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Verhaltensforschung in der Statistik-Falle

25.02.2014
Ob das Verhalten von Tier und Mensch genetisch bestimmt ist oder im Laufe des Lebens erlernt wird, ist eines der spannendsten Themen der Evolutionsbiologie. Forschende der Vetmeduni Vienna haben herausgefunden, dass einige VerhaltensforscherInnen bei der Interpretation ihrer Daten bisher in zwei statistische Fallen getappt sind. Ob Vögel eher in kleinen oder größeren Kolonien brüten, war bis vor kurzem noch der Genetik zugeschrieben. Jedoch könnten die Ergebnisse auch zufällig entstanden sein. Der Aufruf zur Neuinterpretation alter und neuer verhaltensbiologischer Studien wurde im Journal Scientific Reports veröffentlicht.

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. 


Fahlstirnschwalben leben von Natur aus in unterschiedlich großen Gruppen.

 
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

Die Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni Vienna) ist die einzige veterinärmedizinische, akademische Bildungs- und Forschungsstätte Österreichs und zugleich die älteste im deutschsprachigen Raum (gegründet 1765). Die Vetmeduni Vienna forscht an Themen, die für die Gesellschaft bedeutend sind. Ihr Augenmerk gilt der Tiergesundheit ebenso wie der präventiven Veterinärmedizin, dem öffentlichen Gesundheitswesen genauso wie der Lebensmittelsicherheit. Im Forschungsinteresse stehen die Schaffung wissenschaftlicher Grundlagen für das Wohlbefinden von Tieren, Themen der Tierhaltung, des Tierschutzes und der Tierethik.
Die Vetmeduni Vienna beschäftigt 1200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und bildet zurzeit 2300 Studierende aus. Der Campus in Wien Floridsdorf verfügt über fünf Universitätskliniken und modernste Forschungsinfrastruktur. Zwei Forschungsinstitute am Wiener Wilhelminenberg sowie ein Lehr- und Forschungsgut in Niederösterreich gehören ebenfalls dazu. http://www.vetmeduni.ac.at

 
Wissenschaftlicher Kontakt:
Richard H. Wagner, PhD (englischsprachig)
Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensforschung (KLIVV)
Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni Vienna)
T +43 1 4890915-831
richard.wagner@vetmeduni.ac.at

Aussenderin:
Dr. Susanna Kautschitsch
Wissenschaftskommunikation / Public Relations
Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni Vienna)
T +43 1 25077-1153
susanna.kautschitsch@vetmeduni.ac.at

Weitere Informationen:

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Dr. Susanna Kautschitsch | idw

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