Var mandlige og kvindelige dinosaurer forskellige? En ny statistisk teknik hjælper med at besvare spørgsmålet

Hos de fleste dyrearter er hanner og hunner forskellige. Dette gælder for mennesker og andre pattedyr, såvel som mange arter af fugle, fisk og krybdyr. Men hvad med dinosaurer? I 2015 foreslog jeg, at variation fundet i stegosaur-dinosaurernes ikoniske bagplader skyldtes kønsforskelle.

Jeg var overrasket over, hvor stærkt nogle af mine kolleger var uenige, da de hævdede, at forskelle mellem køn, kaldet seksuel dimorfi, ikke eksisterede hos dinosaurer.

Jeg er en palæontolog, og den debat, som mit papir fra 2015 udløste, har fået mig til at genoverveje, hvordan forskere, der studerer gamle dyr, bruger statistik.

Den begrænsede fossiloptegnelse gør det svært at erklære, om en dinosaur var seksuelt dimorf. Men jeg og nogle andre inden for mit felt er begyndt at skifte væk fra traditionel sort-hvid statistisk tænkning, der er afhængig af p-værdier og statistisk signifikans for at definere et sandt fund. I stedet for kun at lede efter ja eller nej-svar, begynder vi at overveje den estimerede størrelse af seksuel variation i en art, graden af ​​usikkerhed i det skøn, og hvordan disse mål sammenlignes med andre arter. Denne tilgang tilbyder en mere nuanceret analyse af udfordrende spørgsmål inden for palæontologi såvel som mange andre videnskabsområder.

Forskelle mellem mænd og kvinder

Seksuel dimorfi er, når hanner og hunner af en bestemt art adskiller sig i gennemsnit i et bestemt træk - ikke inklusive deres reproduktive anatomi. Klassiske eksempler er, hvordan hanhjorte har gevirer og hanpåfugle har prangende halefjer, mens hunnerne mangler disse egenskaber.

Dimorfisme kan også være subtil og prangende. Ofte er forskellen en grad, ligesom forskelle i den gennemsnitlige kropsstørrelse mellem hanner og hunner - som hos gorillaer. I disse beskedne tilfælde bruger forskere statistik til at bestemme, om en egenskab i gennemsnit adskiller sig mellem mænd og kvinder.

Dinosaur-dilemmaet

At studere seksuel dimorfi hos uddøde dyr er fyldt med usikkerhed. Hvis du og jeg uafhængigt graver lignende fossiler op af samme art, vil de uundgåeligt være lidt forskellige. Disse forskelle kan skyldes køn, men de kan også være drevet af alder - unge fugle er uklare, voksne fugle er slanke. De kan også skyldes genetik, der ikke er relateret til sex, som øjenfarve hos mennesker.

Hvis palæontologer havde tusindvis af fossiler at studere af hver art, ville de mange kilder til biologisk variation ikke betyde så meget. Desværre har tidens tand efterladt fossiloptegnelsen smerteligt ufuldstændig, ofte med mindre end et dusin gode eksemplarer for store, uddøde hvirveldyrarter. Derudover er der i øjeblikket ingen måde at identificere kønnet på et individuelt fossil undtagen i sjældne tilfælde, hvor der findes åbenlyse spor, såsom æg, der er bevaret i kropshulen.

Så hvor efterlader alt dette debatten om, hvorvidt mandlige og kvindelige dinosaurer havde forskelle inden for egenskaber? På den ene side viser fugle - som er direkte efterkommere af dinosaurer - almindeligvis seksuel dimorfi. Det samme gør krokodiller, dinosaurernes næste nærmeste nulevende slægtninge. Evolutionsteori forudsiger også, at eftersom dinosaurer reproducerede sig med sæd og æg, ville der være en fordel ved seksuel dimorfi.

Disse ting tyder alle på, at dinosaurer sandsynligvis var seksuelt dimorfe. Men i videnskaben skal du være kvantitativ. Udfordringen er, at der ikke er meget i vejen for statistisk signifikante analyser af fossiloptegnelsen til at understøtte dimorfi.

Statistiske skift

Der er et par måder, palæontologer kan teste for seksuel dimorfi. De kunne se efter, om der er statistisk signifikante forskelle mellem fossiler fra formodede hanner og hunner, men der er meget få eksemplarer, hvor forskerne kender kønnet. En anden metode er at se, om der er to adskilte grupperinger af et træk, kaldet en bimodal fordeling, hvilket kunne tyde på en forskel mellem hanner og hunner.

For at fortælle, om en opfattet forskel mellem to grupper er sand, har forskere traditionelt brugt et værktøj kaldet p-værdien. P-værdier kvantificerer sandsynligheden for, at et resultat skyldes tilfældige tilfældigheder. Hvis en p-værdi er lav nok, anses resultatet for "statistisk signifikant" og anses for usandsynligt at være sket ved et tilfælde.

Men p-værdier kan være stærkt påvirket af stikprøvestørrelsen og undersøgelsens design, foruden den faktiske grad af seksuel dimorfi. På grund af den meget lille stikprøvestørrelse af fossiler gør afhængighed af denne statistiske teknik det yderst vanskeligt at kategorisk proklamere, hvilke dinosaurarter der var dimorfe.

Svagheden ved den sort-hvide tilgang, der udelukkende fokuserer på, om et resultat er statistisk signifikant, har ført til, at hundredvis af videnskabsmænd har opfordret til at opgive signifikanstest med p-værdier til fordel for noget, der kaldes effektstørrelsesstatistik. Ved at bruge denne tilgang ville forskere blot rapportere den målte forskel mellem to grupper og usikkerheden i den måling.

Statistik for effektstørrelse

Jeg er begyndt at anvende effektstørrelsesstatistikker i min forskning om dinosaurer. Mine kolleger og jeg sammenlignede seksuel dimorfi i kropsstørrelse mellem tre forskellige dinosaurer:Andenæbbet Maiasaura, Tyrannosaurus rex og Psittacosaurus, en lille slægtning til Triceratops. Ingen af ​​disse arter forventes at vise statistisk signifikante størrelsesforskelle mellem hanner og hunner i henhold til p-værdier. Men den tilgang fanger ikke arten af ​​variationen inden for disse arter.

Da vi i stedet brugte effektstørrelsesstatistik, var vi i stand til at estimere, at han- og hunkøns Maiasaura viser en større forskel i kropsmasse sammenlignet med de to andre arter, og at vi også havde en højere tillid til dette estimat. Et par af egenskaberne i dataene hjalp med at reducere usikkerheden. For det første havde vi et stort antal Maiasaura-fossiler fra individer i forskellige aldre. Disse knogler passer meget fint med baner for, hvordan størrelsen ændrer sig, efterhånden som et individ vokser fra ung til voksen, så vi kunne kontrollere for forskelle på grund af alder og i stedet fokusere på forskelle på grund af køn.

Derudover kommer Maiasaura-fossilerne alle fra et enkelt knogleleje af individer, der døde på samme sted på samme tid. Dette betyder, at variation mellem individer sandsynligvis ikke skyldes, at de er forskellige arter fra forskellige regioner eller tidsperioder.

Hvis mine kolleger og jeg havde nærmet os problemet og forventede et ja eller nej svar på, om hanner og hunner var forskellige i størrelse, ville vi helt have gået glip af alle disse forviklinger. Effektstørrelsesstatistikker giver forskere mulighed for at producere meget mere nuancerede og, tror jeg, informative resultater. Det er næsten lige så stor en forskel i den filosofiske tilgang til videnskab, som den er en matematisk.

At studere dinosaur-dimorfi er ikke det eneste sted, hvor p-værdier skaber problemer. Mange videnskabsområder, herunder medicin og psykologi, har lignende debatter om spørgsmål inden for statistik og et bekymrende problem med ugentlige undersøgelser.

At omfavne usikkerhed i data - i stedet for at lede efter sort-hvide svar på spørgsmål som, om mandlige og kvindelige dinosaurer var seksuelt dimorfe - kan hjælpe med at belyse dinosaurernes biologi. Men dette skift i tænkning kan mærkes vidt og bredt på tværs af videnskaberne. En omhyggelig overvejelse af problemer inden for statistik kan få dybe konsekvenser på tværs af mange områder.