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铁粉杂谈
高调顶贴,放胆灌水

发表主题

最近一个人类学家给我写了一封邮件,评论了一项新发表在《皇家学会会刊》(Proceedings of the Royal Society)上的报告。这项研究的主题是大脚雪怪——准确地说,是一项针对“多年来被人们宣称为巨型多毛未知灵长类的生物的毛发遗传分析”。

这项跨国合作研究由来自牛津的遗传学家布莱恩•赛克斯(Bryan Sykes)牵头。研究发现,没有证据证明这些毛发的DNA属于一种神秘的灵长类动物。相反,大部分的毛发属于一些绝对不神秘的哺乳类动物,比如豪猪,浣熊,或者牛。

这位人类学家简明扼要地总结了他的看法:“还用你说。”

这篇新文章不会名垂千古成为历史上最伟大的科学研究之一。它并没有改变我们对自然世界或者对我们自己的看法。但是它恰恰反映了现代科学反直觉的运作方式。

人们通常认为科学家的工作是证明一个假设的正确性——比如说电子的存在,或者某个药物可以治愈癌症。但是,大部分时候,科学家做着相反的工作:他们需要推翻假设。

这个方法经过科学家们数十年的发展和完善,但是20世纪20年代初的一个下午在这段历史过程中尤其引人注目。那是在英格兰的一个农业研究站,三位科学家在喝下午茶。一位叫做罗纳德•费希尔(Ronald Fisher)的统计学家倒了一杯奶茶端给了他的同事,穆丽尔•布里斯托(Muriel Bristol)。

布里斯托拒绝了这杯茶。她更喜欢先倒牛奶后倒茶的味道。

“怎么可能。”据说费希尔这样回答道,“先倒牛奶还是后倒牛奶当然没有区别。”

但是布里斯托态度坚定。她坚持说,她可以尝出其中的区别。

对话的第三个科学家,威廉姆•洛奇(William Roach),建议大家做个试验。(这或许其实是个科学勾搭的时刻:布里斯托和洛奇1923年结婚了。)但是如何测试布里斯托的宣称呢?费希尔和洛奇能做的最简单的事情,就是倒一杯奶茶,不让布里斯托看见,然后给她尝,看她能不能猜对是先加的奶还是先加的茶。

不过,就算她说对了,也并不见得能证明她对茶的有着独到的鉴赏力。考虑到有50%的概率可以答对,她完全可以全靠蒙来猜中答案。

多年之后,费希尔在他1935出版的书《实验设计》中描述了应该如何检验这样的宣称。他不是去试图证明布里斯托可以尝出两种茶的区别,而是试图驳斥这样的假设:“布里斯托的选择是随机的”。“我们可以称这样的假设为‘零假设’,”费希尔写到,“零假设永远无法证明或者确定,但是可能通过实验手段被否定。可以说,每个实验存在的目的,都不过是为了给事实提供一个机会去推翻零假设。”

费希尔概述了一种方式来驳斥零假设——布里斯托的选择是随机的。他会准备8杯茶,4杯先放牛奶,4杯后放牛奶。然后他会打乱杯子的顺序,让布里斯托每次品尝一杯。她需要将8杯茶分两组,一组她认为是先放了牛奶的,另外一组是后放了牛奶的。

据说布里斯托不费吹灰之力满分过关,正确地分辨出全部8杯茶。由于费希尔的实验设计,她全靠瞎猜将8杯茶全部正确分类的概率很小。8杯茶平分成2组有整整70种不同组合,也就是说布里斯托完全蒙对答案的概率只有1/70。

费希尔的检测依然不能完全排除布里斯托是猜对的可能性。只是说,她都是猜对的可能性很小。他可以通过让布里斯托喝更多的茶进一步降低这种可能性,但是他永远不可能把这种可能性降到0。

既然绝对的证明是不可能的,费希尔在做实验的时候更倾向于考虑可操作性。在他和布里斯托工作的农业实验室,费希尔的工作就是分析几十年采集的数据来确定这些信息是否有价值,比如,能判断出作物肥料的最佳配方是什么。科学家可以用这些数据来设计规模更大的实验来得到更精确的结果。费希尔认为,设计一个需要历经数百年才能得到结果的实验没有任何意义。他相信,等到可能性低到一定程度的时候,见好就收也足够了。

他认为5%就是一个合理的阈值。如果我们假定某个零假设是正确的,却发现在零假设下观察到这种数据的概率不到5%,那我们就可以很安全地“拒绝”零假设了。在布里斯托的例子中,她猜对的概率远远小于费希尔的阈值,只有1.4%。

很大程度上多亏了费希尔,零假设已经成为了科学发现的一个重要工具。你可以在每一个科学分支找到零假设的影子,从心理学到病毒学到宇宙学。并且,科学家们延续了费希尔5%的阈值概率。

这就要说到我们的大脚怪了。

几十年来一直有人声称他们看到过毛茸茸的人型生物。他们提供了渣画质的照片,模棱两可的脚印拓片,还有一团团儿神秘的毛发。近年来,他们甚至试图从这些毛发中提取DNA,但是科学家不承认这些研究,因为他们并没有在这些研究中采用通用的标准防污染流程。

大脚怪支持者反复声称科学家是有意忽视这些强有力的证据。事实上,问题在于这些支持者没有采用科学的方式来探索大脚怪的问题。所以两年前,赛克斯和他的同事们决定对这些“非典型灵长类”的毛发进行科学的研究。这里就涉及到创造一个零假设并试图拒绝它。

他们构建的零假设如下:这些据称来自大脚怪(或雪人或来该物种的其它地方变种)的毛发不属于一个前所未知的灵长类动物,而是属于已知的哺乳动物。他们从30组毛发样本中提取DNA片段,从而从每个样本中提取一段DNA。然后他们将得到的DNA片段和很多现存的哺乳动物的DNA序列中相应的部分进行比对。

结果很明确。科学家可以精确地将30组样本里的每一组都和已知的哺乳动物配上对。

这意味着赛克斯和他的同事们证明了大脚怪不存在吗?不。这只能说明,赛克斯,和费希尔的奶茶试验不同,无法推翻零假设。问题依然悬而未决,并且——如果大脚怪其实是不存在的——问题将会永远悬而未决下去,因为你永远没法推翻零假设。

(遗憾的是,我们没法把零假设给定成“这些毛发真的属于大脚怪”——因为我们不知道大脚怪的基因“应该”是什么样子,所以我们不知道在这样的零假设下“应该”看到怎样的数据、现在的数据是不是符合我们的预期。——编者注)

这也不是说赛克斯的研究没有任何出乎意料的地方。两组来自喜马拉雅的毛发样本同来自4万年前的北极熊化石的DNA序列相吻合。更奇怪的是,它们的DNA同现存的北极熊并不吻合。

在他们的报告中,赛克斯和他的同事们对为什么会出现这样的结果给出了他们的猜测。一种可能性是古代北极熊和棕熊之间存在杂交,于是,现存的喜马拉雅地区的棕熊可能携带了一点古代北极熊的DNA。

有些怀疑者对赛克斯的发现有另一番解释。有可能这些看似北极熊的DNA其实来自于某种现存的哺乳动物——没准是棕熊;它们碰巧经历了一些突变,造成了这些DNA同古代北极熊DNA相似的假象。

这些怀疑者所做的事情,其实就是创造了一个新的零假设。而要拒绝这个假设,有个很直接的方法。科学家们需要找到更多这种神秘熊的DNA。如果这些DNA的其他区域同样与古代北极熊相吻合,那么科学家就可以拒绝这种零假设。

就这样,从一个零假设到下一个零假设,科学不断继续前行。


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