Verhaltensforschung in der Statistik-Falle

Viele Tierarten, insbesondere Vögel, haben die Wahl zwischen einem Leben in größeren oder kleineren Gruppen. Beide Lebensformen bringen Vor- und Nachteile mit sich. Während es in größeren Kolonien eher zu aggressiven Konflikten untereinander und zur Übertragung von Krankheiten kommen kann, sind kleinere Kolonien weniger mit Parasiten belastet, jedoch gibt es dort auch weniger Nahrung für die Gemeinschaft. 

 
Schwalbenstudie neu interpretiert

 
Die Idee, dass die Entscheidung für ein Leben in der Großfamilie oder der Kleinfamilie, insbesondere bei Vögeln, genetisch festgelegt ist, gewann im Jahr 2000 große Akzeptanz. Damals veröffentlichte das Forscherpaar Charles und Mary Brown einen Artikel, in dem sie Daten aus einem Feldversuch mit Fahlstirnschwalben interpretierten. Diese Vögel leben von Natur aus in unterschiedlich großen Gruppen. Einige Individuen dieser amerikanischen Schwalbenart scheinen resistenter gegen Nestparasiten zu sein als andere und vertragen deshalb die größere Parasitenbelastung in den Großgruppen. Auch das Nahrungsangebot ist in Großgruppen reicher, da größere nachbarliche Gemeinschaften Insektenschwärme besser verfolgen können. 

 
In ihrem Experiment untersuchten die Browns insgesamt 2.000 Jungvögel. Die Forschenden tauschten frisch geschlüpfte Küken aus kleinen Kolonien mit Küken aus großen Kolonien und ließen die Jungvögel bei den „fremden“ Eltern aufwachsen. Als die umgesiedelten Vögel dann nach Jahren selbst Nester bauten, um zu brüten, analysierten die Forschenden, welche Gruppengrößen die Tiere wählten. Es zeigte sich, dass Schwalben, die in großen Gruppen zur Welt gekommen waren und in kleinen Gruppen aufgezogen wurden, selber wieder die Großgruppe als Lebensform bevorzugten. Das genaue Gegenteil passierte mit der anderen Gruppe. Schwalben aus Kleingruppen, die jedoch in Großgruppen aufwuchsen, brüteten ihrerseits in Kleinkolonien. Kurz gesagt, es sah so aus, als würde die Wahl der Lebensform vererbt und somit genetisch bedingt sein. 

 
Statistischer Fehler entdeckt

Was wäre jedoch der evolutionäre Vorteil eines Gens, das die Wahl der Gruppengröße bestimmt? Der Verhaltensforscher Richard Wagner vom Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensforschung und Erstautor Étienne Danchin von der Universität Toulouse vermuteten, dass die Ergebnisse der Studie durch den verwendeten methodischen Ansatz verfälscht worden sein könnten. Gemeinsam mit Eric Wajnberg, einem Populationsgenetiker vom Institut INRA in Sofia, berechneten sie die Originaldaten aus dem Experiment der Browns neu und fanden heraus, dass die Ergebnisse genauso per Zufall hätten entstehen können. 

 
Werte nahe dem Durchschnitt sind wahrscheinlicher als Extremwerte

Das Problem ist größtenteils auf ein statistisches Phänomen, das als “Regression zur Mitte” bekannt ist, zurückzuführen. Sir Francis Dalton, der Cousin von Charles Darwin, hat dieses Problem bereits im 19. Jahrhundert beschrieben. Es handelt sich um einen Effekt, nachdem auf außergewöhnlich hohe oder niedrige Messergebnisse mit hoher Wahrscheinlichkeit „normalere“ Werte folgen.
Im Experiment der Browns lag gerade hier der Fehler. Vögel, die von kleine in große Kolonien übersiedelt wurden, suchten sich später selber kleinere Kolonien für ihre Brut. Statistisch gesehen, liegen diese kleineren Gruppen aber dann auch der durchschnittlichen Gruppengröße näher. Und genauso verhält es sich umgekehrt mit der anderen Gruppe. Die Ergebnisse wären also auch ohne Bezug zu genetischen Faktoren entstanden. 

 
Wagner und Danchin fanden außerdem noch einen weiteren Fehler. Das zweite Problem bezieht sich auf einen Fehlschluss bezüglich räumlich strukturierter Daten und wurde 1984 von dem Forscher Arie van Noordwijk aufgedeckt. Es besagt, dass Individuen, die nicht die gleichen Wahlmöglichkeiten bezüglich der Orte haben, die sie aufsuchen können, auch nicht miteinander verglichen werden können. In der Studie der Browns hatten die miteinander verglichenen Vogelgruppen nicht dieselben Möglichkeiten.

 
Eine Frage des Studiendesigns

Nach der Neuberechnung der Studienergebnisse gilt es, viele bereits veröffentlichte Daten noch einmal zu überdenken. Vor allem die Rolle der Genetik könnte in der Verhaltensbiologie bislang in vielen Fällen falsch interpretiert worden sein. “Uns überraschte, dass genau jenes experimentelle Design, das häufig in diesem Zusammenhang verwendet wird, den Trugschluss der „Regression zur Mitte“ erzeugt. Selbst die am sorgfältigsten gestalteten Studien können unter diesem Problem leiden. Die Ergebnisse werden so bedeutungslos“, warnt Wagner. 

 
Die WissenschafterInnen schlagen auch eine Lösung für das Problem vor. Werden Gruppen miteinander verglichen, die dieselben Wahlmöglichkeiten haben (im Falle der Schwalben müssten alle Küken von einer in eine andere Kolonie übersiedelt werden), so wären die Forschenden mit ihrer Interpretation auf der sicheren Seite. 

 
Der Artikel „Avoiding pitfalls in estimating heritability with the common options approach“ von Étienne Danchin, Éric Wajnberg und Richard H. Wagner erschien vor kurzem im Journal Scientific Reports. doi:10.1038/srep03974
http://www.nature.com/srep/2014/140205/srep03974/full/srep03974.html

Über die Veterinärmedizinische Universität Wien

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