremethoden (wie Kondome), hormonelle Methoden (wie die Antibabypille), Verhaltensmethoden, Intrauterinpessare und Sterilisation

Denken Sie beim Lesen des Kapitels über die folgenden Fragen nach:

  1. Warum könnte Geschlechtsverkehr am Tag 14 von Isabellas Menstruationszyklus nicht unbedingt der optimale Zeitpunkt sein, um eine Schwangerschaft zu erreichen?
  2. Warum macht sich Isabella Sorgen wegen ihrer unregelmäßigen und langen Menstruationszyklen? Wie könnte die Verfolgung ihres BBT- und LH-Wertes dabei helfen, festzustellen, ob sie einen Eisprung hat und wann?
  3. Warum macht sich Omar Ihrer Meinung nach Sorgen über vergangene Verletzungen seiner Hoden? Wie könnte eine Analyse seines Samens helfen zu beurteilen, ob er ein Fruchtbarkeitsproblem hat – und wenn ja, welche Art von Problem?

1.1 Die Wissenschaft der Biologie

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Identifizieren Sie die gemeinsamen Merkmale der Naturwissenschaften
  • Fassen Sie die Schritte der wissenschaftlichen Methode zusammen
  • Vergleiche induktives Denken mit deduktivem Denken
  • Beschreiben Sie die Ziele der Grundlagenwissenschaft und der angewandten Wissenschaften

Was ist Biologie? Einfach ausgedrückt ist Biologie das Studium des Lebens. Dies ist eine sehr weit gefasste Definition, da der Anwendungsbereich der Biologie riesig ist. Biologen können alles untersuchen, von der mikroskopischen oder submikroskopischen Ansicht einer Zelle bis hin zu Ökosystemen und dem gesamten lebenden Planeten (Abbildung 1.2). Wenn Sie die täglichen Nachrichten hören, werden Sie schnell feststellen, wie viele Aspekte der Biologie wir täglich diskutieren. Zu den aktuellen Nachrichtenthemen gehören beispielsweise Escherichia coli (Abbildung 1.3) Ausbrüche bei Spinat und Salmonellen Verunreinigungen in Erdnussbutter. Andere Themen sind Bemühungen, ein Heilmittel für AIDS, Alzheimer und Krebs zu finden. Auf globaler Ebene engagieren sich viele Forscher dafür, Wege zu finden, um den Planeten zu schützen, Umweltprobleme zu lösen und die Auswirkungen des Klimawandels zu reduzieren. All diese vielfältigen Bemühungen beziehen sich auf unterschiedliche Facetten der Disziplin Biologie.

Der Prozess der Wissenschaft

Biologie ist eine Wissenschaft, aber was genau ist Wissenschaft? Was hat das Biologiestudium mit anderen wissenschaftlichen Disziplinen gemeinsam? Wir können Wissenschaft definieren (aus dem Lateinischen Wissenschaft, was „Wissen“ bedeutet) als Wissen, das allgemeine Wahrheiten oder die Wirkung allgemeiner Gesetze umfasst, insbesondere wenn es durch die wissenschaftliche Methode erworben und geprüft wird. Aus dieser Definition wird deutlich, dass die Anwendung wissenschaftlicher Methoden in der Wissenschaft eine große Rolle spielt. Die wissenschaftliche Methode ist eine Forschungsmethode mit definierten Schritten, die Experimente und sorgfältige Beobachtung umfasst.

Auf wissenschaftliche Methodenschritte werden wir später noch genauer eingehen, aber einer der wichtigsten Aspekte dieser Methode ist die Überprüfung von Hypothesen durch wiederholbare Experimente. Eine Hypothese ist ein Erklärungsvorschlag für ein Ereignis, den man testen kann. Obwohl die Anwendung der wissenschaftlichen Methode der Wissenschaft inhärent ist, reicht sie nicht aus, um zu bestimmen, was Wissenschaft ist. Dies liegt daran, dass es relativ einfach ist, die wissenschaftliche Methode auf Disziplinen wie Physik und Chemie anzuwenden, aber wenn es um Disziplinen wie Archäologie, Psychologie und Geologie geht, wird die wissenschaftliche Methode weniger anwendbar, da die Wiederholung von Experimenten schwieriger wird.

Diese Studienrichtungen sind jedoch immer noch Wissenschaften. Denken Sie an die Archäologie – auch wenn man keine wiederholbaren Experimente durchführen kann, können Hypothesen dennoch unterstützt werden. Zum Beispiel kann ein Archäologe die Hypothese aufstellen, dass eine alte Kultur existierte, basierend auf dem Auffinden eines Stücks Keramik. Er oder sie könnte weitere Hypothesen über verschiedene Merkmale dieser Kultur aufstellen, die durch fortgesetzte Unterstützung oder Widersprüche zu anderen Ergebnissen richtig oder falsch sein könnten. Eine Hypothese kann zu einer verifizierten Theorie werden. Eine Theorie ist eine geprüfte und bestätigte Erklärung für Beobachtungen oder Phänomene. Daher ist es vielleicht besser, Wissenschaft als Studienrichtungen zu definieren, die versuchen, die Natur des Universums zu verstehen.

Naturwissenschaften

Was würden Sie von einem Museum für Naturwissenschaften erwarten? Frösche? Pflanzen? Dinosaurierskelette? Ausstellungen über die Funktionsweise des Gehirns? Ein Planetarium? Edelsteine ​​und Mineralien? Vielleicht alle oben genannten? Die Wissenschaft umfasst so unterschiedliche Bereiche wie Astronomie, Biologie, Informatik, Geologie, Logik, Physik, Chemie und Mathematik (Abbildung 1.4). Wissenschaftler betrachten jedoch diejenigen Wissenschaftsbereiche, die sich auf die physikalische Welt und ihre Phänomene und Prozesse beziehen, als Naturwissenschaften. So kann ein Museum für Naturwissenschaften jeden der oben aufgeführten Gegenstände enthalten.

Bei der Definition des naturwissenschaftlichen Inhalts herrscht jedoch keine Einigkeit. Für einige Experten sind die Naturwissenschaften Astronomie, Biologie, Chemie, Geowissenschaften und Physik. Andere Wissenschaftler entscheiden sich dafür, die Naturwissenschaften in Lebenswissenschaften zu unterteilen, die Lebewesen untersuchen und Biologie einschließen, und Naturwissenschaften, die nicht lebende Materie untersuchen und Astronomie, Geologie, Physik und Chemie umfassen. Einige Disziplinen wie Biophysik und Biochemie bauen sowohl auf den Lebens- als auch auf den physikalischen Wissenschaften auf und sind interdisziplinär. Manche bezeichnen Naturwissenschaften als „harte Wissenschaft“, weil sie auf die Verwendung quantitativer Daten angewiesen sind. Sozialwissenschaften, die Gesellschaft und menschliches Verhalten untersuchen, verwenden eher qualitative Bewertungen, um Untersuchungen und Ergebnisse voranzutreiben.

Es überrascht nicht, dass die Naturwissenschaft der Biologie viele Zweige oder Teildisziplinen hat. Zellbiologen untersuchen Zellstruktur und -funktion, während Biologen, die Anatomie studieren, die Struktur eines ganzen Organismus untersuchen. Diejenigen Biologen, die Physiologie studieren, konzentrieren sich jedoch auf die inneren Funktionen eines Organismus. Einige Bereiche der Biologie konzentrieren sich nur auf bestimmte Arten von Lebewesen. Botaniker erforschen zum Beispiel Pflanzen, Zoologen spezialisieren sich auf Tiere.

Wissenschaftliches Denken

Allen Wissenschaftsformen ist eines gemeinsam: ein Endziel „zu wissen“. Neugier und Forschen sind die treibenden Kräfte für die Entwicklung der Wissenschaft. Wissenschaftler versuchen, die Welt und ihre Funktionsweise zu verstehen. Dazu verwenden sie zwei Methoden des logischen Denkens: induktives Denken und deduktives Denken.

Induktives Denken ist eine Form des logischen Denkens, die verwandte Beobachtungen verwendet, um zu einer allgemeinen Schlussfolgerung zu gelangen. Diese Art der Argumentation ist in der beschreibenden Wissenschaft üblich. Ein Biowissenschaftler wie ein Biologe macht Beobachtungen und zeichnet sie auf. Diese Daten können qualitativ oder quantitativ sein, und man kann die Rohdaten mit Zeichnungen, Bildern, Fotos oder Videos ergänzen. Aus vielen Beobachtungen kann der Wissenschaftler auf der Grundlage von Beweisen Schlussfolgerungen (Induktionen) ableiten. Induktives Denken beinhaltet die Formulierung von Verallgemeinerungen, die aus einer sorgfältigen Beobachtung abgeleitet wurden, und die Analyse einer großen Datenmenge. Ein Beispiel dafür liefern Gehirnstudien. Bei dieser Art von Forschung beobachten Wissenschaftler viele lebende Gehirne, während Menschen mit einer bestimmten Aktivität beschäftigt sind, beispielsweise beim Betrachten von Bildern von Lebensmitteln. Der Wissenschaftler sagt dann voraus, dass der Teil des Gehirns, der während dieser Aktivität „aufleuchtet“, der Teil ist, der die Reaktion auf den ausgewählten Reiz steuert, in diesem Fall Bilder von Lebensmitteln. Eine übermäßige Aufnahme radioaktiver Zuckerderivate durch aktive Hirnareale lässt die verschiedenen Areale „aufleuchten“. Wissenschaftler verwenden einen Scanner, um den resultierenden Anstieg der Radioaktivität zu beobachten. Dann können Forscher diesen Teil des Gehirns stimulieren, um zu sehen, ob ähnliche Reaktionen resultieren.

Deduktives Denken oder Deduktion ist die Art von Logik, die in der hypothesenbasierten Wissenschaft verwendet wird. Beim deduktiven Denken bewegt sich das Denkmuster im Vergleich zum induktiven Denken in die entgegengesetzte Richtung. Deduktives Denken ist eine Form des logischen Denkens, die ein allgemeines Prinzip oder Gesetz verwendet, um spezifische Ergebnisse vorherzusagen. Aus diesen allgemeinen Prinzipien kann ein Wissenschaftler die spezifischen Ergebnisse ableiten und vorhersagen, die gültig wären, solange die allgemeinen Prinzipien gültig sind. Studien zum Klimawandel können diese Argumentation veranschaulichen. Wissenschaftler können beispielsweise vorhersagen, dass sich die Verbreitung von Pflanzen und Tieren ändern sollte, wenn das Klima in einer bestimmten Region wärmer wird.

Beide Arten des logischen Denkens beziehen sich auf die beiden Hauptpfade des wissenschaftlichen Studiums: deskriptive Wissenschaft und hypothesenbasierte Wissenschaft. Deskriptive (oder Entdeckungs-) Wissenschaft, die normalerweise induktiv ist, zielt darauf ab, zu beobachten, zu erforschen und zu entdecken, während hypothesenbasierte Wissenschaft, die normalerweise deduktiv ist, mit einer bestimmten Frage oder einem bestimmten Problem und einer möglichen Antwort oder Lösung beginnt, die getestet werden kann. Die Grenze zwischen diesen beiden Studienformen ist oft verwischt, und die meisten wissenschaftlichen Bemühungen kombinieren beide Ansätze. Die unscharfe Grenze wird deutlich, wenn man darüber nachdenkt, wie leicht Beobachtungen zu konkreten Fragen führen können. Zum Beispiel beobachtete ein Herr in den 1940er Jahren, dass die Klettensamen, die an seiner Kleidung und dem Fell seines Hundes klebten, eine winzige Hakenstruktur hatten. Bei näherer Betrachtung stellte er fest, dass die Greifvorrichtung der Grate zuverlässiger war als ein Reißverschluss. Er experimentierte schließlich, um das beste Material zu finden, das sich ähnlich verhält, und produzierte den Klettverschluss, der heute im Volksmund als Klettverschluss bekannt ist. Deskriptive Wissenschaft und hypothesenbasierte Wissenschaft stehen in ständigem Dialog.

Die wissenschaftliche Methode

Biologen untersuchen die lebende Welt, indem sie Fragen dazu stellen und wissenschaftlich fundierte Antworten suchen. Dieser als wissenschaftliche Methode bekannte Ansatz ist auch in anderen Wissenschaften üblich. Die wissenschaftliche Methode wurde schon in der Antike verwendet, aber der Engländer Sir Francis Bacon (1561–1626) hat sie erstmals dokumentiert (Abbildung 1.5). Er entwickelte induktive Methoden für wissenschaftliche Untersuchungen. Die wissenschaftliche Methode wird nicht nur von Biologen verwendet, Forscher aus fast allen Fachrichtungen können sie als logische, rationale Problemlösungsmethode anwenden.

Der wissenschaftliche Prozess beginnt typischerweise mit einer Beobachtung (oft ein zu lösendes Problem), die zu einer Frage führt. Lassen Sie uns über ein einfaches Problem nachdenken, das mit einer Beobachtung beginnt, und die wissenschaftliche Methode anwenden, um das Problem zu lösen. Eines Montagmorgens kommt ein Schüler in die Klasse und stellt schnell fest, dass es im Klassenzimmer zu warm ist. Das ist eine Beobachtung, die auch ein Problem beschreibt: Der Klassenraum ist zu warm. Der Schüler stellt dann eine Frage: „Warum ist es im Klassenzimmer so warm?“

Eine Hypothese vorschlagen

Denken Sie daran, dass eine Hypothese eine vorgeschlagene Erklärung ist, die man testen kann. Um ein Problem zu lösen, kann man mehrere Hypothesen aufstellen. Eine Hypothese könnte beispielsweise lauten: „Das Klassenzimmer ist warm, weil niemand die Klimaanlage eingeschaltet hat.“ Es könnte jedoch andere Antworten auf die Frage geben, und daher kann man andere Hypothesen vorschlagen. Eine zweite Hypothese könnte lauten: „Das Klassenzimmer ist warm, weil der Strom ausfällt und die Klimaanlage nicht funktioniert.“

Sobald man eine Hypothese ausgewählt hat, kann der Schüler eine Vorhersage machen. Eine Vorhersage ähnelt einer Hypothese, hat jedoch normalerweise das Format „Wenn . . . dann . . . .“ Die Vorhersage für die erste Hypothese könnte beispielsweise lauten: „Wenn der Schüler schaltet die Klimaanlage ein, dann im Klassenzimmer wird es nicht mehr zu warm.“

Eine Hypothese testen

Eine gültige Hypothese muss überprüfbar sein. Es sollte auch falsifizierbar sein, dh experimentelle Ergebnisse können es widerlegen. Wichtig ist, dass die Wissenschaft nicht den Anspruch erhebt, etwas zu „beweisen“, da wissenschaftliche Erkenntnisse immer mit weiteren Informationen modifiziert werden. Dieser Schritt – Offenheit für widerlegende Ideen – unterscheidet Wissenschaften von Nicht-Wissenschaften. Die Präsenz des Übernatürlichen zum Beispiel ist weder prüfbar noch falsifizierbar. Um eine Hypothese zu testen, führt ein Forscher ein oder mehrere Experimente durch, die darauf ausgelegt sind, eine oder mehrere der Hypothesen zu eliminieren. Jedes Experiment hat eine oder mehrere Variablen und eine oder mehrere Kontrollen. Eine Variable ist jeder Teil des Experiments, der während des Experiments variieren oder sich ändern kann. Die Kontrollgruppe enthält alle Merkmale der experimentellen Gruppe, außer dass sie nicht die Manipulation erhält, die der Forscher vermutet. Wenn sich die Ergebnisse der Versuchsgruppe von denen der Kontrollgruppe unterscheiden, muss der Unterschied daher eher auf die hypothetische Manipulation als auf einen äußeren Faktor zurückzuführen sein. Suchen Sie in den folgenden Beispielen nach den Variablen und Steuerelementen. Um die erste Hypothese zu testen, würde der Schüler herausfinden, ob die Klimaanlage eingeschaltet ist. Wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist, aber nicht funktioniert, sollte es einen anderen Grund geben und der Schüler sollte diese Hypothese ablehnen. Um die zweite Hypothese zu testen, könnte der Schüler überprüfen, ob die Beleuchtung im Klassenzimmer funktioniert. Wenn dies der Fall ist, liegt kein Stromausfall vor und der Schüler sollte diese Hypothese ablehnen. Die Studierenden sollen jede Hypothese durch entsprechende Experimente überprüfen. Seien Sie sich bewusst, dass die Ablehnung einer Hypothese nicht bestimmt, ob man die anderen Hypothesen akzeptieren kann oder nicht. Es eliminiert einfach eine Hypothese, die nicht gültig ist (Abbildung 1.6). Mit der wissenschaftlichen Methode verwirft der Student die Hypothesen, die mit experimentellen Daten nicht vereinbar sind.

Während dieses „warme Klassenzimmer“-Beispiel auf Beobachtungsergebnissen basiert, könnten andere Hypothesen und Experimente klarere Kontrollen haben. Zum Beispiel könnte eine Studentin am Montag den Unterricht besuchen und feststellen, dass sie Schwierigkeiten hat, sich auf die Vorlesung zu konzentrieren. Eine Beobachtung zur Erklärung dieses Vorfalls könnte sein: „Wenn ich vor dem Unterricht frühstücke, kann ich besser aufpassen.“ Der Schüler könnte dann ein Experiment mit einer Kontrolle entwerfen, um diese Hypothese zu testen.

In der hypothesenbasierten Wissenschaft sagen Forscher spezifische Ergebnisse aus einer allgemeinen Prämisse voraus. Wir nennen diese Art des Denkens deduktives Denken: Die Deduktion geht vom Allgemeinen zum Besonderen. Aber auch der umgekehrte Ablauf ist möglich: Manchmal ziehen Wissenschaftler aus einer Reihe konkreter Beobachtungen eine allgemeine Schlussfolgerung. Wir nennen diese Art des Denkens induktives Denken, und es geht vom Besonderen zum Allgemeinen über. Forscher verwenden häufig induktives und deduktives Denken zusammen, um wissenschaftliche Erkenntnisse zu erweitern (Abbildung 1.7). In den letzten Jahren hat sich aufgrund der exponentiellen Zunahme der in verschiedenen Datenbanken hinterlegten Daten ein neuer Ansatz zum Testen von Hypothesen entwickelt. Ein neues Feld der sogenannten „Datenforschung“ (auch „in silico“-Forschung genannt) bietet mit Hilfe von Computeralgorithmen und statistischen Analysen von Daten in Datenbanken neue Methoden der Datenanalyse und deren Interpretation. Dies wird die Nachfrage nach Spezialisten sowohl in Biologie als auch in Informatik erhöhen, eine vielversprechende Karrierechance.

Visuelle Verbindung

Im folgenden Beispiel wird die wissenschaftliche Methode verwendet, um ein alltägliches Problem zu lösen. Ordne die wissenschaftlichen Methodenschritte (nummerierte Items) dem Lösungsprozess des alltäglichen Problems (beschriftete Items) zu. Ist die Hypothese aufgrund der Ergebnisse des Experiments richtig? Wenn es falsch ist, schlagen Sie einige alternative Hypothesen vor.

1. Beobachtung A. Mit der Steckdose stimmt etwas nicht.
2. Frage B. Wenn etwas mit der Steckdose nicht stimmt, funktioniert meine Kaffeemaschine auch nicht, wenn sie angeschlossen ist.
3. Hypothese (Antwort) C. Mein Toaster toastet mein Brot nicht.
4. Vorhersage D. Ich stecke meine Kaffeemaschine in die Steckdose.
5. Experimentieren e. Meine Kaffeemaschine funktioniert.
6. Ergebnis F. Warum funktioniert mein Toaster nicht?

Visuelle Verbindung

Entscheiden Sie, ob jede der folgenden Aussagen ein Beispiel für induktives oder deduktives Denken ist.

  1. Alle fliegenden Vögel und Insekten haben Flügel. Vögel und Insekten schlagen mit den Flügeln, wenn sie sich durch die Luft bewegen. Daher ermöglichen Flügel das Fliegen.
  2. Insekten überstehen milde Winter im Allgemeinen besser als harte. Daher werden Schadinsekten problematischer, wenn die globalen Temperaturen steigen.
  3. Chromosomen, die Träger der DNA, werden bei der Zellteilung gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt. Daher hat jede Tochterzelle den gleichen Chromosomensatz wie die Mutterzelle.
  4. So unterschiedliche Tiere wie Menschen, Insekten und Wölfe zeigen alle ein soziales Verhalten. Daher muss soziales Verhalten einen evolutionären Vorteil haben.

Die wissenschaftliche Methode mag zu starr und strukturiert erscheinen. Es ist wichtig zu bedenken, dass, obwohl Wissenschaftler dieser Reihenfolge häufig folgen, Flexibilität vorhanden ist. Manchmal führt ein Experiment zu Schlussfolgerungen, die eine Änderung des Ansatzes begünstigen. Oft bringt ein Experiment ganz neue wissenschaftliche Fragen ins Puzzle. Wissenschaft funktioniert oft nicht linear. Stattdessen ziehen Wissenschaftler ständig Schlussfolgerungen und machen Verallgemeinerungen und finden im Laufe ihrer Forschung Muster. Wissenschaftliches Denken ist komplexer, als die wissenschaftliche Methode allein vermuten lässt. Beachten Sie auch, dass wir die wissenschaftliche Methode zur Lösung von Problemen anwenden können, die nicht unbedingt wissenschaftlicher Natur sind.

Zwei Arten von Wissenschaft: Grundlagenwissenschaft und angewandte Wissenschaft

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat in den letzten Jahrzehnten über den Wert verschiedener Wissenschaftstypen debattiert. Ist es wertvoll, Wissenschaft zu betreiben, um einfach Wissen zu erlangen, oder hat wissenschaftliches Wissen nur dann einen Wert, wenn wir es zur Lösung eines bestimmten Problems oder zur Verbesserung unseres Lebens anwenden können? Diese Frage konzentriert sich auf die Unterschiede zwischen zwei Arten von Wissenschaft: Grundlagenwissenschaft und angewandte Wissenschaft.

Grundlagenwissenschaft oder „reine“ Wissenschaft versucht Wissen zu erweitern, unabhängig von der kurzfristigen Anwendung dieses Wissens. Es konzentriert sich nicht auf die Entwicklung eines Produkts oder einer Dienstleistung von unmittelbarem öffentlichem oder kommerziellem Wert. Das unmittelbare Ziel der Grundlagenwissenschaft ist Wissen um des Wissens willen, was aber nicht bedeutet, dass es am Ende nicht in eine praktische Anwendung münden darf.

Im Gegensatz dazu zielt die angewandte Wissenschaft oder „Technologie“ darauf ab, mithilfe von Wissenschaft reale Probleme zu lösen, um beispielsweise einen Ernteertrag zu verbessern, ein Heilmittel für eine bestimmte Krankheit zu finden oder von einer Naturkatastrophe bedrohte Tiere zu retten (Abbildung 1.8). In der angewandten Wissenschaft wird das Problem in der Regel für den Forscher definiert.

Manche Personen mögen angewandte Wissenschaft als „nützlich“ und Grundlagenwissenschaft als „nutzlos“ empfinden. Eine Frage, die diese Leute einem Wissenschaftler stellen könnten, der sich für den Wissenserwerb einsetzt, wäre: "Wozu?" Ein sorgfältiger Blick auf die Wissenschaftsgeschichte zeigt jedoch, dass das Basiswissen zu vielen bemerkenswerten Anwendungen von großem Wert geführt hat. Viele Wissenschaftler glauben, dass ein grundlegendes Verständnis der Wissenschaft erforderlich ist, bevor Forscher eine Anwendung entwickeln. Daher verlässt sich die angewandte Wissenschaft auf die Ergebnisse, die Forscher durch die Grundlagenforschung erzielen. Andere Wissenschaftler meinen, dass es an der Zeit ist, von der Grundlagenforschung wegzukommen, um Lösungen für aktuelle Probleme zu finden. Beide Ansätze sind gültig. Es stimmt, dass es Probleme gibt, die sofortige Aufmerksamkeit erfordern, jedoch würden Wissenschaftler ohne die Hilfe der breiten Wissensgrundlage, die die Grundlagenforschung generiert, nur wenige Lösungen finden.

Ein Beispiel dafür, wie Grundlagen- und angewandte Wissenschaft zusammenarbeiten können, um praktische Probleme zu lösen, entstand nach der Entdeckung der DNA-Struktur und führte zu einem Verständnis der molekularen Mechanismen, die die DNA-Replikation steuern. DNA-Stränge, die bei jedem Menschen einzigartig sind, befinden sich in unseren Zellen, wo sie die für das Leben notwendigen Anweisungen liefern. Wenn sich die DNA repliziert, produziert sie neue Kopien von sich selbst, kurz bevor sich eine Zelle teilt. Das Verständnis der DNA-Replikationsmechanismen ermöglichte es Wissenschaftlern, Labortechniken zu entwickeln, mit denen Forscher heute genetische Krankheiten identifizieren, Personen lokalisieren, die sich an einem Tatort befanden, und die Vaterschaft feststellen. Ohne Grundlagenwissenschaft ist es unwahrscheinlich, dass angewandte Wissenschaft existieren könnte.

Ein weiteres Beispiel für die Verbindung zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ist das Human Genome Project, eine Studie, in der Forscher jedes menschliche Chromosom analysierten und kartierten, um die genaue Sequenz der DNA-Untereinheiten und die genaue Position jedes Gens zu bestimmen. (Das Gen ist die Grundeinheit der Vererbung, die durch ein spezifisches DNA-Segment repräsentiert wird, das für ein funktionelles Molekül kodiert. Die vollständige Sammlung von Genen eines Individuums ist sein oder ihr Genom.) Forscher haben im Rahmen dieses Projekts andere weniger komplexe Organismen untersucht, um ein besseres Verständnis der menschlichen Chromosomen zu erlangen. Das Human Genome Project (Abbildung 1.9) stützte sich auf Grundlagenforschung mit einfachen Organismen und später mit dem menschlichen Genom. Ein wichtiges Endziel wurde schließlich die Verwendung der Daten für die angewandte Forschung, die Suche nach Heilmitteln und Frühdiagnosen für genetisch bedingte Krankheiten.

Während Wissenschaftler ihre Forschungsbemühungen sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten Wissenschaft normalerweise sorgfältig planen, beachten Sie, dass einige Entdeckungen durch Zufall gemacht werden, dh durch einen glücklichen Zufall oder eine glückliche Überraschung. Der schottische Biologe Alexander Fleming entdeckte Penicillin, als er versehentlich eine Petrischale mit Staphylokokken Bakterien geöffnet. Auf der Schale wuchs ein unerwünschter Schimmel, der die Bakterien abtötete. Flemings Neugier, den Grund für den Bakterientod zu erforschen, gefolgt von seinen Experimenten, führten zur Entdeckung des Antibiotikums Penicillin, das vom Pilz produziert wird Penicillium. Selbst in der hochorganisierten Welt der Wissenschaft kann Glück – in Kombination mit einem aufmerksamen, neugierigen Geist – zu unerwarteten Durchbrüchen führen.

Berichterstattung über wissenschaftliche Arbeiten

Unabhängig davon, ob wissenschaftliche Forschung Grundlagenwissenschaft oder angewandte Wissenschaft ist, müssen Wissenschaftler ihre Erkenntnisse teilen, damit andere Forscher ihre Entdeckungen erweitern und darauf aufbauen können. Die Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern – bei der Planung, Durchführung und Analyse von Ergebnissen – ist für die wissenschaftliche Forschung wichtig. Wichtige Aspekte der Arbeit eines Wissenschaftlers sind daher die Kommunikation mit Gleichaltrigen und die Weitergabe der Ergebnisse an Gleichgesinnte. Wissenschaftler können Ergebnisse austauschen, indem sie sie auf einer wissenschaftlichen Tagung oder Konferenz präsentieren, aber dieser Ansatz kann nur die wenigen anwesenden Personen erreichen. Stattdessen präsentieren die meisten Wissenschaftler ihre Ergebnisse in Peer-Review-Manuskripten, die in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht werden. Peer-reviewed Manuskripte sind wissenschaftliche Arbeiten, die von Kollegen oder Peers begutachtet werden. Bei diesen Kollegen handelt es sich um qualifizierte Personen, oft Experten auf demselben Forschungsgebiet, die beurteilen, ob die Arbeit des Wissenschaftlers für eine Veröffentlichung geeignet ist oder nicht. Das Peer-Review-Verfahren trägt dazu bei, sicherzustellen, dass die Forschung in einer wissenschaftlichen Arbeit oder einem Förderantrag originell, aussagekräftig, logisch und gründlich ist. Auch Förderanträge, also Anträge auf Forschungsförderung, unterliegen der Begutachtung durch Fachkollegen. Wissenschaftler veröffentlichen ihre Arbeit, damit andere Wissenschaftler ihre Experimente unter ähnlichen oder anderen Bedingungen reproduzieren können, um die Ergebnisse zu erweitern.

Eine wissenschaftliche Arbeit unterscheidet sich stark vom kreativen Schreiben. Auch wenn Kreativität gefragt ist, um Experimente zu gestalten, gibt es feste Richtlinien, wenn es um die Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse geht. Erstens muss wissenschaftliches Schreiben kurz, prägnant und genau sein. Eine wissenschaftliche Arbeit muss prägnant, aber detailliert genug sein, damit Kollegen die Experimente reproduzieren können.

Die wissenschaftliche Arbeit besteht aus mehreren spezifischen Abschnitten – Einführung, Materialien und Methoden, Ergebnisse und Diskussion. Diese Struktur wird manchmal als „IMRaD“-Format bezeichnet. Am Anfang der Arbeit stehen in der Regel Anerkennungs- und Referenzabschnitte sowie ein Abstract (eine prägnante Zusammenfassung). Abhängig von der Art der Arbeit und der Zeitschrift, in der sie veröffentlicht wird, können zusätzliche Abschnitte vorhanden sein. Zum Beispiel erfordern einige Übersichtsartikel eine Gliederung.

Die Einführung beginnt mit kurzen, aber breiten Hintergrundinformationen über das, was auf diesem Gebiet bekannt ist. Eine gute Einführung gibt auch die Begründung der Arbeit. Es begründet die durchgeführte Arbeit und erwähnt auch kurz das Ende des Papiers, in dem der Forscher die Hypothese oder Forschungsfrage vorstellt, die die Forschung antreibt. Die Einleitung bezieht sich auf veröffentlichte wissenschaftliche Arbeiten anderer und erfordert daher Zitate im Stil der Zeitschrift. Die Verwendung von Werken oder Ideen anderer ohne korrektes Zitieren ist ein Plagiat.

Der Abschnitt Materialien und Methoden enthält eine vollständige und genaue Beschreibung der von den Forschern verwendeten Substanzen sowie der Methoden und Techniken, mit denen sie Daten sammeln. Die Beschreibung sollte gründlich genug sein, um es einem anderen Forscher zu ermöglichen, das Experiment zu wiederholen und ähnliche Ergebnisse zu erzielen, aber sie muss nicht ausführlich sein. Dieser Abschnitt enthält auch Informationen darüber, wie die Forscher Messungen vorgenommen haben und welche Arten von Berechnungen und statistischen Analysen sie zur Untersuchung der Rohdaten verwendet haben. Obwohl der Abschnitt Materialien und Methoden eine genaue Beschreibung der Experimente enthält, werden sie nicht erörtert.

Einige Zeitschriften erfordern einen Ergebnisteil gefolgt von einem Diskussionsteil, aber es ist üblicher, beides zu kombinieren. Wenn die Zeitschrift die Kombination beider Abschnitte nicht zulässt, werden im Ergebnisteil die Ergebnisse ohne weitere Interpretation einfach erzählt. Die Forscher präsentieren die Ergebnisse mit Tabellen oder Grafiken, aber sie präsentieren keine doppelten Informationen. Im Diskussionsteil werden die Forscher die Ergebnisse interpretieren, beschreiben, wie die Variablen zusammenhängen und versuchen, die Beobachtungen zu erklären. Eine umfangreiche Literaturrecherche ist unabdingbar, um die Ergebnisse in den Kontext der bereits veröffentlichten wissenschaftlichen Forschung zu stellen. Daher nehmen Forscher auch in diesem Abschnitt korrekte Zitate auf.

Schließlich fasst der Schlussabschnitt die Bedeutung der experimentellen Ergebnisse zusammen. Während die wissenschaftliche Arbeit mit ziemlicher Sicherheit eine oder mehrere wissenschaftliche Fragen beantwortet, die die Forscher angegeben haben, sollte jede gute Forschung zu mehr Fragen führen. Daher ermöglicht eine gut gemachte wissenschaftliche Arbeit den Forschern und anderen, die Ergebnisse fortzusetzen und zu erweitern.

Übersichtsartikel folgen nicht dem IMRAD-Format, da sie keine wissenschaftlichen Originalergebnisse oder Primärliteratur präsentieren. Stattdessen fassen und kommentieren sie Ergebnisse, die als Primärliteratur veröffentlicht wurden und enthalten in der Regel umfangreiche Referenzabschnitte.


Neues aus Braun

Herausgeber — Die folgende Pressemitteilung wurde am 21. Juli 2014 aktualisiert. Die unten angegebenen Gesamt- und Jahreszahlen der Filizide spiegeln Korrekturen wider, die an den Daten in der Forschungsarbeit vorgenommen wurden. Die anderen Zahlen bleiben korrekt.

VORSICHT, R.I. [Brown University] – Fälle, in denen Eltern ihre Kinder töten, können so entsetzlich und tragisch erscheinen, dass sie sich jeder Erklärung entziehen. Die veröffentlichte wissenschaftliche und medizinische Forschung bietet jedoch nicht viel epidemiologischen Kontext, um den Menschen zu helfen, die Muster solcher abscheulichen Verbrechen zu verstehen. Ein Beitrag in der März-Ausgabe der Zeitschrift Forensische Wissenschaft International bietet die erste umfassende statistische Analyse von Filiziden in den Vereinigten Staaten und stützt sich dabei auf Daten aus 32 Jahren von mehr als 15.000 Festnahmen. Die Studie untersucht auch mögliche zugrunde liegende psychiatrische und biologische Grundlagen des Filizids.

Die Forschung könnte helfen, gültige Muster bei Fällen von Filiziden zu identifizieren, sagte der Hauptautor Dr. Timothy Mariano, ein Psychiater im dritten Jahr an der Alpert Medical School der Brown University, was wiederum bei der Untersuchung der Ursachen von Filiziden helfen könnte.

„Mehr über die Epidemiologie dieses Verbrechens zu erfahren, wird Ärzten hoffentlich helfen, Personen zu identifizieren, die gefährdet sind, solche Verbrechen zu begehen, und das wird uns bei der Prävention helfen, was das ultimative Ziel dieser Forschung ist“, sagte Mariano.

Ein umfassendes Verständnis von Filicide kann beispielsweise dazu beitragen, Fachleute und Mitglieder der Öffentlichkeit von bestimmten Mythen und Stereotypen über das Verbrechen zu befreien, sagte der leitende Autor Dr. Wade Myers, Professor für Psychiatrie und menschliches Verhalten an der Brown und ein forensischer Psychiater in Rhode Island Krankenhaus. Die Daten zeigen beispielsweise, dass Männer ungefähr genauso häufig wie Frauen Säuglinge töten. Die Wahrscheinlichkeit, dass Stiefkinder durch die Hände ihrer Eltern sterben, ist nicht höher als bei leiblichen Kindern, und fast jeder fünfte Tötungsdelikt (18 Prozent) ist der Mord an erwachsenen Kindern, was darauf hindeutet, dass ein Filizid ein lebenslanges Risiko darstellt.

Über die aktualisierten Zahlen
Die Gesamtzahl der in dem Papier zitierten Fälle wurde aus einer Analyse der FBI-Rohdaten von Fox und Swatt (2008) abgeleitet. Their analysis expanded the apparent number of cases in the data by creating five imputations of each original case in which they probabilistically tried to account for missing data. In our secondary analysis we failed to filter the data correctly, mistakenly counting the five imputed cases in addition to the original case, leading to an errant total of six times too many cases. None of the data interpretation, discussion, or conclusions of the study were affected.

Statistical context

The data in the study, first published online last month, come from the U.S. Federal Bureau of Investigation’s Supplementary Homicide Reports (SHR) database. Mariano, Myers, and co-author Heng Choon Chan looked at 632,017 arrests between 1976 and 2007, finding that 15,691 cases (2.5 percent) were filicides. The database includes information on the ages, genders, and races of the victims and alleged offenders, as well as the means employed to commit the murder.

Over time, the total number of cases in the country has remained relatively stable at around 500 a year. There may be some good news, however. Not only has the number drifted somewhat downward since the early 1990s, but also the numbers did not climb with population growth over the last three decades.

Close to three-quarters (72 percent) of the children killed were age 6 or younger. One-third were infants (children less than 1 year of age). Only about 10 percent of children killed were between ages 7 and 18. Adult offspring were the balance of the victims. Male children were more likely to be killed (58.3 percent) than female children. About 11 percent of victims were stepchildren, which is on the low end of the estimated proportion of U.S. children (10-20 percent) who live with a stepparent.

Among offenders, while fathers were about equally likely to kill an infant, they were more likely to be the alleged murderer of children older than a year, especially when the children were adults (fathers were the offenders in 78.3 percent of those cases). Overall, fathers were the accused murderer 57.4 percent of the time.

The data allowed the researchers to determine the most common filicide scenarios. A father killing a son was the most likely (29.5 percent of cases), a mother killing a son (22.1 percent) follows. A mother was slightly more likely to kill a daughter (19.7 percent of cases) than a father was (18.1 percent). The rarest instances were stepmothers killing either a stepson (0.5 percent) or a stepdaughter (0.3 percent).

The researchers found that the most common method of killing was with “personal weapons,” such as by the beating, choking, or drowning of victims. Parents used these means in 69 percent of murders of infants. As victims aged, firearms were more common, becoming the weapon used in 72.3 percent of the cases in which the victim as an adult. Men were much more likely to use guns than women. Across the board, parents rarely used contact weapons (such as a bat) or edged weapons (such as a knife). While stepparents weren’t overrepresented in the study, they were twice as likely as biological parents to use guns to (40 percent vs. 21 percent).

Biological underpinnings

Before Mariano worked with Myers and Chan to analyze the Supplementary Homicide Reports data, he had begun studying filicide while on a psychiatry rotation in medical school at Case Western Reserve University. There he had been reviewing the scientific literature on animal models of filicide. That published work, combined with studies of people and trends in the arrest statistics, offers a way for mental health professionals to develop hypotheses about the causes of filicide, he said.

In the current paper, Mariano synthesizes three main hypotheses about these underlying motives. One is that at least some parents who commit filicide have mental illness that derives from low levels of the neurotransmitter serotonin. Not only is that borne out in some animal studies, but the most typical ages of filicidal parents in the SHR data (18-30 years) are also the age at which many serotonin-related illnesses occur, like depression and schizophrenia.

Looking at the substantial differences that gender appears to make in the SHR data, a second hypothesis focuses on sex hormones. High levels of testosterone appear to coincide with higher rates of filicide in animal studies, for example, and in the crime statistics men were more likely to commit filicide, especially after victims were older than a year.

The final hypothetical motive category pertains mostly to those youngest of victims, “the unwanted child.” This evolutionarily motivated idea, also informed by other studies, suggests that parents, particularly young mothers, may kill young children who are sick or for whom they feel they cannot provide care.

Neither the statistics nor the hypotheses definitively explain filicide, but they provide researchers with a basis to focus their inquiries, Mariano and Myers said.

“Hopefully future research will continue to improve society’s ability to identify, manage, and treat populations at risk,” they conclude.

The research was partially funded by a grant from the National Institutes of Health (grant: T32GM007250).


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Wenn Sie ärztlichen Rat benötigen, können Sie nach Ärzten oder anderen Angehörigen der Gesundheitsberufe suchen, die Erfahrung mit dieser Krankheit haben. Sie können diese Spezialisten durch Interessenvertretungen, klinische Studien oder Artikel in medizinischen Fachzeitschriften finden. Vielleicht möchten Sie auch eine Universität oder ein medizinisches Zentrum in Ihrer Nähe kontaktieren, da diese Zentren in der Regel komplexere Fälle behandeln und über die neuesten Technologien und Behandlungen verfügen.

Wenn Sie keinen Spezialisten in Ihrer Nähe finden, wenden Sie sich an nationale oder internationale Spezialisten. Sie können Sie möglicherweise durch Konferenzen oder Forschungsbemühungen an jemanden verweisen, den sie kennen. Einige Spezialisten sind möglicherweise bereit, Sie oder Ihre lokalen Ärzte telefonisch oder per E-Mail zu konsultieren, wenn Sie nicht zur Behandlung zu ihnen reisen können.

Weitere Tipps finden Sie in unserem Leitfaden So finden Sie einen Spezialisten für Krankheiten. Wir empfehlen Ihnen auch, den Rest dieser Seite zu durchsuchen, um Ressourcen zu finden, die Ihnen bei der Suche nach Spezialisten helfen können.

Ressourcen für das Gesundheitswesen

  • Um einen auf Genetik spezialisierten Arzt zu finden, können Sie Ihren Arzt um eine Überweisung bitten oder selbst nach einer suchen. Online-Verzeichnisse werden vom American College of Medical Genetics und der National Society of Genetic Counselors bereitgestellt. Wenn Sie zusätzliche Hilfe benötigen, wenden Sie sich an einen GARD-Informationsspezialisten. Sie können auch mehr über genetische Beratungen von MedlinePlus Genetics erfahren.

Abschluss

Hyperbilirubinemia is more severe in newborns. Therefore precautionary measure should be adopted by both parents, and clinicians to diagnose and treat the disease properly. Government and public health organizations should arrange seminars, workshops and trainings for mothers regarding neonatal jaundice. Medical scientists should search for new treatments and preventive measures having no side effects and capable of recovering babies more speedily. Partners should screen their ABO blood groups as well as Rh factor before marriage. Consanguineous marriages should be avoided.


4. Some Comparable Cases

Some key details of this case are inspired by the case of Bengü Sezen and Dalibor Sames in the Chemistry Department at Columbia University. The press coverage of the case began, in 2006, with a set of retracted papers and a dispute between Sames, the senior author, and Sezen, his former graduate student, about whether the papers ought to have been retracted, as well as about whether the experiments reported in those papers were reproducible (Chang 2006a/b). By the time the findings of the United States Department of Health and Human Services on the matter were published in the Federal Register in 2010, Sezen had been found guilty of falsification, fabrication, and plagiarism of research data in three published papers and in her doctoral dissertation. As well, the investigation conducted at Columbia University found that Sames asked two graduate students who had devoted significant time and effort to attempts to replicate and extend Sezen’s work to leave his group (Schulz 2011).

There are other cases involving disputes about whether a finding is reproducible in which misconduct is suggested but not proven. An interesting example of this sort is the case of Duke University biochemist Homme W. Hellinga and his graduate student, Mary Dwyer, who coauthored, and then retracted, a pair of papers on enzymes designed using computational methods. According to news coverage around the retractions, Dwyer was concerned that her experimental results were too variable to be ready for publication, while Hellinga thought that the amount of variability they were seeing was normal for this type of system. (The published papers, however, failed to note this experimental variability.) When other researchers tried repeating these experiments and found no enzymatic activity from the designed enzymes, Hellinga at first assured them that the experiments worked, and that he knew this because the Hellinga lab had run a number of negative controls. Later, according to Dwyer, Hellinga confronted her and said "I find it really hard to believe that you didn’t make this up" (Hayden 2008, p. 277). Hellinga retracted the papers, but other researchers remained skeptical that the results reported in them could have been produced using the assays the papers described (Arnaud 2008, p. 41). An inquiry at Duke University cleared Dwyer of the allegations of falsification and fabrication of results. The Hellinga case raises a question that is also central to The Case of the Finicky Reactions, namely, how much responsibility does the senior researcher have for scientific work co-authored with his graduate student?

The differentials in experience and power between graduate students and principal investigators can complicate the kind of communication that is essential for knowledge-building. It is hard enough to share the news that one’s experimental efforts have been unsuccessful. It is even harder to confront one’s supervisor with concerns about misconduct. A number of real-world cases of scientific misconduct have come to light because graduate students or postdocs decided to be whistleblowers, reporting problems in their research groups so they could be addressed. Among these is the case of Diederik Stapel, a social psychologist forced to retract more that 50 publications because he fabricated the results that they reported. Some of his graduate students, concerned about what seemed to be anomalies in experimental results, asked Stapel if they could examine the raw data. When told he no longer had the raw data, they became suspicious but feared that reporting their suspicions would be damaging to their careers. Eventually, Stapel’s students were able to persuade his department chair that something was amiss, which ultimately led to Stapel’s dismissal (Bhattacharjee 2013).

Another case illustrates the high costs for students of blowing the whistle on an advisor’s misconduct. Students of Elizabeth Goodwin in the genetics department at the University of Wisconsin-Madison brought their concerns about experimental data and manipulated figures in Goodwin’s grant proposals to their department chair. This resulted in a university inquiry that found Goodwin had falsified data in proposals, after which Goodwin resigned her post. Of the six students who brought forward these concerns, three left the Ph.D. program without their degrees, and two others were starting over in new graduate programs, essentially losing the years that they had invested as students in Goodwin’s lab (Couzin 2006, p. 1222).


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The FASEB Journalpublishes international, transdisciplinary research covering all fields of biology at every level of organization: atomic, molecular, cell, tissue, organ, organismic and population. While the journal strives to include research that cuts across the biological sciences, it also considers submissions that lie within one field, but may have implications for other fields as well. The journal seeks to publish basic and translational research, but also welcomes reports of pre-clinical and early clinical research. In addition to research, review, and hypothesis submissions, The FASEB Journal also seeks perspectives, commentaries, book reviews, and similar content related to the life sciences in its Up Front section.


Abstrakt

Species are spread in space, whereas sampling is sparse. Thus, to describe and map along environmental gradients, it is necessary to interpolate the species abundance. Considering the plethora of valid methods, the researcher gets easily puzzled to choose the most appropriate interpolation approach with reference to the ecological question being asked.

We propose a procedure to select among alternative spatial distribution models and we illustrate it with 175 marine species distributions (35 species * 5 years). In a first step, the distribution of the variance explained by the predictive model (VEcv) given by 10-fold cross validation is estimated for each interpolation method. When the inter-quartile range of the VEcv distribution of the different methods overlap, the selection passes to a second step, using 11 measures belonging to three criteria: 1) error based measures, 2) spatial equivalence measures (center of gravity, inertia, isotropy and index of aggregation) and 3) measures based on the data integrity after interpolation, for example the percentage of area over the maximum sampled data.

We applied our approach to marine species sampled using either stratified random survey (trawl) or systematic survey (acoustic). We found that 87% of all species distributions had overlapping VEcv and thus passed the first selection. In the second selection step, the best method varied with species and year, although general additive model (GAM), Thin Plate Spline (TPS), Universal Kriging (UKr) and Random Forest (Rfor) performed better for the trawl data and TPS, Ordinary Kriging (OKri) and UKr for the acoustic data. Further, the results differed within methods (e.g. kriging neighborhood and type of kriging) and small modifications on the specifications can have a large impact on the surfaces produced.

The proposed approach 1) is accessible and intuitive, and does not require any complex software or sophisticated methodology 2) shows exactly in what aspects each interpolation model is prevalent over the others and permits to make a decision accordingly to the objectives of the study 3) takes into account different criteria to evaluate each, properties of an interpolation method 4) is universal and does not depend on the method used or the data characteristics. A detailed review on the subject is also included.


13.2 Review Questions

How do lungs work? – Emma Bryce, TED-Ed, 2014.

Why Do Men Have Deeper Voices? BrainStuff – HowStuffWorks, 2015.

Why does your voice change as you get older? – Shaylin A. Schundler, TED-Ed, 2018.


This article is published with permission of the Director of Kemri. CR Newton was funded by the Wellcome Trust UK . The authors would like to thank Nehemiah Kombo for transcribing the audio tapes and data management. We would like to thank all the participants for their time. We would like to thank the two anonymous reviewers for their insightful comments and suggestion.

Conceived and designed the experiments: AA AV RF CN. Performed the experiments: AA GB. Analyzed the data: AA JG. Wrote the paper: AA. Provided critical academic feedback revised and approved final draft: AV RF GB JG CN.


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