Bên cạnh sự trợ giúp của các dụng cụ nghiên cứu, phương pháp luận còn đóng một vai trò quan trọng giúp các nhà khoa học trả lời các câu hỏi về thế giới tự nhiên. Phương pháp đặt giả thuyết - phỏng đoán là phương pháp khoa học được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này giúp các nhà khoa học sửa đổi các kết luận của họ. Phương pháp này gồm 5 bước :

1- Quan sát.

2- Đặt câu hỏi.

3- Đặt giả thuyết, giả thuyết có khuynh hướng trả lời các câu hỏi.

4- Đưa ra phỏng đoán, dựa trên giả thuyết.

5- Kiểm tra phán đoán bằng cách thêm vào những quan sát hoặc là làm thí nghiệm.

Nếu các kết quả đã qua kiểm tra củng cố giả thuyết ban đầu, thì nó sẽ làm sáng tỏ các phỏng đoán cũng như các thực nghiệm. Nếu như các kết quả tiếp tục củng cố các thực nghiệm, độ tin cậy và độ chính xác được nâng cao, thì giả thuyết sẽ được xem như là học thuyết. Nếu như các kết quả không làm sáng tỏ các giả thuyết, nó sẽ bị bác bỏ hay sẽ được sửa đổi để phù hợp với những thông tin mới. Sau đó các phỏng đoán mới được đưa ra và các kiểm chứng mới cũng sẽ được tiến hành.

Giả thuyết được kiểm tra bằng hai cách

Kiểm tra giả thuyết rất đa dạng, nhưng có 2 loại chính sau đây: phương pháp kiểm tra thực nghiệm và phương pháp so sánh. Nếu có thể, các nhà khoa học dùng thực nghiệm để kiểm tra phỏng đoán từ giả thuyết. Những việc mà Pieter Jonhoson đã làm là lấy trứng của những con ếch trong phòng thí nghiệm. Anh dự đoán rằng, nếu giả thuyết của mình là đúng (nghĩa là ký sinh trùng Riberoria gây ra biến dạng ếch), thì ếch khi sinh sống chung với loài sâu này sẽ gia tăng sự biến dạng, và ngược lại thì ếch không bị biến dạng. Điểm thuận lợi của kiểm chứng thực nghiệm là tất cả các nhân tố khác ngoài nhân tố kiểm chứng là không thay đổi. Nghĩa là, bất kỳ một yếu tố nào có thể ảnh hưởng đến kết quả (như nhiệt độ nước, độ pH trong thí nghiệm của Pieter) đều được kiểm soát. Điểm mạnh nhất của thí nghiệm là có khả năng chứng minh được giả thuyết hay phỏng đoán từ thí nghiệm đó là sai.

Nhưng có nhiều giả thuyết không thể kiểm tra bằng thực nghiệm. Một số giả thuyết được kiểm tra bằng phỏng đoán từ những mô hình trong tự nhiên nếu như giả thuyết đó đúng. Dữ liệu thu thập sẽ quyết định những mô hình đấy có thực sự tồn tại trong tự nhiên hay không. Sự giải quyết vấn đề này gọi là phương pháp so sánh. Đây là phương pháp cơ bản của nhiều nhà khoa học trong 1 số lĩnh vực, như chiêm tinh học(astronomy). Đây là cũng là phương pháp so sánh mà các nhà sinh học thường dùng.

Hình 1.9 mô tả 1 trong nhiều thí nghiệm các nhà khoa học đưa ra để kiểm tra giả thuyết của mình. Một vài thử nghiệm khác cũng đưa cho cùng kết quả tương tự, trong khi 1 số khác lại cho thấy không có sự ảnh hưởng của tia UV-B, hoặc cho thấy những ảnh hưởng trái ngược của tia UV-B khi có sự có mặt của pH thấp.

Một phần nhỏ chứng minh cho giả thuyết hiếm khi nào dẫn tới chấp nhận giả thuyết. Tương tự, 1 chống đối riêng lẽ không thể bác bỏ giả thuyết. Các kết quả không ủng hộ giả thuyết do nhiều nguyên nhân, một trong số đó là giả thuyết sai. Ví dụ, 1 phỏng đoán sai có thể rút ra từ 1 giả thuyết không chính xác. Hay 1 thí nghiệm dùng 1 sinh vật không thích hợp có thể đưa tới các kết quả sai lầm.

Bưóc 1 : Quan sát

Quần thể lưỡng cư của các vi sinh vật như nhau, tức là thay đổi bất thường theo thời gian. Trước khi chúng ta đưa ra quyết định về bất kỳ sự suy giảm nào khác với những quần thể bình thường, chúng ta cần phải phát hiện là chúng bất thường. Để đánh sự biến đổi bất thường này, một nhóm các nhà khoa học trên thế giới đang tiến hành thu thập dữ liệu về các quần thể lưỡng cư. Dữ liệu của nhóm đã chứng minh rằng các quần thể lưỡng cư đang biến đổi nghiêm trọng ở một số nơi trên thế giới, đặc biệt là ở vùng Tây Bắc Mỹ , Trung Mỹ, Đông Bắc Úc, vịnh Amazon. Các dữ liệu cuả các nhà khoa học cũng cho thấy rằng sự biến đổi ở vùng núi thì cao hơn ở vùng đất thấp. Các nhà nghiên cứu cũng khám phá là không có dữ liệu biến đổi ở quần thể Châu Phi và Châu Á.

Bước 2 : Đặt câu hỏi

Hai câu hỏi được đưa ra là: Tại sao nhóm lưỡng cư giảm mạnh hơn ở vùng cao? Tại sao sự suy giảm chỉ xảy ra ở 1 số vùng mà không phải các vùng khác?

Bước 3 và bước 4 : lập giả thuyêt và phỏng đoán

Để phát triển giả thuyết cho câu hỏi đầu, trước tiên các nhà khoa học đã xác nhận rằng yếu tố môi trường có làm thay đổi độ cao. Nhiệt độ giảm, lượng mưa tăng ở những vùng cao, và trong những vùng ôn đới, mật độ tia tử ngoại-B (UV-B) tăng khoảng 18% tương ứng khi độ cao tăng 1000m. Một giả thuyết được đưa ra cho rằng sự suy giảm về số lượng của 1 số loài lưỡng cư là do sự gia tăng toàn cầu của tia UV-B, kết quả của việc giảm nồng độ của ozon khí quyển. Nếu sự gia tăng mật độ tia UV-B gây ra những ảnh hưởng bất lợi đến số lượng loài lưỡng cư, chúng ta có thể đưa ra phỏng đoán rằng việc giảm tia UV-B ở các ao nơi trứng loài lưỡng cư được ấp và ấu trùng đang phát triển sẽ cải thiện được tỷ lệ sống sót của chúng.

Bước 5 : kiểm tra giả thuyết

Giả thiết cho rằng việc tăng mật độ tia UV-B có thể làm giảm sút số lượng loài lưỡng cư đã được kiểm tra bằng cách so sánh các phản xạ của các con nòng nọc của 2 loài ếch sống ở vùng núi Australia. Một loài Litoria verreauxii đã biến mất hoàn toàn khỏi vùng này; và loài còn lại thì Crinia signifera thì không. Nguyên nhân là do ở vùng cao, các con nòng nọc này sẽ phải chịu 1 lượng tia UV-B lớn hơn, và kinh nghiệm cho thấy rằng khả năng sống sót của loài L.verreauxii ít hơn loài C.signifera nếu phải chịu cùng 1 lượng UV-B như nhau. Theo như phỏng đoán, khi tiếp xúc với tia UV-B, các cá thể của loài C. signifera vẫn sống tốt, nhưng tất cả các cá thể loài L. verreauxii đều chết trong vòng 2 tuần. Nếu được nuôi trong 1 hồ lớn được bao bọc bởi những tấm lọc nhằm hạn chế bớt tia UV, thì cá thể của cả 2 loài đều sống tốt. Và kết quả thu được đã củng cố cho giả thuyết mà các nhà khoa học đưa ra ban đầu.

Nhiều giả thiết cũng được đưa ra nhằm xác định các nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm số lượng của loài lưỡng cư, bao gồm cả các ảnh hưởng do những biến động môi trường sống gây ra bởi con người. Hai tác động rõ ràng nhất từ những biết đổi môi trường sống gây ra bởi loài người là sự ô nhiễm không khí trong khu đô thị, khu tăng trưởng công nghiệp, và thuốc trừ sâu sử dụng trong nông nghiệp.

Theo giả thuyết về sự biến đổi môi trường thì sự thái hoá của các loài lưỡng cư có thể là do môi trường chúng đang sống ô nhiễm hơn các môi trường ở vùng khác. Giả thuyết này được kiểm tra bằng phương pháp so sánh. Các nhà khoa học mở rộng nghiên cứu lên 8 loài lưỡng cư tại ban California. Các loài được nghiên cứu bao gồm 4 loài ếch thuộc giống Rana, hai loài cóc và vài loài kỳ nhông. Các khảo sát được dùng theo phương pháp thống kê (khảo sát và đếm) để nhận biết nơi nào các quần thể của 1 loài hiện diện hay vắng mặt tại hàng trăm điểm khảo sát ở khắp tiểu bang.

Kết quả thống kê của ếch Rana aurora được trình bày ở hình 1.10

Bản đồ hình 1.10 cho thấy một xu thế rất rõ của R. Aurora: các quần thể lưỡng cư hầu như biến mất tại vùng thành thị và các vùng trồng trọt ô nhiễm cao, và hiện diện rất nhiều tại các vùng nông nghiệp tương đối sạch hơn. Đây là thông tin căn bản nhất của phương pháp so sánh.

Trong nghiên cứu này, sau khi đếm tỉ mỉ và so sánh với các dữ kiện tương tự khác có được từ 8 loài cho thấy rằng một vài loài biến mất tại các vùng ô nhiễm cao, tuy nhiên vẫn có những loài(như cóc) thì không bị ảnh hưởng. Từ đó chúng ta có thể kết luận môi trường sống của con người không phải là nguyên nhân duy nhất của sự biến mất tất cả các loài. Một vài nghiên cứu khác cũng nhấn mạnh một số giả thiết khác về sự biến mất của một số loài lưỡng cư. Một vài bằng chứng cho thấy rằng khói từ các đám cháy rộng có thể gây các ảnh hưởng bất lợi đến các loài lưỡng cư. Sự thay đổi khí hậu đóng một vai trò cự kỳ quan trọng ở những vùng như vùng Trung Mỹ, nơi mà từ tiết ấm và khô suốt nhiều năm mùa gieo trồng có thể là nguyên nhân biến mất của loài cóc vàng Costa Rica. Và cũng theo Poeter Jonhson giải thích các sinh vật ký sinh cũng là một phần nguyên nhân của vấn đề.

Mặt dầu việc tìm kiếm và thu thập thêm thông tin là rất quan trọng, nhưng với những quan sát và nghiên cứu trên đây đã cho ta thấy được không chỉ có một nguyên nhân dẫn đến tình trạng thoái hoá của các loài lưỡng cư.

Phát hiện này không gây một ngạc nhiên nào bởi vì không có nơi nào trên trái đất mà điều kiện tự nhiên lại giống nhau hoàn toàn cả, và cũng không có loài lưỡng cư nào thích nghi giống loài nào. Trong quá trình thích nghi với tự nhiên, lưỡng cư cũng giống như tất cả các sinh vật khác. Sự sống của chúng rất phức tạp và là sự tương tác giữa rất nhiều các nhân tố với nhau bao gồm cả sự tương tác giữa loài và loài.

Một giải thích đơn giản đối với mọi vấn đề không thể đạt được sự đồng thuận và tin tưởng của tất cả mọi người. Sự phức tạp này làm cho sinh học trở thành một bộ môn khoa học khá khó khăn để nghiên cứu. Nhưng chính điều đó làm cho sinh học trở nên thu hút và lý thú hơn.

Không phải tất cả mọi điều tra đều là khoa học[sửa]

Phương pháp nghiên cứu khoa học là công cụ mạnh nhất của loài người để tìm hiểu tự nhiên và tăng cường sự hiểu biết của mình đối với thế giới tự nhiên và các quy luật của nó. Sức mạnh của khoa học được đặt nền tảng trên các lý thuyết đã được kiểm chứng. Quá trình này có khả năng tự điều chỉnh bởi vì nếu có bất cứ sai lầm nào trong quá trình thiết lập một học thuyết mới nó sẽ bị loại thải hoặc được thực hiện theo cách khác trong các thí nghiệm sau. Thêm vào đó bởi vì các bước để thực hiện một thí nghiệm được trình bày một cách kỹ càng nên các nhà nghiên cứu đi sau sẽ dễ dàng kiểm chứng. Bất kỳ sai sót hay sự thiếu trung thực nào cũng sẽ được nhanh chóng phát hiện. Đó cũng là lý do tại sao khác với các nhà chính trị, các nhà khoa học trên thế giới luôn tin tưởng kết quả của nhau

Nếu hiểu rõ về phương pháp nghiên cứu khoa học ta có thể phân biệt rõ giữa khoa học và các lĩnh vực khác. Nghệ thuật, âm nhạc và văn học những hoạt động nâng cao đời sống con người không phải là các bộ môn khoa học. Chúng giúp chúng ta hiểu biết được những giá trị của cuộc sống. Tôn giáo cũng không phải là một bộ môn khoa học. Tôn giáo trao cho ta niềm tin và dìu dắt đời sống tâm linh chúng ta, thiết lập những giá trị nhân văn căn bản. Thông tin khoa học tạo ra một tình huống mà các giá trị của tình huống đó được thảo luận và thành lập. Nhưng nó không thể nói cho chúng ta tình huống đó có giá trị như thế nào

Sự liên hệ giữa sinh học và xã hội[sửa]

Các nghiên cứu về sinh học có quan hệ rất lâu dài và chặt chẽ với cuộc sống con người. Nông nghiệp và dược phẩm là 2 lĩnh vực quan trọng nhất trong sinh học ứng dụng. Con người đã nghiên cứu về nguyên nhân gây bệnh và các liệu pháp điều trị từ thời cổ đại. Ngày nay với sự giải mã di truyền và khả năng thao tác trên gene của sinh vật, con người có thể chữa trị được rất nhiều bệnh và sản xuất các sản phẩm nông sản khác. Trong cùng thời gian này có rất nhiều vấn đề về đạo đức và xã hội nảy sinh. Bao nhiêu và theo phương thức nào chúng ta chuyển đổi gene của người và một số loài sinh vật khác? Có vấn đề gì không khi ta thay thế các sinh vật truyền thống bằng các sinh vật biến đổi gene? Độ an toàn của các sinh vật chuyển gene đối với môi trường và đối với con người?

Nguyên nhân khác để ta lưu tâm đến việc nghiên cứu sinh học là để hiểu rõ hơn về những tác động của con người lên thế giới tự nhiên. Việc sử dụng các nguồn tài nguyên có thể hoặc không thể tái tạo đã gây nguy hiểm lên môi trường, nơi cung cấp sự sống cho tất cả chúng ta. Những hoạt động của con người đã thay đổi khí hậu toàn cầu, nguyên nhân của sự tuyệt chủng hàng loạt các loài, và kết quả là sự lây lan của những căn bệnh mới và biến thể nguy hiểm của các căn bệnh cũ. Ví dụ như sự lây lan nhanh chóng của dịch SARS hay West Nile virus là do sự thuận tiện của các phương tiện giao thông. Những hiểu biết về sinh học cần thiết cho việc nhận biết nguyên nhân của các thay đổi trên, cảnh báo xã hội đề phòng và đối phó với chúng, và khai thác sự đa dạng sinh thái của tự nhiên nhằm cung cấp hàng hoá và dịch vụ cho con người nhằm nâng cao cuộc sống con người.

Các nhà khoa học còn giúp đỡ chính phủ trong việc thiết lập luật lệ và các quy tắc ứng xử trong xã hội để đối phó với vấn đề và thử thách ngày một nhiều. Trong quá trình nghiên cứu cuốn sách này chúng ta sẽ được tiếp cận với các kiến thức về sinh học đủ để ta hiểu rõ nếu các chính sách về sinh học được ban hành.

Xuyên suốt cuốn sách này chóng ta sẽ trao đổi về sự kỳ thú trong nghiên cứu sinh vật và thấy được sự phong phú về phương thức nghiên cứu của các nhà sinh học để tìm hiểu về thế giới theo cách chúng ta nhận biết và cách thức hoạt động, chức năng của muôn loài.

Động cơ lớn nhất của các nhà sinh học là sự nghi ngờ, tò mò. Con người bị quyến rũ bởi sự phong phú và vẻ đẹp của tự nhiên và muốn tìm hiểu nhiều hơn về các loài giúp loài người hiểu biết thêm về các loài sinh vật khác và sự tương tác giữa loài người với các loài sinh vật khác trong tự nhiên. Lịch sử nghiên cứu cho thấy chỉ những người biết tò mò và tìm hiểu thì mới có thể thành công. Nói một cách khác, tò mò là thích nghi! Một lượng lớn câu hỏi của chúng ta về thế giới vẫn chưa được trả lời, và những khám phá mới thường đặt ra nhiều câu hỏi mới nhiều hơn là những điều mà nó trả lời được. Có nghĩa là sự tò mò sẽ là động cơ quan trọng nhất để bạn có thể có những ý tưởng.