2. Biologia – elämän tiede
Luvun sisältö
- 2. Johdanto
- 2.1 Havainnoivaa tutkimusta: esimerkkinä myyräkantojen vaihtelu ja tartuntataudit
- 2.2 Kokeellista tutkimusta: esimerkkinä Puumala-viruksen leviäminen myyrissä
- 2.3 Biologisen tutkimuksen vaiheet
- 2.4 Tutkimusta tehdään maastossa ja laboratorioissa
- 2.5 Biologiset mallit ja teoriat
- 2.6 Oman tutkimuksen tekeminen
2. Johdanto
Biologinen tutkimus perustuu usein joko havainnointiin tai kokeellisen asetelmaan. Havainnoivaa tutkimusta tehdään usein maastossa ja kokeellista tutkimusta laboratoriossa.
Biologisen tutkimuksen tulee olla mahdollisimman objektiivista eli tutkijasta riippumatonta. Tutkimuksen tulee olla myös toistettavissa: jos tutkimus tehtäisiin uudelleen samalla tavalla, siitä pitäisi saada saman tyyppiset tulokset.
Biologinen tutkimus perustuu usein joko havainnointiin tai kokeellisen asetelmaan.
Biologisen tutkimuksen tulee olla mahdollisimman objektiivista eli tutkijasta riippumatonta. Tutkimuksen tulee olla myös toistettavissa: jos tutkimus tehtäisiin uudelleen samalla tavalla, siitä pitäisi saada saman tyyppiset tulokset.
Biologinen tutkimus perustuu usein joko havainnointiin tai kokeellisen asetelmaan.
2.1 Havainnoivaa tutkimusta: esimerkkinä myyräkantojen vaihtelu ja tartuntataudit
Havainnoivassa tutkimuksessa tutkija seuraa luonnontilaisia tutkimuskohteitaan. Tutkija voi mitata tutkimuskohteita tai ottaa niistä näytteitä, mutta hän ei tee varsinaisia muutoksia tutkimusjärjestelmään.
Suomessa on vuosien ajan seurattu myyräkantojen vaihtelua. Myyrien määrää tutkitaan ottamalla myyriä kiinni vuosittain standardoidulla eli samanlaisella menetelmällä: ansoja on samoilla paikoilla yhtä paljon, ja myyrien kiinniotto tehdään samoin menetelmin vuodesta toiseen. Näin saadaan selville myyrien määrä.
Myyrien määrää luonnossa voidaan tutkia pyynti-merkintä-uudelleenpyynti -menetelmällä.
Myyrät levittävät Puumala-virusta, myyräkuumeen aiheuttavaa virusta. Kun myyräkantojen määrää verrataan myyräkuumetapauksiin samalla alueella, saadaan selville myyrien määrän ja myyräkuumeen välinen korrelaatio: mitä enemmän alueella on myyriä, sitä enemmän myyräkuumetta esiintyy ihmisillä.
Alla olevassa kaaviossa on esitetty myyrien määrän ja myyräkuumetapausten yhteys. Myyräkuumetapaukset on ilmoitettu 100 000 ihmistä kohden.
Suomessa on vuosien ajan seurattu myyräkantojen vaihtelua. Myyrien määrää tutkitaan ottamalla myyriä kiinni vuosittain standardoidulla eli samanlaisella menetelmällä: ansoja on samoilla paikoilla yhtä paljon, ja myyrien kiinniotto tehdään samoin menetelmin vuodesta toiseen. Näin saadaan selville myyrien määrä.
Myyrien määrää luonnossa voidaan tutkia pyynti-merkintä-uudelleenpyynti -menetelmällä.
Myyrät levittävät Puumala-virusta, myyräkuumeen aiheuttavaa virusta. Kun myyräkantojen määrää verrataan myyräkuumetapauksiin samalla alueella, saadaan selville myyrien määrän ja myyräkuumeen välinen korrelaatio: mitä enemmän alueella on myyriä, sitä enemmän myyräkuumetta esiintyy ihmisillä.
Alla olevassa kaaviossa on esitetty myyrien määrän ja myyräkuumetapausten yhteys. Myyräkuumetapaukset on ilmoitettu 100 000 ihmistä kohden.
2.2 Kokeellista tutkimusta: esimerkkinä Puumala-viruksen leviäminen myyrissä
Biologisen kokeen tarkoituksena on testata jotain havaintoa tai ilmiötä. Kokeessa tavoitteena on, että vain yksi muuttuja vaihtelee ja muut muuttujat, jotka saattaisivat vaikuttaa tutkittavaan ilmiöön, pidetään vakioina.
Jos esimerkiksi tutkitaan lämpötilan vaikutusta voikukan kasvuun, pitää valon ja veden määrä pitää samana koko kokeen ajan. Kokeessa siis vain lämpötila vaihtelee: osaa voikukista kasvatetaan kylmässä, osaa lämpimässä. Kokeeseen liitetään verrokkiryhmä (kontrolli), jolle muuttujaa ei vaihdella. Näin saadaan niin sanottu nolla-arvo, johon kokeessa saatuja arvoja verrataan.
Myyrien määrän ja Puumala-viruksen (elektronimikroskooppikuva vieressä) myyräpopulaatiossa esiintymisen välillä ei kuitenkaan ole selkeää suhdetta.
Tutkijat pyrkivät sen vuoksi selvittämään kokeellisessa tutkimuksessa, onko äidinmaidon mukana tulleilla vasta-aineilla vaikutusta tartuntaan. Vasta-aineita syntyy, jos myyrä on saanut virusinfektion.
Tutkijat ottivat kiinni metsämyyriä ja selvittivät kantavatko nämä Puumala-virusta. Virusta kantavat paritettiin keskenään ja viruksettomat keskenään. Näiden jälkeläiset päästettiin aitauksiin, ja niiden virusmäärää tutkittiin säännöllisesti. Jokaisessa aitauksessa oli neljä urosta ja neljä naarasta.
Yksilöt, joiden vanhemmilla oli virustartunta, olivat saaneet äidinmaidossa vasta-aineita. Ne saivat myös virustartunnan myöhemmin kuin myyrät, joiden vanhemmat eivät kantaneet virusta.
Tässä tutkimuksessa vaihtuvana muuttujana oli siis vanhempien virustartunta. Aitauksessa kasvattamisen tarkoituksena oli pitää muut muuttujat tasaisena.
Hypoteesi: Vaikuttaako "äitimyyrän" virustartunta jälkeläisten sairastuvuuteen? Koejäsenet: Virusta kantavat myyräparit ja virusta kantamattomat myyräparit. Tutkimuskohde: Jälkeläisten sairastuvuus.
Jos esimerkiksi tutkitaan lämpötilan vaikutusta voikukan kasvuun, pitää valon ja veden määrä pitää samana koko kokeen ajan. Kokeessa siis vain lämpötila vaihtelee: osaa voikukista kasvatetaan kylmässä, osaa lämpimässä. Kokeeseen liitetään verrokkiryhmä (kontrolli), jolle muuttujaa ei vaihdella. Näin saadaan niin sanottu nolla-arvo, johon kokeessa saatuja arvoja verrataan.
Myyrien määrän ja Puumala-viruksen (elektronimikroskooppikuva vieressä) myyräpopulaatiossa esiintymisen välillä ei kuitenkaan ole selkeää suhdetta. Tutkijat pyrkivät sen vuoksi selvittämään kokeellisessa tutkimuksessa, onko äidinmaidon mukana tulleilla vasta-aineilla vaikutusta tartuntaan. Vasta-aineita syntyy, jos myyrä on saanut virusinfektion.
Tutkijat ottivat kiinni metsämyyriä ja selvittivät kantavatko nämä Puumala-virusta. Virusta kantavat paritettiin keskenään ja viruksettomat keskenään. Näiden jälkeläiset päästettiin aitauksiin, ja niiden virusmäärää tutkittiin säännöllisesti. Jokaisessa aitauksessa oli neljä urosta ja neljä naarasta.
Yksilöt, joiden vanhemmilla oli virustartunta, olivat saaneet äidinmaidossa vasta-aineita. Ne saivat myös virustartunnan myöhemmin kuin myyrät, joiden vanhemmat eivät kantaneet virusta.
Tässä tutkimuksessa vaihtuvana muuttujana oli siis vanhempien virustartunta. Aitauksessa kasvattamisen tarkoituksena oli pitää muut muuttujat tasaisena.
Hypoteesi: Vaikuttaako "äitimyyrän" virustartunta jälkeläisten sairastuvuuteen? Koejäsenet: Virusta kantavat myyräparit ja virusta kantamattomat myyräparit. Tutkimuskohde: Jälkeläisten sairastuvuus.
2.3 Biologisen tutkimuksen vaiheet
Aikaisempien havaintojen perusteella tutkija laatii yhden tai useamman hypoteesin eli olettamuksen. Hypoteesi on todennäköinen selitys tutkittavalle ilmiölle. Seuraavaksi tutkija testaa hypoteesinsa paikkansapitävyyttä tekemällä hypoteesin pohjalta ennustuksia. Näitä ennustuksia voidaan testata tekemällä havaintoja tai laatimalla kokeita.Usein tutkija asettaa selkeitä tutkimuskysymyksiä, joilla pyritään selvittämään ennusteiden paikkansapitävyyttä. Koe on toistettava monta kertaa ennen kuin voidaan sanoa, että saatu tulos on yleispätevä. Jos ennusteet eivät toteudu, hypoteesi todetaan kokeen perusteella vääräksi, ja se täytyy hylätä.
Tieteellisen menetelmän luonteeseen kuuluu, ettei hypoteesia koskaan kokonaan hyväksytä, mutta se voidaan hylätä uuden tiedon perusteella.
Esimerkiksi hypoteesi “kaikki joutsenet ovat valkoisia” oli järkevä ja hyväksytty hypoteesi, kunnes Australian löytymisen myötä selvisi, että on olemassa myös mustia joutsenia. Tällöin hypoteesi piti hylätä. Tämä toimintaperiaate johtaa siihen, että tieteellinen tieto on jatkuvasti tarkentuvaa ja itseään korjaavaa.
Luonnontieteelliseen tutkimukseen kuuluu, että koe on toistettavissa muidenkin tutkijoiden toimesta. Siksi koejärjestelyistä ja tuloksista laaditaan raportti eli tarkka kuvaus.
Jos muissakin tutkimuksissa saadaan samanlaiset tulokset ja johtopäätökset, tutkimustuloksia voidaan pitää luotettavina. Tutkittavaan ilmiöön liittyvistä tiedoista voidaan koota yhtenäinen teoria eli tieteellinen selitys ilmiölle.
2.4 Tutkimusta tehdään maastossa ja laboratorioissa
Tutkimustyötä voidaan tehdä laboratoriossa tai maastossa. Tutkimustulokset julkaistaan alan ammattikirjallisuudessa artikkeleina useimmiten englannin kielellä. Näin tutkijat voivat seurata alan uusimpia tutkimustuloksia. Biologia on kansainvälinen ala, joten tiedeyhteisön jäsenet tapaavat muita alan asiantuntijoita ja kollegoita eri puolilla maailmaa järjestettävissä konferensseissa.
Maastossa tehtävässä tutkimuksessa korostuu usein havaintojen ja laboratoriotutkimuksessa kokeiden tekeminen. Maastossakin voidaan tehdä kokeita, mutta näissä on yleensä vaikea vakioida kaikkia muuttujia. Laboratoriokokeissa voidaan selvittää asioiden syy-seuraussuhteita tavalla, joka on mahdotonta maastossa. Kokeita voidaan laboratorio-olosuhteissa tehdä elävissä eliöissä (in vivo), niistä eristetyissä kudoksissa (in vitro) tai tietokonemallinnuksina (in silico). Toisaalta maastokokeet ja -havainnot antavat usein realistisemman kuvan ilmiöstä. Biologisten ilmiöiden ymmärtäminen vaatii siis molempia lähestymistapoja.
In vitro ("lasissa") on tutkimustekniikka, jossa luonnontieteellinen koe suoritetaan esim. koeputkessa (koeputkihedelmöitys).
Biologisen ilmiön ymmärtäminen vaatii usein erilaisia lähestymistapoja. Esimerkiksi suomalainen hampaan kehityksen tutkimus yhdistää kaikkia lähestymistapoja. Erilaisten kasvutekijöiden vaikutusta hampaan kasvuun voidaan tarkkailla in vivo kasvattamalla hiirikantoja, joista tietyn kasvutekijän tuotanto on estetty. Hiiren sikiöistä voidaan irrottaa hampaat, joita kasvatetaan maljalla in vitro erilaisissa olosuhteissa, jolloin saadaan tarkempaa tietoa kasvutekijöiden toimintaperiaatteista ja hampaan kehityksestä.
Kun tietoa hampaan kehityksestä on kerääntynyt riittävästi, tietokoneella voidaan mallintaa in silico erilaisia kasvutekijöitä tuottavien geenien vaikutuksia ja ennustaa hampaiden rakennetta. Lisäksi maastosta kerätään kuolleiden saimaannorppien kalloja. Saimaannorppien perimän emäsjärjestys selvitetään ja vertaillaan, miten erot perimässä vaikuttavat eroihin hampaiden rakenteessa. Tutkimuksen yhtenä mahdollisena tuloksena on ymmärrys siitä, miten hampaat kasvavat, ja mahdollisuus soveltavan tutkimuksen jälkeen kasvattaa keinotekoisia ihmisen hampaita.
In vivo -tutkimus tehdään elävässä eliössä, esimerkiksi koe-eläinten avulla.
Monet merkittävimmistä biologisista keksinnöistä ovat lähteneet liikkeelle sattumalta tehdystä havainnosta. Esimerkiksi vuonna 1928 Alexander Flemingin kasvattamaan bakteeriviljelmään oli päässyt homekasvustoa, minkä seurauksena kyseisen viljelmän bakteerit tuhoutuivat. Fleming ihmetteli havaintoaan ja lähti tutkimaan, mistä se johtui. Hän esitti olettamuksen, että home oli erittänyt ympäristöönsä kemiallista ainetta, joka oli tappanut bakteerit.
Fleming tutki hypoteesiaan koejärjestelyjen avulla ja päätyi siihen, että Penicillium-sukuun kuuluva home tappoi bakteerit. Tästä havainnosta ja Flemingin tekemästä tutkimuksesta kehitettiin yksi 1900-luvun merkittävimmistä keksinnöistä, penisilliini. Flemingin sanotaan todenneen nöyränä oivalluksestaan: "Ainoa saavutukseni on, että en jättänyt havaintoa huomioimatta ja jatkoin asian tutkimista.”
Bakteerien kasvatusta veriagar-liuoksessa.
Maastossa tehtävässä tutkimuksessa korostuu usein havaintojen ja laboratoriotutkimuksessa kokeiden tekeminen. Maastossakin voidaan tehdä kokeita, mutta näissä on yleensä vaikea vakioida kaikkia muuttujia. Laboratoriokokeissa voidaan selvittää asioiden syy-seuraussuhteita tavalla, joka on mahdotonta maastossa. Kokeita voidaan laboratorio-olosuhteissa tehdä elävissä eliöissä (in vivo), niistä eristetyissä kudoksissa (in vitro) tai tietokonemallinnuksina (in silico). Toisaalta maastokokeet ja -havainnot antavat usein realistisemman kuvan ilmiöstä. Biologisten ilmiöiden ymmärtäminen vaatii siis molempia lähestymistapoja.
In vitro ("lasissa") on tutkimustekniikka, jossa luonnontieteellinen koe suoritetaan esim. koeputkessa (koeputkihedelmöitys).
Biologisen ilmiön ymmärtäminen vaatii usein erilaisia lähestymistapoja. Esimerkiksi suomalainen hampaan kehityksen tutkimus yhdistää kaikkia lähestymistapoja. Erilaisten kasvutekijöiden vaikutusta hampaan kasvuun voidaan tarkkailla in vivo kasvattamalla hiirikantoja, joista tietyn kasvutekijän tuotanto on estetty. Hiiren sikiöistä voidaan irrottaa hampaat, joita kasvatetaan maljalla in vitro erilaisissa olosuhteissa, jolloin saadaan tarkempaa tietoa kasvutekijöiden toimintaperiaatteista ja hampaan kehityksestä.
Kun tietoa hampaan kehityksestä on kerääntynyt riittävästi, tietokoneella voidaan mallintaa in silico erilaisia kasvutekijöitä tuottavien geenien vaikutuksia ja ennustaa hampaiden rakennetta. Lisäksi maastosta kerätään kuolleiden saimaannorppien kalloja. Saimaannorppien perimän emäsjärjestys selvitetään ja vertaillaan, miten erot perimässä vaikuttavat eroihin hampaiden rakenteessa. Tutkimuksen yhtenä mahdollisena tuloksena on ymmärrys siitä, miten hampaat kasvavat, ja mahdollisuus soveltavan tutkimuksen jälkeen kasvattaa keinotekoisia ihmisen hampaita.
In vivo -tutkimus tehdään elävässä eliössä, esimerkiksi koe-eläinten avulla.
Monet merkittävimmistä biologisista keksinnöistä ovat lähteneet liikkeelle sattumalta tehdystä havainnosta. Esimerkiksi vuonna 1928 Alexander Flemingin kasvattamaan bakteeriviljelmään oli päässyt homekasvustoa, minkä seurauksena kyseisen viljelmän bakteerit tuhoutuivat. Fleming ihmetteli havaintoaan ja lähti tutkimaan, mistä se johtui. Hän esitti olettamuksen, että home oli erittänyt ympäristöönsä kemiallista ainetta, joka oli tappanut bakteerit.
Fleming tutki hypoteesiaan koejärjestelyjen avulla ja päätyi siihen, että Penicillium-sukuun kuuluva home tappoi bakteerit. Tästä havainnosta ja Flemingin tekemästä tutkimuksesta kehitettiin yksi 1900-luvun merkittävimmistä keksinnöistä, penisilliini. Flemingin sanotaan todenneen nöyränä oivalluksestaan: "Ainoa saavutukseni on, että en jättänyt havaintoa huomioimatta ja jatkoin asian tutkimista.”
Bakteerien kasvatusta veriagar-liuoksessa.
2.5 Biologiset mallit ja teoriat
Biologiassa käytetään malleja kuvaamaan todellisuutta. Mallien tarkoituksena on kuvata ja yksinkertaistaa biologisia ilmiöitä niin, että ne on helpompi ymmärtää ja niiden tutkimus on helpompaa. Suurin osa malleista on käsitteellisiä: ne kuvaavat eri käsitteiden suhdetta toisiinsa. Mallit voivat olla myös konkreettisia esineitä.
Esimerkiksi Watson ja Crick rakensivat DNA:n kuvantamisen avulla kolmiulotteisen molekyylimallin (vasemmanpuoleinen kuva). Toisaalta esimerkiksi viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla (oikeanpuoleinen kuva).
Vasemmalla: Yksi ensimmäisistä DNA-malleista. Oikealla: Viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla.
Tieteelliset mallit saavat merkityksensä tutkimuksen aikana. Esimerkiksi geeni tarkoittaa eri tieteenaloilla eri asiaa: molekyylibiologi käsittelee geeniä DNA-molekyylinä, kun taas populaatiogeneetikko tutkii populaation tasolla geeniä periytymisen yksikkönä.
Osa malleista on epätarkempia ja osa taas hyvin tarkkaan muotoiltuja. Esimerkiksi vuorovaikutusmallit tai matemaattiset mallit ovat tarkkaan määriteltyjä.
Mallien avulla voidaan tehdä simulaatioita, eli ennustuksia siitä, mitä tulevaisuudessa tulee tapahtumaan. Esimerkiksi populaation kasvua voidaan matemaattisesti mallintaa erilaisilla yhtälöillä ja näin laskea, miten tulevaisuudessa eri lajien yksilömäärät muuttuvat tai tartuntataudit leviävät.
Vuorovaikutusmalleilla, kuten ravintoverkoilla tai geenien vuorovaikutusverkoilla, voidaan arvioida miten muutos yhdessä mallin osassa vaikuttaa muun mallin toimintaan. Esimerkiksi tietyn lajin häviäminen ekosysteemistä tulee vaikuttamaan muiden lajien yleisyyteen ja koko ekosysteemin toimintaan.
Ravintoverkko on esimerkki ekologisesta vuorovaikutusmallista. Ympyröillä esitetään tuottajia, neliöillä 1.asteen kuluttajia, vinoneliöillä 2. ja ylemmän asteen kuluttajia ja huippupeto tähdellä. Hajottajat on merkitty kolmiolla. Hajottajat palauttavat ravinteet tuottajien käyttöön. Ravintoketjut linkittyvät ravintoverkoiksi.
Tieteessä teoriaa käytetään hyvin eri tavalla kuin arkipuheessa. Teoria on laajan ilmiön kokonaisselitys. Teorian pitäisi pystyä selittämään suuri osa kokeellisista havainnoista mahdollisimman yksinkertaisella tavalla. Teoriasta pystytään johtamaan ennusteita, joita voidaan testata tutkimuksella.
Teoriaa voidaan tarkentaa uusien tulosten avulla, mutta joskus teoria kumoutuu uudemmalla teorialla, joka selittää havainnot paljon paremmin. Moderni evoluutioteorian synteesi on esimerkki hyväksytystä tieteellisestä teoriasta.
Esimerkiksi Watson ja Crick rakensivat DNA:n kuvantamisen avulla kolmiulotteisen molekyylimallin (vasemmanpuoleinen kuva). Toisaalta esimerkiksi viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla (oikeanpuoleinen kuva).
Vasemmalla: Yksi ensimmäisistä DNA-malleista. Oikealla: Viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla.
Tieteelliset mallit saavat merkityksensä tutkimuksen aikana. Esimerkiksi geeni tarkoittaa eri tieteenaloilla eri asiaa: molekyylibiologi käsittelee geeniä DNA-molekyylinä, kun taas populaatiogeneetikko tutkii populaation tasolla geeniä periytymisen yksikkönä.
Osa malleista on epätarkempia ja osa taas hyvin tarkkaan muotoiltuja. Esimerkiksi vuorovaikutusmallit tai matemaattiset mallit ovat tarkkaan määriteltyjä.
Mallien avulla voidaan tehdä simulaatioita, eli ennustuksia siitä, mitä tulevaisuudessa tulee tapahtumaan. Esimerkiksi populaation kasvua voidaan matemaattisesti mallintaa erilaisilla yhtälöillä ja näin laskea, miten tulevaisuudessa eri lajien yksilömäärät muuttuvat tai tartuntataudit leviävät.
Vuorovaikutusmalleilla, kuten ravintoverkoilla tai geenien vuorovaikutusverkoilla, voidaan arvioida miten muutos yhdessä mallin osassa vaikuttaa muun mallin toimintaan. Esimerkiksi tietyn lajin häviäminen ekosysteemistä tulee vaikuttamaan muiden lajien yleisyyteen ja koko ekosysteemin toimintaan.
Ravintoverkko on esimerkki ekologisesta vuorovaikutusmallista. Ympyröillä esitetään tuottajia, neliöillä 1.asteen kuluttajia, vinoneliöillä 2. ja ylemmän asteen kuluttajia ja huippupeto tähdellä. Hajottajat on merkitty kolmiolla. Hajottajat palauttavat ravinteet tuottajien käyttöön. Ravintoketjut linkittyvät ravintoverkoiksi.
Tieteessä teoriaa käytetään hyvin eri tavalla kuin arkipuheessa. Teoria on laajan ilmiön kokonaisselitys. Teorian pitäisi pystyä selittämään suuri osa kokeellisista havainnoista mahdollisimman yksinkertaisella tavalla. Teoriasta pystytään johtamaan ennusteita, joita voidaan testata tutkimuksella.
Teoriaa voidaan tarkentaa uusien tulosten avulla, mutta joskus teoria kumoutuu uudemmalla teorialla, joka selittää havainnot paljon paremmin. Moderni evoluutioteorian synteesi on esimerkki hyväksytystä tieteellisestä teoriasta.
2.6 Oman tutkimuksen tekeminen
Kurssilla tehtävä tutkimus koostuu seuraavista työvaiheista.
1. Tutkimusaiheen valinta ja rajaaminenValitse aiheeksi sinua kiinnostava aihe, josta löytyy kohtuullisen helposti tietoa. Tutustu aiheeseen ensin yleisellä tasolla.
2. Tutkimuksen teoriatausta
Teoreettiseen viitekehykseen kuuluu aihetta käsittelevään kirjallisuuteen tutustuminen ja perehtyminen. Tarkoituksena on perehtyä aikaisempaan tutkimustietoon tutkittavasta aiheesta. Voit hakea tietoa internetistä ja kirjoista. Tässä vaiheessa selvitetään taustatietoja tutkittavalle asialle ja kytketään tutkimus jo olemassa olevaan tietoon. Lisäksi teoriavaiheessa määritellään tutkimuksessa käytettävät keskeiset käsitteet.
3. Tutkimuksen suunnittelu
Määrittele ongelma, johon haet tutkimuksellasi vastauksia. Voit esittää tutkimusongelman tai -ongelmat kysymyksen muodossa. Tutkimukselle asetetaan hypoteesi eli olettamus siitä, mitä tutkimuksessa tullaan havaitsemaan. Tämän olettamuksen paikkansapitävyyttä testataan esimerkiksi havainnoimalla, mittaamalla, kokeilla tai kyselytutkimusten avulla.
Valitse tutkimuskohde tai haastateltavat henkilöt.
Tee luettelo siitä, mitä välineitä tarvitset tutkielman tekemiseen (GPS, mittausvälineitä, nauhuri, kirjanpitovälineet, kamera jne.). Tee alustava aikataulu ja anna tutkimuksellesi otsikko.
4. Tutkimusaineisto ja menetelmät
Tutkimusaineistoa voi hankkia monella tavalla tutkimuksen mukaan: haastatteluilla, kyselytutkimuksilla, havainnoimalla tai tekemällä kokeita ja mittauksia.
Luonnontieteellisessä tutkimuksessa tehdään usein maastotutkimusta ja havainnointia luonnossa. Tutkimuksen voi myös tehdä myös kirjallisuuden pohjalta. Tällöin aineistona ovat tilastot, tietokannat, arkistot ja aikaisemmat tutkimukset.
5. Aineiston analysointi, tuloksen tulkinta ja johtopäätökset
Tuloksista tehdään johtopäätökset. Tulosten perusteella pohditaan sitä, mitä koe tai havaintosarja kertoo.
Pohdi mitä tulokset merkitsevät?
Ovatko ne samansuuntaisia aikaisempien tutkimustulosten kanssa?
Pitikö laatimasi hypoteesi paikkansa?
Arvioi, mitä virhelähteitä tutkielman eri vaiheisiin sisältyy?
6. Tutkielman kirjoittaminen ja rakenne
Kirjoittaminen alkaa sisällysluettelon laatimisella. Laaditaan aineiston pohjalta diagrammeja ja valitaan tutkielmaan liitettävät kuvat yms. Kuviin ja graafisiin esityksiin (kartta, diagrammi, valokuva) tulee mukaan otsikko, ja ne numeroidaan. Taulukon otsikko tulee sen yläpuolelle, muihin kuvan alapuolelle. Kirjoitustyylin tulee olla asiallista ja kielellisesti oikeaa.
Esimerkki tutkielman rakenteesta:
- Kansilehti: tutkielman nimi, tekijä, koulu, päivämäärä
- Tiivistelmä: mitä tutkittiin ja miksi, miten aineisto hankittiin, mitä saatiin selville
- Sisällysluettelo: lukujen otsikot ja alaotsikot sekä niiden alkamissivut
- Johdanto: esipuhe käsiteltävään aiheeseen, herätetään mielenkiinto aiheeseen, esitellään tutkimuksen tarkoitus ja tutkimusongelma (hypoteesi), lyhyesti taustatietoa tutkimusaiheesta
- Aineisto ja menetelmät: missä ja milloin tutkimus on tehty, miten tutkimus on tehty ja miten aineisto on hankittu
- Tulokset: mitä saatiin selville (mukaan taulukoita, kuvia ja graafisia esityksiä)
- Tulosten tarkastelu: tuloksia verrataan muualta saatavaan taustatietoon, miten tuloksia voidaan hyödyntää, lisätutkimustarve: tutkimuksen esille tuomat uudet kysymykset ja menetelmien puutteet
- Lähdeluettelo: käytetyt tietolähteet mainitaan lähdeviittauksina tekstiin ja tarkemmin työn lopussa olevaan lähdeluetteloon (verkkolähteeksi merkitään tarkka internet-sivu). Voit katsoa lisätietoa lähteiden käytöstä tästä dokumentista.
- (Liitteet: liitteisiin voidaan laittaa aineiston keräämiseen liittyvät haastattelut, lomakkeet ja osa tekemistäsi kartoista ja diagrammeista)
