Как нулевая гипотеза поддерживает жизнь волосатого гоминида
Недавно я получил письмо от антрополога с комментарием о новом отчёте, вышедшем в журнале Proceedings of the Royal Society. Темой отчёта был снежный человек — точнее, генетический анализ волос, о которых разные люди на протяжении многих заявляли, что они принадлежат гигантскому волосатому неизвестному примату.
Международная команда учёных под руководством генетика Брайана Сайкса [Bryan Sykes] из Оксфордского университета не нашла никаких доказательств того, что ДНК этих волос принадлежат загадочным приматам. Вместо этого по большей части они принадлежали совершенно незагадочным млекопитающим — дикобразам, енотам и коровам.
Мой корреспондент подытожил своё мнение лаконично: «Ну, а то!»
Эта новая работа не останется в истории как одна из величайших научных работ всего времени. Она не меняет наше представление о природном мире и о нас самих. Но она демонстрирует контринтуитивный способ работы современной науки.
Люди часто считают, что работа учёных состоит в том, чтобы доказать, что гипотеза правдива — существование электронов, или возможность лекарства лечить рак. Но часто учёные делают противоположную вещь: решают опровергнуть гипотезу.
На разработку этого метода у учёных ушло много десятилетий, но один день начала 1920-х выделяется в этой истории особенно сильно. На сельскохозяйственной исследовательской станции в Англии трое учёных сделали перерыв на чай. Статистик Рональд Фишер [Ronald Fisher] налил чашечку и предложил её своему коллеге, Мюриэль Бристол [Muriel Bristol].
Бристол отказалась. Она предпочитала вкус чая с молоком, когда сначала наливают в чашку молоко.
«Взор», — ответил, как говорят, Фишер. «Уверен, что нет никакой разницы».
Но Бристол стояла на своём. Она утверждала, что может заметить разницу.
Третий учёный, присутствовавший при разговоре, Уильям Роач [William Roach], предложил провести эксперимент. (Это, возможно, был ещё и научный флирт: Роач и Бристол поженились в 1923-м). Но как проверить заявление Бристол? Простейшим действием для Фишера и Роача было налить чашку чая так, чтобы она его не видела, дать ей попробовать и попросить угадать, как его приготовили.
Но если Бристол угадает, это не будет доказательством её высокой чувствительности. С шансом на правильный ответ в 50% она просто может угадать его случайно.
Через несколько лет, в своей книге 1935 года «Разработка экспериментов» [The Design of Experiments] Фишер описал, как проверить такое утверждение. Вместо того, чтобы пытаться доказать, что Бристол может почувствовать разницу между разными чашками чая, он попробовал отвергнуть гипотезу того, что её выбор был случайным. «Эту гипотезу можно назвать нулевой гипотезой, — писал Фишер. — Нулевую гипотезу никогда не доказывают, но её можно опровергнуть в процессе эксперимента. Можно сказать, что любой эксперимент существует только для того, чтобы дать фактам шанс опровергнуть нулевую гипотезу».
Фишер прикинул способ отвергнуть нулевую гипотезу — что Бристол делает случайный выбор. Он приготовит восемь чашек чая, в четыре из которых он нальёт молоко в первую очередь, а в оставшиеся — во вторую. Он перемешает чашки случайным образом и предложит Бристол попробовать чай по одной чашке. Затем он разделит их на две группы — чашки, в которые, по её мнению, молоко наливали сначала, попадут в одну группу, а оставшиеся — в другую.
Бристол, как утверждается, с блеском прошла эксперимент, и правильно определила все восемь чашек. Благодаря схеме эксперимента Фишера, шансы на то, что она правильно разделила бы восемь чашек на две группы случайным образом, были малы. Существовало 70 различных способов поделить восемь чашек на две группы по 4, что означало, что Бристол могла определить правильную сортировку чашек случайно только в 1 случае из 70.
Проверка Фишера не могла полностью устранить возможность того, что Бристол угадывала. Она просто означала, что вероятность этого мала. Он мог бы уменьшить её ещё сильнее, заставив Бристол пить больше чая, но он никогда не смог бы уменьшить её до нуля.
Поскольку абсолютные доказательства найти невозможно, Фишер предпочитал практичный подход при выполнении экспериментов. В лаборатории, где работали они с Бристол, Фишер должен был анализировать накопленные десятилетиями данные, чтобы определить, может ли эта информация выдать догадку по поводу разных деталей, вроде наилучшего рецепта удобрения злаков. Учёные могли использовать эти данные для разработки более крупных экспериментов со всё увеличивающейся точностью результатов. Фишер считал, что нет смысла в разработке эксперимента, на получение результатов которого могут уйти века. В какой-то момент, считал он, учёные просто должны закончить работу.
Он считал, что осмысленной погрешностью была величина в 5%. Если предположить, что нулевая гипотеза истинна, и обнаружить, что шансы на появление данных не превышают 5%, её можно спокойно отвергнуть. В случае с Бристол шансы вполне укладывались в эти рамки, они составляли примерно 1,4%.
Благодаря, по большей части, Фишеру, нулевая гипотеза стала важным инструментом для научных открытий. Проверки нулевых гипотез можно найти в любых областях науки, от психологии до вирусологии и космологии. И учёные используют пятипроцентную погрешность вслед за Фишером.
Что возвращает нас к снежному человеку.
Годами существованию бигфута, снежного человека, йети и прочих загадочных существ предлагались различные сомнительные доказательства. Существование ни одного из них не было доказано, но и не было однозначно опровергнуто
Люди десятилетиями утверждали, что встречали волосатых гуманоидов. Они предлагали зернистые фотографии, двусмысленные слепки следов, таинственные клочки волос. В последние годы они даже пытались извлекать из волос ДНК, но учёные отвергли такие генетические исследования, поскольку в них не применялись стандартные меры безопасности, используемые в подобных изысканиях.
Сторонники снежного человека постоянно утверждают, что профессиональные учёные намеренно игнорируют неопровержимые доказательства. Проблема состоит в том, что эти сторонники не используют научный подход к вопросу снежного человека. Так что два года назад Сайкс с коллегами решили провести научное исследование этих волос с «аномального примата». Сюда входило и создание нулевой гипотезы, которую нужно попытаться опровергнуть.
Они выработали следующую нулевую гипотезу: волосы, которые якобы принадлежали снежному человеку (бигфуту, йети, или другим местным разновидностям существа), на самом деле принадлежат не неизвестному примату, а известным млекопитающим. Они извлекли фрагменты ДНК из 30 различных образцов волос и смогли изолировать один и тот же короткий участок из каждого образца. Затем они сравнили его с соответствующими участками ДНК, полученными из множества живущих млекопитающих.
Результаты были ясны: учёные нашли точное совпадение с известными млекопитающими для всех 30 образцов.
Значит ли это, что Сайкс с коллегами опровергли существование снежного человека? Нет. Это просто значит, что Сайкс, в отличие от Фишера и его чая, не смог опровергнуть нулевую гипотезу. Но вопрос существования бигфута остаётся открытым, и всегда будет таким.
Нельзя сказать, что в исследовании Сайкса не было сюрпризов. Два образца волос из Гималаев совпали с ДНК, извлечённой у 40000-летнего ископаемого полярного медведя. Что странно, их ДНК не совпадает с живущими сегодня полярными медведями.
В отчёте Сайкс с коллегами предлагают вариант того, как это могло произойти. Возможно, что древние полярные медведи и бурые медведи скрещивались между собой, и некоторые из живущих в Гималаях медведей всё ещё несут в себе частичку ДНК древнего полярного медведя.
Некоторые скептики предложили альтернативное объяснение. Возможно, что ДНК, похожее на то, что было у полярного медведя, взято у живущего сейчас млекопитающего — допустим, бурого медведя — претерпевшего пару мутаций, создавших ложное сходство с ДНК древнего полярного медведя.
Эти скептики, по сути, создали нулевую гипотезу. И опровергнуть её можно простым способом. Учёным нужно найти больше ДНК этих загадочных медведей. Если другие участки ДНК также совпадают с участками древних полярных медведей, тогда эту нулевую гипотезу можно будет отвергнуть.
Вот так наука и продвигается, от одной нулевой гипотезы к другой.
Карл Зиммер — колумнист The New York Times, автор 12 книг, включая «Планету вирусов» [A Planet of Viruses].
Автор: Вячеслав Голованов
