Brug matematik til at undersøge kønsforskellene hos dinosaurer

Hanløver har typisk manker. Hanpåfugle har seks fod lange halefjer. Hunørne og høge kan være omkring 30 % større end hanner. Men hvis du kun havde disse dyrs fossiler at gå ud af, det ville være svært at med sikkerhed sige, at disse forskelle skyldtes dyrenes køn. Det er det problem, som palæontologer står over for:det er svært at sige, om dinosaurer med forskellige træk var separate arter, forskellige aldre, hanner og hunner af samme art, eller bare varieret på en måde, der ikke havde noget med sex at gøre. Meget af arbejdet med at vise forskelle mellem mandlige og kvindelige dinosaurer er kommet tilbage uden entydigt. Men i et nyt blad, videnskabsmænd viser, hvordan man ved hjælp af en anden form for statistisk analyse ofte kan estimere graden af ​​seksuel variation i et datasæt af fossiler.

"Det er en helt ny måde at se på fossiler og vurdere sandsynligheden for, at de egenskaber, vi ser, hænger sammen med sex, " siger Evan Saitta, en forskningsmedarbejder ved Chicago's Field Museum og hovedforfatter af det nye papir i Biologisk tidsskrift for Linnean Society . "Dette papir er en del af en større revolution af slagsen om, hvordan man bruger statistik i videnskab, men anvendt i sammenhæng med palæontologi."

Medmindre du finder et dinosaurskelet, der indeholder de forstenede æg, som det var ved at lægge, eller en lignende død giveaway, det er svært at være sikker på den enkelte dinosaurs køn. Men mange fugle, de eneste levende dinosaurer, varierer meget mellem mænd og kvinder i gennemsnit, et fænomen kaldet seksuel dimorfi. Dinosaurernes fætre, krokodillerne, viser også seksuel dimorfi. Så det er naturligt, at i mange arter af dinosaurer, hanner og hunner ville adskille sig fra hinanden i en række træk.

Men ikke alle forskelle i dyr af samme art er knyttet til deres køn. For eksempel, hos mennesker, gennemsnitlig højde er relateret til køn, men andre egenskaber som øjenfarve og hårfarve passer ikke pænt til mænd kontra kvinder. Vi ved ofte ikke præcist, hvordan de egenskaber, vi ser hos dinosaurer, relaterer sig til deres køn, enten. Da vi ikke ved om, sige, større dinosaurer var kvinder, eller dinosaurer med større toppe på hovedet var mænd, Saitta og hans kolleger ledte efter mønstre i forskellene mellem individer af samme art. At gøre det, de undersøgte målinger fra en masse fossiler og moderne arter og lavede en masse matematik.

Andre palæontologer har forsøgt at lede efter seksuel dimorfi hos dinosaurer ved hjælp af en form for statistik (kaldet signifikanstest, for alle jer statistiknørder), hvor du indsamler alle dine datapunkter og derefter beregner sandsynligheden for, at disse resultater kunne være sket ved en ren tilfældighed snarere end en faktisk årsag (som hvordan læger afgør, om en ny medicin er mere nyttig end en placebo). Denne form for analyse virker nogle gange for store, rene datasæt. Men, siger Saitta, "med mange af disse dinosaur tests, vores data er ret dårlige" - der er ikke så mange fossile eksemplarer, eller de er ufuldstændige eller dårligt bevarede. Brug af signifikanstest i disse tilfælde, Saitta hævder, resulterer i mange falske negativer:da prøverne er små, det kræver en ekstrem variation mellem kønnene for at udløse et positivt testresultat. (Betydningstest er ikke kun en overvejelse for palæontologer - bekymringer over en "replikationskrise" har plaget forskere inden for psykologi og medicin, hvor visse undersøgelser er svære at reproducere.)

I stedet, Saitta og hans kolleger eksperimenterede med en anden form for statistik, kaldet effektstørrelsesstatistik. Effektstørrelsesstatistik er bedre for mindre datasæt, fordi den forsøger at estimere graden af ​​kønsforskelle og beregne usikkerheden i det estimat. Denne alternative statistiske metode tager naturlige variationer i betragtning uden at se dimorfi, da sort-hvid-mange seksuelle dimorfismer kan være subtile. Medforfatter Max Stockdale fra University of Bristol skrev koden til at køre de statistiske simuleringer. Saitta og hans kolleger uploadede målinger af dinosaurfossiler til programmet, og det gav estimater af kropsmassedimorfi og fejlbjælker i disse estimater, som simpelthen ville være blevet afvist ved brug af signifikanstest.

"Vi viste, at hvis du adopterer dette paradigmeskifte i statistik, hvor du forsøger at estimere størrelsen af ​​en effekt og derefter sætter fejlbjælker omkring det, du kan ofte lave et ret præcist skøn over seksuel variation, selv når individernes køn er ukendt, " siger Saitta.

For eksempel, Saitta og hans kolleger fandt ud af, at i dinosauren Maiasaura, voksne prøver varierer meget i størrelse, og analyserne viser, at disse sandsynligvis svarer til seksuel variation end forskelle set hos andre dinosaurarter. Men mens de nuværende data tyder på, at det ene køn var omkring 45 % større end det andet, de kan ikke se, om de større er hanner eller hunner.

Selvom der er meget arbejde at gøre endnu, Saitta siger, at han er begejstret over, at de statistiske simuleringer gav så konsistente resultater på trods af grænserne for de fossile data.

"Seksuel udvælgelse er en så vigtig drivkraft for evolution, og at begrænse os til ineffektive statistiske tilgange skader vores evne til at forstå disse dyrs palæobiologi, " siger han. "Vi er nødt til at tage højde for seksuel variation i fossiloptegnelsen."

"Jeg er glad for at spille en lille rolle i denne form for statistisk revolution, " tilføjer han. "Effektstørrelsesstatistikker har stor betydning for psykologisk og medicinsk forskning, så at anvende det på dinosaurer og palæontologi er virkelig fedt."