Un experimento natural es un estudio en el que individuos (o grupos de individuos) están expuestos a las condiciones experimentales y de control que están determinadas por la naturaleza o por otros factores fuera del control de los investigadores. El proceso que gobierna las exposiciones posiblemente se asemeja a la asignación aleatoria . Por lo tanto, los experimentos naturales son estudios observacionales y no están controlados en el sentido tradicional de un experimento aleatorio (un estudio de intervención ). Los experimentos naturales son más útiles cuando ha habido una exposición claramente definida que involucra a una subpoblación bien definida (y la ausencia de exposición en una subpoblación similar) de modo que los cambios en los resultados pueden atribuirse plausiblemente a la exposición. [1] [2] En este sentido, la diferencia entre un experimento natural y un estudio observacional no experimental es que el primero incluye una comparación de condiciones que allanan el camino para la inferencia causal , pero el segundo no.
Los experimentos naturales se emplean como diseños de estudio cuando la experimentación controlada es extremadamente difícil de implementar o poco ética, como en varias áreas de investigación abordadas por la epidemiología (como la evaluación del impacto en la salud de diversos grados de exposición a la radiación ionizante en personas que vivían cerca de Hiroshima en el momento de la explosión atómica [3] ) y la economía (como la estimación del rendimiento económico de la cantidad de escolaridad en adultos estadounidenses [4] ). [1] [2]
Uno de los primeros experimentos naturales más conocidos fue el brote de cólera de Broad Street en Londres , Inglaterra, en 1854. El 31 de agosto de 1854, un importante brote de cólera azotó el Soho . Durante los tres días siguientes, murieron 127 personas cerca de Broad Street. Al final del brote, murieron 616 personas. El médico John Snow identificó la fuente del brote como la bomba de agua pública más cercana, utilizando un mapa de muertes y enfermedades que reveló un grupo de casos alrededor de la bomba.
En este ejemplo, Snow descubrió una fuerte asociación entre el uso del agua de la bomba y las muertes y enfermedades debidas al cólera. Snow descubrió que la Southwark and Vauxhall Waterworks Company , que suministraba agua a distritos con altas tasas de ataque, obtenía el agua del Támesis aguas abajo de donde se vertían las aguas residuales sin tratar al río. Por el contrario, los distritos que recibían agua de la Lambeth Waterworks Company , que obtenía agua aguas arriba de los puntos de descarga de las aguas residuales, tenían bajas tasas de ataque. Dado el desarrollo casi aleatorio del suministro de agua en el Londres de mediados del siglo XIX, Snow consideró los desarrollos como "un experimento... a gran escala". [5] Por supuesto, la exposición al agua contaminada no estaba bajo el control de ningún científico. Por lo tanto, esta exposición ha sido reconocida como un experimento natural. [6] [7] [8]
Un objetivo de un estudio de Angrist y Evans (1998) [9] fue estimar el efecto del tamaño de la familia sobre los resultados laborales de la madre. Por al menos dos razones, las correlaciones entre el tamaño de la familia y diversos resultados (por ejemplo, los ingresos) no nos informan sobre cómo el tamaño de la familia afecta causalmente los resultados laborales. Primero, tanto los resultados laborales como el tamaño de la familia pueden verse afectados por variables "terceras" no observadas (por ejemplo, las preferencias personales). Segundo, los resultados laborales en sí mismos pueden afectar al tamaño de la familia (lo que se denomina "causalidad inversa"). Por ejemplo, una mujer puede postergar tener un hijo si recibe un aumento en el trabajo. Los autores observaron que las familias con dos hijos, ya sea varones o mujeres, tienen sustancialmente más probabilidades de tener un tercer hijo que las familias con dos hijos, ya sea varones y mujeres. El sexo de los dos primeros hijos, entonces, constituye una especie de experimento natural: es como si un experimentador hubiera asignado aleatoriamente a algunas familias tener dos hijos y a otras tener tres. Los autores pudieron entonces estimar de manera creíble el efecto causal de tener un tercer hijo sobre los resultados laborales. Angrist y Evans descubrieron que la maternidad tenía un mayor impacto en las mujeres pobres y con menor nivel educativo que en las mujeres con mayor nivel educativo, aunque el impacto en los ingresos de tener un tercer hijo tendía a desaparecer cuando el niño cumplía 13 años. También descubrieron que tener un tercer hijo tenía poco impacto en los ingresos de los maridos. [9]
En economía, los concursos son una forma de experimento natural que se estudia con frecuencia. Si bien los concursos pueden parecer contextos artificiales, pueden considerarse experimentos naturales debido a que el contexto surge sin la interferencia del científico. Los concursos se han utilizado para estudiar una amplia gama de diferentes tipos de comportamiento económico, como la toma de decisiones bajo riesgo [10] y el comportamiento cooperativo. [11]
En Helena, Montana, durante el período de seis meses comprendido entre junio y diciembre de 2002, estuvo en vigor una prohibición de fumar en todos los espacios públicos, incluidos bares y restaurantes. Helena está geográficamente aislada y sólo cuenta con un hospital. Los investigadores observaron que la tasa de ataques cardíacos se redujo en un 40% mientras estuvo en vigor la prohibición de fumar. Los opositores a la ley prevalecieron y consiguieron que se suspendiera su aplicación después de seis meses, tras lo cual la tasa de ataques cardíacos volvió a aumentar. [12] Este estudio fue un ejemplo de un experimento natural, llamado experimento de casos cruzados , en el que se elimina la exposición durante un tiempo y luego se vuelve a aplicar. El estudio también señaló sus propias debilidades que potencialmente sugieren que la incapacidad de controlar las variables en los experimentos naturales puede impedir que los investigadores saquen conclusiones firmes. [12]
Las pruebas de armas nucleares liberaron grandes cantidades de isótopos radiactivos a la atmósfera, algunos de los cuales podrían incorporarse a los tejidos biológicos. La liberación se detuvo después del Tratado de Prohibición Parcial de los Ensayos Nucleares en 1963, que prohibía las pruebas nucleares atmosféricas. Esto se parecía a un experimento de pulso-persecución a gran escala , pero no podría haberse realizado como un experimento regular en humanos debido a la ética científica. Se hicieron posibles varios tipos de observaciones (en personas nacidas antes de 1963), como la determinación de la tasa de reemplazo de células en diferentes tejidos humanos.
Una pregunta importante en la investigación económica es qué determina los ingresos. Angrist (1990) evaluó los efectos del servicio militar en los ingresos de por vida. [13] Utilizando métodos estadísticos desarrollados en econometría , [14] Angrist capitalizó la asignación aleatoria aproximada de la lotería del reclutamiento de la Guerra de Vietnam y la utilizó como una variable instrumental asociada con la elegibilidad (o no elegibilidad) para el servicio militar. Debido a que muchos factores pueden predecir si alguien sirve en el ejército, la lotería del reclutamiento enmarca un experimento natural por el cual aquellos reclutados en el ejército pueden compararse con aquellos que no lo fueron porque los dos grupos no deberían diferir sustancialmente antes del servicio militar. Angrist encontró que los ingresos de los veteranos eran, en promedio, alrededor de un 15 por ciento menores que los ingresos de los no veteranos.
Con la Revolución Industrial del siglo XIX, muchas especies de polillas, incluida la polilla moteada , respondieron a la contaminación atmosférica de dióxido de azufre y hollín alrededor de las ciudades con melanismo industrial , un aumento dramático en la frecuencia de formas oscuras en comparación con las formas pálidas y moteadas, que antes eran abundantes. En el siglo XX, cuando la regulación mejoró y la contaminación disminuyó, lo que proporcionó las condiciones para un experimento natural a gran escala, la tendencia hacia el melanismo industrial se revirtió y las formas melánicas rápidamente comenzaron a escasear. El efecto llevó a los biólogos evolucionistas LM Cook y JRG Turner a concluir que " la selección natural es la única explicación creíble para el declive general". [15]