Важность (экспериментального) дизайна
Горячие дебаты в эволюционной биологии касаются происхождения поведения: оно генетически закодировано или животные и птицы копируют родителей или других особей? Классический эксперимент 2000 года, казалось, предоставил убедительные доказательства, что конкретный поведенческий выбор (будут ли особи вида ласточек размножаться в маленькой или большой колонии) в значительной степени генетически детерминирован. Ричард Вагнер из Венского университета ветеринарной медицины вместе с коллегами из Франции перепроверил данные и показал, что результаты можно объяснить случайным выбором. Дизайн оригинального эксперимента — являющийся образцом для множества исследований наследуемости поведения — содержит две ловушки, которые в совокупности подрывают выводы. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Всё в генах?
В 2000 году Чарльз и Мэри Браун сообщили о результатах полевого эксперимента беспрецедентного масштаба с американскими ласточками, гнездящимися в колониях разного размера. Учёные перекрёстно подложили около 2000 птенцов из гнёзд в маленьких колониях в гнёзда в больших колониях и наоборот, а затем повторно отловили более 700 птиц, когда те вернулись размножаться в последующие годы. Анализ данных убедительно показал, что ласточки, вылупившиеся в больших колониях (но выращенные в маленьких), выбирали для размножения большие колонии, и наоборот. Вывод: выбор птиц определяется генетическими факторами.
Или нет?
Этьен Даншен из Университета Тулузы и Ричард Вагнер усомнились в результатах. Вместе со специалистом по моделированию Эриком Вайнбергом из INRA они смоделировали данные оригинальной работы и обнаружили, что результаты могли быть получены случайно.
Проблема в основном проистекает из заблуждения, известного как «регрессия к среднему» (RTM). В эксперименте Браунов, когда особи перемещаются из маленьких в большие колонии, они в среднем будут возвращаться в колонии, статистически меньшие, чем колония, где их вырастили, потому что эти значения ближе к среднему размеру колонии, и наоборот.
Данчен и Вагнер обнаружили вторую проблему в исходном анализе данных — так называемую «пространственную ошибку», которая возникает, когда набор потенциальных мест для расселения различается у особей в зависимости от места их рождения. Вместе эти две ошибки могут объяснить результаты эксперимента даже при отсутствии наследуемого компонента в выборе размера колонии.
Вопрос дизайна
Новые расчёты важны по двум причинам:
- Они ставят под сомнение первоначальные выводы и должны побудить исследователей пересмотреть роль генетических факторов в определённых поведенческих решениях.
- Они служат чётким предупреждением для всех, работающих в области поведенческих наук.
Как говорит Вагнер: «Самое шокирующее, что сам экспериментальный дизайн, широко используемый для контроля всех посторонних эффектов, фактически создаёт ошибку RTM. Даже самые тщательно спланированные исследования могут страдать от этой проблемы, делая их результаты недействительными».
К счастью, учёные предложили способ избежать обеих ловушек. Их симуляции показали, что ограничение сравнений особями с одинаковым набором вариантов (в данном случае — путём перемещения всего потомства в одну колонию) может дать данные, не подверженные этим ошибкам.