Bij de meeste diersoorten verschillen mannetjes en vrouwtjes. Dit geldt voor mensen en andere zoogdieren, maar ook voor vele soorten vogels, vissen en reptielen. Maar hoe zit het met dinosaurussen? In 2015 stelde ik voor dat de variatie in de iconische achterplaten van stegosaurus-dinosaurussen te wijten was aan sekseverschillen.

Ik was verrast door hoe sterk sommige van mijn collega's het er niet mee eens waren, met het argument dat verschillen tussen geslachten, seksueel dimorfisme genaamd, niet bestonden bij dinosauriërs.

Ik ben een paleontoloog en het debat dat werd aangewakkerd door mijn paper uit 2015 heeft me doen heroverwegen hoe onderzoekers die oude dieren bestuderen statistieken gebruiken.

Het beperkte fossielenbestand maakt het moeilijk om vast te stellen of een dinosaurus seksueel dimorf was. Maar ik en enkele anderen in mijn vakgebied beginnen af ​​te wijken van het traditionele zwart-wit statistisch denken dat vertrouwt op p-waarden en statistische significantie om een ​​echte bevinding te definiëren. In plaats van alleen ja of nee-antwoorden te zoeken, beginnen we na te denken over de geschatte omvang van seksuele variatie in een soort, de mate van onzekerheid in die schatting en hoe deze maatregelen zich verhouden tot andere soorten. Deze benadering biedt een meer genuanceerde analyse van uitdagende vragen in de paleontologie en vele andere wetenschapsgebieden.

Verschillen tussen mannen en vrouwen

Seksueel dimorfisme is wanneer mannetjes en vrouwtjes van een bepaalde soort gemiddeld verschillen in een bepaald kenmerk, exclusief hun reproductieve anatomie. Klassieke voorbeelden zijn hoe mannelijke herten een gewei hebben en mannelijke pauwen flitsende staartveren, terwijl de vrouwtjes deze eigenschappen missen.

Dimorfisme kan ook subtiel en onopvallend zijn. Vaak is het verschil gradueel, zoals verschillen in de gemiddelde lichaamsgrootte tussen mannen en vrouwen, zoals bij gorilla's. In deze bescheiden gevallen gebruiken onderzoekers statistieken om te bepalen of een eigenschap gemiddeld verschilt tussen mannen en vrouwen.

Het dinosaurusdilemma

Het bestuderen van seksueel dimorfisme bij uitgestorven dieren is vol onzekerheid. Als jij en ik onafhankelijk vergelijkbare fossielen van dezelfde soort opgraven, zullen ze onvermijdelijk iets anders zijn. Deze verschillen kunnen te wijten zijn aan geslacht, maar ze kunnen ook worden veroorzaakt door leeftijd - jonge vogels zijn wazig, volwassen vogels zijn slank. Ze kunnen ook te wijten zijn aan genetica die geen verband houdt met seks, zoals de oogkleur bij mensen.

Als paleontologen duizenden fossielen hadden om van elke soort te bestuderen, zouden de vele bronnen van biologische variatie er niet zoveel toe doen. Helaas hebben de tand des tijds het fossielenbestand pijnlijk onvolledig gemaakt, vaak met minder dan een dozijn goede exemplaren voor grote, uitgestorven gewervelde soorten. Bovendien is er momenteel geen manier om het geslacht van een individueel fossiel te identificeren, behalve in zeldzame gevallen waar duidelijke aanwijzingen bestaan, zoals eieren die in de lichaamsholte worden bewaard.

Dus waar laat dit alles het debat over of mannelijke en vrouwelijke dinosaurussen verschillen hadden binnen eigenschappen? Aan de ene kant vertonen vogels - die directe afstammelingen zijn van dinosaurussen - gewoonlijk seksueel dimorfisme. Dat geldt ook voor krokodilachtigen, de naaste verwanten van dinosauriërs. De evolutietheorie voorspelt ook dat, aangezien dinosaurussen zich voortplanten met sperma en ei, er een voordeel zou zijn voor seksueel dimorfisme.

Deze dingen suggereren allemaal dat dinosaurussen waarschijnlijk seksueel dimorf waren. Maar in de wetenschap moet je kwantitatief zijn. De uitdaging is dat er weinig statistisch significante analyses van het fossielenbestand zijn om dimorfisme te ondersteunen.

Statistische verschuivingen

Er zijn een aantal manieren waarop paleontologen kunnen testen op seksueel dimorfisme. Ze zouden kunnen kijken of er statistisch significante verschillen zijn tussen fossielen van veronderstelde mannetjes en vrouwtjes, maar er zijn maar heel weinig exemplaren waarvan onderzoekers het geslacht kennen. Een andere methode is om te kijken of er twee verschillende groepen van een eigenschap zijn, een bimodale verdeling genaamd, wat een verschil tussen mannen en vrouwen zou kunnen suggereren.

Om te bepalen of een waargenomen verschil tussen twee groepen waar is, hebben wetenschappers traditioneel een hulpmiddel gebruikt dat de p-waarde wordt genoemd. P-waarden kwantificeren de waarschijnlijkheid dat een resultaat te wijten is aan willekeurig toeval. Als een p-waarde laag genoeg is, wordt het resultaat als "statistisch significant" beschouwd en wordt het onwaarschijnlijk geacht dat het toevallig is gebeurd.

Maar p-waarden kunnen sterk worden beïnvloed door de steekproefomvang en het ontwerp van het onderzoek, naast de werkelijke mate van seksueel dimorfisme. Vanwege de zeer kleine steekproefomvang van fossielen, maakt het vertrouwen op deze statistische techniek het buitengewoon moeilijk om categorisch te verkondigen welke dinosaurussoorten dimorf waren.

De zwakte van de zwart-witbenadering die zich uitsluitend richt op de vraag of een resultaat statistisch significant is, heeft ertoe geleid dat honderden wetenschappers hebben opgeroepen om significantietesten met p-waarden te staken ten gunste van iets dat effectgroottestatistieken wordt genoemd. Met deze benadering zouden onderzoekers eenvoudig het gemeten verschil tussen twee groepen en de onzekerheid in die meting rapporteren.

Statistieken effectgrootte

Ik ben begonnen met het toepassen van effectgroottestatistieken in mijn onderzoek naar dinosaurussen. Mijn collega's en ik vergeleken seksueel dimorfisme in lichaamsgrootte tussen drie verschillende dinosaurussen:de eendenbek Maiasaura, Tyrannosaurus rex en Psittacosaurus, een klein familielid van Triceratops. Van geen van deze soorten wordt verwacht dat ze statistisch significante verschillen in grootte tussen mannetjes en vrouwtjes vertonen volgens p-waarden. Maar die benadering geeft niet de aard van de variatie binnen deze soorten weer.

Toen we in plaats daarvan effectgroottestatistieken gebruikten, konden we schatten dat mannelijke en vrouwelijke Maiasaura een groter verschil in lichaamsmassa vertoonden in vergelijking met de andere twee soorten en dat we ook meer vertrouwen hadden in deze schatting. Enkele kenmerken in de data hielpen de onzekerheid te verminderen. Ten eerste hadden we een groot aantal Maiasaura-fossielen, van individuen van verschillende leeftijden. Deze botten passen heel goed bij de trajecten van hoe de grootte verandert als een individu groeit van juveniel tot volwassen, dus we kunnen controleren voor verschillen als gevolg van leeftijd en in plaats daarvan focussen op verschillen als gevolg van geslacht.

Bovendien komen de Maiasaura-fossielen allemaal uit een enkel botbed van individuen die op hetzelfde moment op dezelfde plaats stierven. Dit betekent dat variatie tussen individuen waarschijnlijk niet te wijten is aan het feit dat het verschillende soorten zijn uit verschillende regio's of tijdsperioden.

Als mijn collega's en ik het probleem hadden benaderd met een ja of nee antwoord op de vraag of mannen en vrouwen in grootte verschilden, zouden we al deze fijne kneepjes volledig hebben gemist. Met statistieken over effectgrootte kunnen onderzoekers veel genuanceerder en, denk ik, informatieve resultaten produceren. Het is bijna evenzeer een verschil in de filosofische benadering van wetenschap als een wiskundige.

Het bestuderen van dimorfisme van dinosauriërs is niet de enige plek waar p-waarden problemen veroorzaken. Veel wetenschapsgebieden, waaronder geneeskunde en psychologie, voeren soortgelijke debatten over kwesties in de statistiek en een zorgwekkend probleem van onherhaalbare studies.

Het omarmen van onzekerheid in gegevens - in plaats van te zoeken naar zwart-wit antwoorden op vragen zoals of mannelijke en vrouwelijke dinosaurussen seksueel dimorf waren - kan helpen de biologie van dinosauriërs te verhelderen. Maar deze verschuiving in denken kan in alle wetenschappen wijd en zijd worden gevoeld. Een zorgvuldige overweging van problemen binnen de statistiek kan grote gevolgen hebben op vele terreinen.