METODOLOGIA I METODYKA NAUK PRZYRODNICZYCH Aleksandra Jakubowska
Źródła błędów Źródło Zmiana w czasie Efekt procedury Efekt obserwatora Błąd losowy (zmienność generowana przez eksperymentatora) Co redukuje lub eliminuje błąd Kontrola Kontrola - zrandomizowane dobieranie obiektów do zabiegów - randomizacja innych procedur - tzw. ślepa próba Powtarzanie zabiegów
Źródła błędów cd. Źródło Początkowa lub wrodzona zmienność między jednostkami eksperymentu Nondemonic intrusion Demonic intrusion Co redukuje lub eliminuje błąd - powtórzenia zabiegów - obserwacje towarzyszące - powtórzenia zabiegów - Wiekuista opatrzność, egzorcyzmy, poświęcenie człowieka
Zewnętrzne czynniki zaburzające Non-demonic Intrusion - zdarzenia losowe w trakcie eksperymentu (zwiększają zmienność), np. śmierć zwierzęcia z przyczyn innych niż podawanie eksp. leku Demonic Intrusion - nieprzewidywalne zdarzenia, które zaciemniają interpretację wyników - nie zawsze muszą zostać wykryte np. obrączki do znakowania ptaków mogą wpływać na dobór/drapieżnictwo
Demonic intrusions Wczesne eksperymenty z doborem płciowym u zeberek są do Wyrzucenia z powodu obrączek!
Cele powtórzeń (replication) Kontrola błędu losowego - redukuje efekt zmienności losowej ( szumu ) - redukuje efekt nietestowanych, innych czynników, które mogą wpływać na wynik eksperymentu Wzmacnia precyzję testowania Umożliwia generalizację (jak przetestowałeś 100 osobników/ siedlisk to łatwiej to przenieść na kolejne)
Zmienność międzyosobnicza Czy mężczyźni są wyżsi niż kobiety? Czynnik Szum = zmienność losowa
Replicates = Powtórzenia Zmienność losowa uniemożliwia generalizację uzyskanych wyników na podstawie niewielkiej liczby replicates Jeśli na wcześniejsze pytanie (o różnice między płcami w wysokości) uzyskujemy odpowiedź dla n = 2, to stwierdzone różnice mogą równie dobrze wynikać z: pochodzenia, choroby, klasy społecznej itd.
Co to jest powtórzenie? Replicate = sample = powtórzenie = próba - każdy eksperyment w obrębie zabiegu stanowi próbę - każdy musi być niezależny - należy maksymalizować liczbę próbek
Przykład: wielkość chrząszczy vs. Chrząszcze Callosobruchus sp. żerują jako larwy na nasionach różnych roślin strąkowych konkurencja
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Hipoteza: Konkurencja między larwami wpływa na wielkość dorosłego chrząszcza (w fasoli może żerować 1 lub więcej larw)
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Hipoteza: Konkurencja między larwami wpływa na wielkość dorosłego chrząszcza (w fasoli może żerować 1 lub więcej larw) Zakładamy (zupełnie nierealistycznie), że nie ma zmienności losowej
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Hipoteza: Konkurencja między larwami wpływa na wielkość dorosłego chrząszcza (w fasoli może żerować 1 lub więcej larw) Zakładamy (zupełnie nierealistycz-nie), że nie ma zmienności losowej Mierzymy jednego chrząszcza, który był w fasoli sam i jednego, który miał konkurenta.
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Wynik: chrząszcz bez konkurenta 6 mg chrząszcz z konkurentem 5 mg 6 mg > 5 mg więc Bez K. > Z K. Gdyby nie było zmienności losowej, nic więcej nie należałyby robić. Ale wróćmy do realnego świata.
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Na pewno chrząszcze będą miały zmienną wagę od jakiejś wartość a do b Na wielkość chrząszcza prócz konkurencji wpływać będzie: - wielkość fasoli - jakość fasoli - temperatura - wilgotność - geny (wielkość ciała jest zwykle cechą odziedziczalną)
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Masa chrząszcza
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Masa chrząszcza Bez konkurenta Z konkurentem
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Masa chrząszcza Bez konkurenta Z konkurentem Bez konkurenta Z konkurentem Część zmienności masy wynikająca z obecności konkurenta
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja Masa chrząszcza Bez konkurenta Z konkurentem Część zmienności wynikająca z innych czynników Bez konkurenta Z konkurentem Część zmienności masy wynikająca z obecności konkurenta
Przykład: wielkość chrząszczy vs. konkurencja
Replicates = powtórzenia Powtórzenia umożliwiają oddzielenie zmienności wynikającej z działania czynnika od zmienności losowej Krytycznie istotne jest aby - powtórzenia były niezależne - pomiar dla danego osobnika nie powinien być w żadnym stopniu związany z pomiarem dla innego osobnika
Replicates = powtórzenia Badamy wpływ pasożytów na rozwój piskląt w budkach Budki z pasożytami Budki bez pasożytów
Replicates = powtórzenia Badamy wpływ pasożytów na rozwój piskląt w budkach Budki z pasożytami Budki bez pasożytów Powtórzenia 1 2 3 4 5 6 7 8
Replicates = powtórzenia Badamy wpływ pasożytów na rozwój piskląt w budkach Budki z pasożytami Budki bez pasożytów Powtórzenia 1 2 3 4 5 6 6 7 8
Replicates = powtórzenia Badamy wpływ pasożytów na rozwój piskląt w budkach Budki z pasożytami Budki bez pasożytów Powtórzenia 1 2
Replicates = powtórzenia Pisklęta w obrębie budki nie są prawidłowymi powtórzeniami tylko pseudopowtórzeniami (pseudoreplicates) Ponieważ w obrębie budki zależne są od tego samego poziomu działania pasożytów
Co to jest pseudo-powtórzenie? Pseudoreplicate = pseudo-próba - pseudo-próba oznacza, że traktujemy coś jako prawdziwą próbę, podczas gdy jest to nieprawda - a więc pseudo-próby nie są niezależne - mogą być przydatne do szacowania dokładności (pomiarów) prób
Pseudoreplikacja w eksperymentach ekologicznych Eksperymenty obserwacyjne - np. badania nad zachowaniem zwierząt w terenie bez indywidualnego znakowania Eksperymenty manipulacyjne - zły projekt eksperymentu, gdzie traktuje się nieodpowiednio pseudo-próbki jako próbki niezależne
Pseudoreplikacja totalnie bezmyślna Mierzymy wysokość ciała Interesują nas różnice między płciami N = 2
Pseudoreplikacja totalnie bezmyślna Mierzymy wysokość ciała Interesują nas różnice między płciami N = 8 + 8 = 16
Pseudoreplikacja totalnie bezmyślna Mierzymy wysokość ciała Interesują nas różnice między płciami N = 2 ale mierzymy każdą osobę po 10 razy N= 20
Pseudoreplikacja totalnie bezmyślna Mierzymy wysokość ciała Źle Interesują nas różnice między płciami N = 2 ale mierzymy każdą osobę po 10 razy N= 20
0 m 2 m Dekompozycja liści w zależności od głębokości zalegania w jeziorze 4 m
0 m 2 m Dekompozycja liści w zależności od głębokości zalegania w jeziorze 10 próbek 4 m 10 próbek KLASYCZNA PSEUDOREPLIKACJA!
0 m 2 m Deokompozycja liści w zależności od głębokości zalegania w jeziorze 4 m
Jak częsta jest pseudoreplikacja? 176 prac z uznanych czasopism ekologicznych opublikowanych między 1960 a 1984 r. 27% z pseudoreplikacją 48% gdzie błędna analiza spowodowała pseudoreplikację Najprawdopodobniej najczęstszy błąd w badaniach ekologicznych Główny powód brak wiedzy statystycznej
Pseudoreplikacja z poświęceniem Próbkowanie było poprawne, ale następnie próbki zostały połączone przed analizą statystyczną lub 2 lub więcej pomiarów z jednej jednostki eksperymentu traktowano jako niezależne próby. Efektem jest zagubienie = poświęcenie oryginalnej wariancji mierzonych zmiennych.
Pseudoreplikacja czasowa Wielokrotne próby dla każdej jednostki eksperymentalnej nie są pobierane jednocześnie lecz sekwencyjnie. Próbki pobrane dla tych samych obiektów nie są niezależne, stąd ich rozmieszczenie w czasie powinno być takie same
Jak uniknąć pseudoreplikacji? Zawsze dyskutuj wiele alternatywnych wersji eksperymentów szukając ich słabych i dobrych stron. Plan eksperymentu powinien być napisany bardzo prosto
Przyczyny pseudoreplikacji Dokonywanie wielokrotnych pomiarów na tych samych osobnikach Pomiary dokonywane są dla osobników w 2 grupach ale wszystkie osobniki z danej grupy współdzielą to samo środowisko (nie da się odróżnić działania naszego czynnika [np. temp.] od innych [np. wilgotności, zagęszczenia itd.]
Przyczyny pseudoreplikacji Pokrewieństwo między osobnikami Pseudoreplikacja bodźca (czynnika), którym działamy Osobniki zmieniają środowisko (np. b. agresywny podnosi agresję innych w grupie; zapasożycony osobnik zaraża inne w grupie)
Przyczyny pseudoreplikacji Pseudoreplikacja w czasie np. sprawdzamy wybiórczość środowiskową: lokalizujemy osobnika raz na dobę przez 10 dni albo 10 razy w ciągu godziny W tym drugim przypadku wnioski o wybiórczości środowiskowej będą błędne
Przyczyny pseudoreplikacji Pseudoreplikacja w porównaniach międzygatunkowych Gatunki są w różnym stopniu spokrewnione i różnice między nimi wynikają m.in. z tego jak dawno w sensie ewolucyjnym ich drogi się rozeszły Należy dokonywać poprawki na filogenię przy tego typu porównaniach