- Au lycée, la biologie était transmise non comme une enquête sur les secrets du vivant, mais comme une mémorisation de noms et de conclusions, ce qui masquait l’émerveillement de sujets comme la différenciation embryonnaire, l’hérédité ou l’immunité
- Le processus par lequel des cellules ayant le même ADN acquièrent des destins différents devient une question qui ouvre sur toute la biologie si on le regarde à travers des gradients chimiques, des changements d’expression génique et des cascades de signaux protéiques
- Comme dans l’expérience d’Oswald Avery sur les bactéries, la vraie biologie part de questions et d’expériences, mais les manuels éliminent souvent le processus de découverte pour ne laisser que les résultats, ce qui les fait ressembler à un enseignement des maths réduit à l’apprentissage de formules
- La biologie moderne et l’immunologie comportent beaucoup de termes et d’exceptions, mais voir l’ADN, l’ARN, les protéines et les signaux cellulaires comme des structures physiques en mouvement les rend plus faciles à comprendre que des organigrammes abstraits
- L’enseignement de la biologie a besoin d’outils de pensée visuels comme des dessins, des animations, des cartes à zoom, des simulations et des modèles physiques, ainsi que de récits montrant les tâtonnements des scientifiques
Le problème d’une biologie transmise par le par cœur
- Les cours de biologie donnaient l’impression d’un bachotage sans vie, énumérant des noms comme Golgi apparatus, Krebs cycle, mitosis, meiosis, DNA, RNA, mRNA, tRNA
- Le simple fait que toutes les cellules possèdent le même ADN est déjà stupéfiant, mais les manuels n’en transmettent pas vraiment l’émerveillement
- The Medusa and the Snail de Lewis Thomas présente comme l’une des grandes merveilles de la Terre le fait que, depuis une seule cellule issue de l’union d’un spermatozoïde et d’un ovule, naisse toute la lignée de cellules qui donnera un cerveau humain
- La différenciation embryonnaire est une question qui ouvre sur toute la biologie
- Des gradients chimiques dans le liquide embryonnaire modifient légèrement le programme d’expression génique de certaines cellules
- L’embryon commence à distinguer le « haut » du « bas »
- Les cellules à une extrémité produisent des protéines différentes, et ces protéines émettent des signaux chimiques plus raffinés encore
- C’est cette cascade qui finit par produire des différences entre, par exemple, des cellules du cerveau et des cellules du pied
- En passant par Gödel, Escher, Bach de Douglas Hofstadter, on peut comprendre la cellule comme un programme qui s’auto-modifie de manière récursive
- L’ADN produit de l’ARN, l’ARN produit des protéines, et les protéines régulent la transcription de l’ADN vers l’ARN
- Cette structure est comparée à un petit programme Lisp où des macros engendrent d’autres macros
Des manuels sans questions ni expériences
- Les cours de biologie ressemblaient moins à une enquête sur les secrets du vivant qu’à un recueil de conclusions sautant par-dessus les questions et les expériences des vrais biologistes
- Les expériences d’Oswald Avery dans les années 1940 montrent un grand mystère autour du matériau génétique
- Parmi les bactéries Streptococcus, certaines souches poussaient de façon rugueuse sur une boîte, tandis que d’autres étaient lisses et brillantes
- Lorsqu’on mélangeait une souche lisse avec une souche rugueuse, les générations suivantes devenaient toutes lisses
- À l’époque, beaucoup de spécialistes pensaient que les protéines portaient les caractères, mais Avery soupçonnait un rôle des acides nucléiques
- À l’aide d’une centrifugeuse, d’eau, de détergent et d’acide, il purifia les acides nucléiques d’une souche lisse, puis les fit précipiter à l’alcool pour obtenir une matière fibreuse
- En ajoutant un peu de cette matière à une souche rugueuse, les générations suivantes devinrent lisses, révélant que cette substance était le principe transformant
- Cette expérience déclencha un mouvement de recherche qui conduisit, environ dix ans plus tard, à la découverte de la double hélice
- « Mathematician’s Lament » de Paul Lockhart critique le fait que les maths scolaires retirent les questions et rendent les maths médiocres
- Au lieu d’une énigme permettant de découvrir soi-même l’aire d’un triangle, on ne reçoit que la procédure à appliquer
- La biologie est une matière encore plus désordonnée que les maths, donc, si l’on demande de distinguer « lipid bilayers » et « endoplasmic reticula » sans questions préalables, les faits paraissent encore plus arbitraires
- Les grands thèmes deviennent plus faciles à apprendre lorsqu’on les aborde par morceaux fins et profonds
- En programmation, de petits projets fournissent la motivation et le principe d’organisation
- Même un concept abstrait comme « memoization » perd son abstraction lorsqu’il devient nécessaire pour résoudre un vrai problème
- En biologie aussi, l’apprentissage devrait partir de questions comme « comment un embryon se différencie-t-il ? », « pourquoi ai-je les yeux bleus ? », « comment un hamster transforme-t-il du fromage en muscle ? » ou « pourquoi le coronavirus rend-il certaines personnes beaucoup plus malades que d’autres ? »
La complexité de l’immunologie et la compréhension physique
- En préparant un texte sur le SARS-CoV-2 et le système immunitaire, une phrase d’un article de Cell était si remplie de termes comme MOI, ACE2, RNA-seq, TBK1, IFN-I, IFN-III, STAT1, MX1 qu’il fallait presque consulter Wikipedia à chaque ligne
- L’immunologie possède une nomenclature vaste, et les relations d’inclusion entre termes comme leukocytes, monocytes et lymphocytes sont elles aussi complexes
- Toutes les interleukins sont des cytokines, mais toutes les cytokines ne sont pas des interleukins
- Comme l’informatique, la biologie contient des abstractions derrière lesquelles se cachent des décennies de travail, mais elle paraît plus difficile parce qu’elle n’est pas un système conçu intentionnellement
- Les systèmes vivants ressemblent à une énorme masse d’état global mutable
- Le contrôle s’exerce en augmentant une chose, puis en diminuant le promoteur de son inhibiteur, etc.
- Même un acteur de première ligne de l’immunité innée comme le neutrophile existe en plusieurs types, dont certains semblent jouer des rôles opposés à ceux qu’on leur attribue habituellement
- Au fond de la biologie, il n’y a pas des abstractions, mais le monde physique
- La grande révélation de la biologie moléculaire du XXe siècle est le lien entre structure et fonction
- L’ADN devient le support de l’hérédité parce qu’il s’enroule, se déroule et peut se copier lui-même par complémentarité
- L’hémoglobine se comprend comme une réserve d’énergie efficace grâce à une structure où les atomes d’oxygène s’emboîtent comme des Lego et élargissent les emplacements restants
- La signalisation cellulaire fonctionne elle aussi par emboîtement et déformation des formes entre protéines et récepteurs
- Le simple schéma de lycée DNA → RNA → protein ne suffit pas à comprendre comment l’expression génique s’« active » réellement
- L’ADN des mammifères n’est pas déployé en une seule longue double hélice : il est enroulé plusieurs fois autour de petites protéines circulaires appelées histones
- La machinerie de transcription doit réellement parcourir l’hélice d’ADN, et les parties cachées dans l’enroulement sont difficiles d’accès
- L’expression génique correspond à l’état où, à un moment donné, la machinerie de transcription peut accéder à certaines régions de l’ADN et produire beaucoup de transcrits d’ARN et de protéines
- Si la structure fibreuse se plie légèrement, les zones visibles par la machinerie changent, et la distribution des protéines produites change aussi
- Un autre exemple de régulation de l’expression génique est le cas où un repressor se place sur l’ADN et bloque physiquement la machinerie de transcription
- Le RNA sequencing, ou RNA-seq, consiste à compter les transcrits d’ARN dans des cellules congelées, produisant un résultat proche d’un instantané des protéines en cours d’expression à cet instant
- Le résultat prend la forme d’un grand tableau mettant en correspondance des gènes et des nombres de transcrits
- La différence entre un type cellulaire et un autre, ou entre un état sain et un état pathologique, peut se lire comme une différence de distribution dans ce tableau
- Les résultats de RNA-seq se représentent comme des vecteurs dans un espace de grande dimension, et les cellules se déplacent dans cet espace d’expression au gré de leur autorégulation et de leur adaptation à l’environnement
Apprendre la biologie par les images, les méthodes et l’histoire
- The Machinery of Life de David Goodsell est un livre qui redonne à voir la cellule, à travers des illustrations dessinées à la main, comme un lieu rapide, encombré, rempli de machines protéiques
- Il montre le moteur du flagelle bactérien dans son contexte et relie différentes échelles à l’aide de vues agrandies et de schémas fonctionnels
- Il donne une intuition de l’échelle avec des formules du type : « si l’on imagine une pièce remplie de grains de riz, on peut se représenter à peu près le milliard de cellules au bout d’un doigt »
- Dans le monde cellulaire, le mouvement se fait principalement par diffusion aléatoire
- Les protéines dans la cellule sont frappées de tous côtés par les molécules d’eau environnantes, rebondissent rapidement, mais mettent longtemps à aller loin
- C’est très lent pour parcourir de grandes distances, mais très rapide pour explorer de courtes distances
- On compare cela à une protéine cellulaire qui mettrait une heure à traverser une pièce bondée lors d’une fête, tout en heurtant 600 000 personnes au passage
- A Computer Scientist’s Guide to Cell Biology de William W. Cohen vise une « reading knowledge » suffisante pour lire des articles de biologie
- Comme un objet de taille cellulaire frôle à de multiples reprises les molécules qui l’entourent, même si seulement 0,02 % de la surface d’une membrane est constituée de récepteurs d’une protéine donnée p, cela peut atteindre environ la moitié de l’efficacité d’une surface entièrement couverte de récepteurs
- Cohen estime qu’un objet de taille cellulaire dispose d’une bande passante élevée lui permettant de reconnaître ou d’absorber des centaines de signaux chimiques différents
- Apprendre les méthodes de la biologie est aussi utile que d’apprendre les faits eux-mêmes, et parfois davantage
- Une centrifugeuse permet de séparer des fragments de densités différentes
- Le gel electrophoresis permet de séparer des substances de tailles différentes
- Le Western blot consiste à transférer un gel sur un papier spécial, puis à utiliser un anticorps qui se lie à une protéine précise et un second anticorps fluorescent qui se lie au premier
- La flow cytometry marque des cellules avec des anticorps fluorescents, les fait passer dans un tube une par une, puis les trie et les compte à l’aide d’un laser et de charges
- Le génie génétique permet de fabriquer la machine moléculaire voulue, d’éteindre des gènes un par un, ou d’éditer le génome entier d’un animal pour observer ce qui se passe
- Des méthodes comme le Western blot, la flow cytometry ou le RNA-seq reviennent sans cesse dans de nombreux articles
- The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology de Horace Freeland Judson est un livre qui montre la science avant la découverte
- Il traite de la révolution de la biologie moléculaire à partir de conversations avec Francis Crick, Jacques Monod, François Jacob et leur entourage, ainsi que d’articles et de lettres
- Avant la découverte du tRNA, on envisageait sérieusement des modèles où l’ARN formerait des poches spécifiques à chaque acide aminé pour synthétiser les protéines
- L’idée que la synthèse des protéines passe par un adapter et que les acides nucléiques ressemblent moins à un moule qu’à un code numérique fut une immense surprise
- À l’opposé du manuel scolaire, le livre offre le point de vue du praticien, avec ses malentendus et ses détours avant la découverte
Outils et récits pour comprendre la biologie
- En étudiant le système immunitaire, l’idée s’est imposée qu’il fallait, à la manière de Bret Victor, des outils rendant la biologie plus facile à comprendre
- Sur YouTube, certains pédagogues ont un vrai pouvoir pour rendre visible l’invisible
- Les vidéos sur le système immunitaire de Ninja Nerd Science ont pour force de montrer ce qu’on ne peut pas voir
- Le livre de Goodsell et l’animation 3D « Inner Life of a Cell » possèdent la même force
- Sur le Web, un simple champ Markdown suffit pour créer et partager des documents assez facilement, mais produire des dessins et des animations reste bien plus difficile
- Or, dessins et animations sont indispensables pour comprendre les processus biologiques
- Expliquer le RNA-seq en dessinant en direct sur un iPad Pro crée une expérience proche des cours à la Khan Academy
- Il faut des outils de visualisation biologique plus simples
- Il faut des logiciels comme les pattern brushes in Adobe Illustrator, BioRender ou CellPAINT pour dessiner des objets complexes de manière moins fastidieuse
- Des outils comme Molecular Maya devraient être simplifiés afin de permettre, comme dans Stop Drawing Dead Fish de Bret Victor, de créer des animations par geste
- En exploitant le graphisme vectoriel et l’historique d’Undo, on devrait pouvoir obtenir, pour des projets de connaissance comme Wikipedia ou Stack Exchange, des images éditées en collaboration et améliorées progressivement
- À partir des dessins au tableau blanc des cours de Ninja Nerd, on pourrait sélectionner certaines parties pour les relier à des sous-schémas et créer des cartes hiérarchiques zoomables que plusieurs personnes complètent ensemble
- La biologie est un monde de petites machines invisibles, donc particulièrement adapté à la simulation
- Les compétences spécialisées nécessaires pour créer des simulations 3D interactives sont trop nombreuses
- Il faudrait des outils centrés sur la biologie, comme MockMechanics ou Minecraft, ou mieux encore
- La découverte de Watson et Crick s’appuyait elle aussi sur des modèles physiques spécialement construits
- Le Dynamicland de Bret Victor imagine un espace collaboratif immersif où l’on peut construire des modèles rapidement, comme on converse avec un ordinateur
- En écrivant sur le système immunitaire, il devenait clair qu’il fallait des modèles que l’on puisse tenir et manipuler, un musée où l’on puisse marcher à l’intérieur d’un épithélium pendant une réponse immunitaire, et des espaces physiques consultables, copiables, partageables et recombinables comme du texte
- La biologie a, comme les autres sciences, sa part de romantisme, et dans une pandémie, ceux qui fournissent des vaccins puissants ou des tests peu coûteux, rapides et fiables devraient devenir des noms auxquels les enfants peuvent rêver
Lectures
- The Machinery of Life, David Goodsell
- Bionanotechnology: Lessons from Nature, David Goodsell
- A Computer Scientist’s Guide to Cell Biology, William W. Cohen
- The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology, Horace Freeland Judson
- The Medusa and the Snail: More Notes of a Biology Watcher, Lewis Thomas
1 commentaires
Commentaires sur Hacker News
L’enseignement penche trop vers « ce que nous savons », facile à interroger en examen, comme le cycle de Krebs, alors qu’il devrait en réalité se concentrer sur « comment nous l’avons découvert »
Par exemple, dans l’esprit de A Brief History of Everything, des démarches comme « utiliser des isotopes de masses différentes pour comprendre le phosphore dans l’ADN » sont plus importantes
En général, le « quoi » n’a pas de sens sans l’histoire. Il est bien plus utile pour les enfants de retracer la science comme une enquête : pourquoi cherchait-on l’ADN au milieu du XXe siècle, et que savait-on auparavant ? Comprendre le cheminement de l’investigation est bien plus transférable que quelques faits sur les organites cellulaires
Cela dit, la vraie raison pour laquelle j’ai abandonné la biologie parmi mes options, c’est qu’en comparaison avec la physique et la chimie, elle n’était pas considérée comme une matière pour élèves brillants. Il y a le fait qu’on puisse s’en sortir en apprenant par cœur les cycles biochimiques, et c’est souvent plus facile que le calcul différentiel et intégral nécessaire en physique, mais il y a aussi un simple problème de réputation, et ce n’est pas rationnel
J’ai un ami postdoc en statistiques qui travaille dans le domaine de la biologie, et en réalité la biologie a un besoin profond de compétences mathématiques. Mais à l’école, on ne semble pas vraiment le savoir
Si on ne l’explique pas explicitement, les gens inventent eux-mêmes une raison, et elle est parfois fausse. Par exemple, ils se disent : « c’est la pause, donc personne ne travaille au-dessus, je peux entrer dans la zone dangereuse = il n’y a pas de risque de chute », alors qu’un objet mal fixé peut tomber, qu’un contrôle par radiographie peut être prévu, ou qu’il peut y avoir un trou dans le sol
Quand on connaît la raison d’une règle, il est aussi plus facile de s’en souvenir
Mais l’histoire de la physique est fascinante. Quand on sait pourquoi chaque expérience a été menée, par qui, et ce qu’elle cherchait à prouver, toute science devient bien plus intéressante et mémorable, comme un feuilleton mêlant personnages et controverses
L’expression « tranche fine et profonde » résume vraiment bien le problème. On nous donne seulement des choses à mémoriser, sans contexte
À mon avis, les étudiants en physique devraient lire The Fabric of the Cosmos de Brian Greene avant d’entrer dans le dur du sujet. Il doit bien exister un livre similaire en biologie qui montre « ce que l’on sait jusqu’ici et ce que l’on ignore encore » ; si vous en connaissez un, j’aimerais le savoir
C’est là que j’ai soudain compris la science, et réalisé que pendant les 20 années précédentes j’avais appris des faits sous le nom de « science », sans réellement comprendre la science
Un bon exemple est l’expérience de Hershey-Chase. La science ne consiste pas à apprendre et mémoriser des faits, mais à découvrir quelque chose en piquant l’univers exactement de la bonne manière : c’est un processus créatif. J’ai aussi compris qu’un scientifique ressemble davantage à un artiste qu’à un ingénieur, et que moi, je suis clairement du côté ingénieur
J’utilise encore cette méthode quand j’apprends un nouveau concept. J’essaie de comprendre ce qui existait avant, et pourquoi le changement avait du sens
Parce que cela fait voir la science comme un processus, et non comme une liste de faits sur le monde. Ce livre traite le niveau de compréhension de l’époque dans différents domaines comme une série de progrès, chacun faisant naître de nouvelles questions et de nouveaux problèmes, puis relançant la recherche
Le passage disant que « pour un informaticien, les méthodes des biologistes peuvent sembler folles. Le problème, c’est que les cellules sont trop petites, trop nombreuses et trop complexes pour être analysées comme un programmeur le ferait avec un débogueur pas à pas » me semble être l’un des points les plus sous-estimés par les gens extérieurs à la biologie
Nous savons désormais beaucoup de choses sur le fonctionnement des cellules et des protéines, mais comprendre précisément ce qui se passe in situ dans une cellule donnée reste extrêmement difficile. Beaucoup de méthodes de mesure risquent fortement de détruire ou de modifier ce qu’elles cherchent à mesurer. Comme avec le principe d’incertitude de Heisenberg, l’acte de mesurer change l’état
Tout est sensible à la température, aux forces de cisaillement, à la force ionique, au pH, etc., et la plupart des méthodes touchent justement à ces leviers pour obtenir de la résolution et du signal. Il faut donc être clair, avant même de choisir une technique de mesure, sur ce que l’on pense être en train de se produire, afin de ne pas le perturber
C’est pourquoi, même si l’on connaît beaucoup de principes de base, concevoir par ingénierie une fonction dans un environnement précis reste difficile. L’ingénierie a besoin de beaucoup de mesures et de rétroaction
On voit aussi ici pourquoi le logiciel a pu devenir rapidement une discipline d’ingénierie. C’est un domaine où l’on peut insérer assez facilement des sondes là où on le souhaite et, parfois, comprendre de manière déterministe exactement ce qui se passe. Par comparaison avec le logiciel, tous les autres domaines reviennent à photographier quelque chose dans une obscurité floue
Il suffit d’imaginer devoir se demander combien de répétitions expérimentales il faut lorsqu’on débogue un programme. En logiciel, relancer sans aucun changement un code qui vient d’échouer n’a aucun sens, mais dans d’autres domaines de l’ingénierie, il arrive qu’on fasse même des réunions pour décider combien de fois réessayer ce qui vient d’échouer
Ce qui rend l’informatique particulière, c’est peut-être qu’elle a exceptionnellement bien réussi à domestiquer des phénomènes physiques sous forme de machines qui semblent exécuter des lois mathématiques. Bien sûr, il arrive que la physique refasse surface, comme avec rowhammer ou les erreurs dues à un événement isolé, mais il est vraiment impressionnant de voir à quel point nous pouvons aujourd’hui nous préoccuper peu de la nature physique des machines
Cela dit, les autres domaines de l’ingénierie cherchent eux aussi à créer des abstractions similaires, avec des degrés de réussite variables. Les électriciens du monde entier ont déjà produit un ensemble simple de normes électriques qui permet de construire et de raisonner sur des systèmes d’alimentation sans comprendre l’étrange esprit quantique des électrons. La biologie y arrivera probablement un jour, mais il semble qu’il lui manque encore environ un siècle
Je ne fais plus de cauchemars de chimie analytique, mais après avoir connu le niveau de haine de soi qui apparaît quand des expériences échouent sans cesse pour des raisons incompréhensibles, les agacements du débogage de code paraissent presque mignons
Bien sûr, maintenant que faire tourner des appels à des LLM en local peut produire des réponses complètement différentes de celles de la version logicielle déployée, alors que toutes les autres conditions semblent identiques, il faudrait peut-être dire « c’était comme ça avant »
Le principe d’incertitude signifie que deux grandeurs physiques, comme la position et la quantité de mouvement — c’est-à-dire des variables conjuguées — ne peuvent pas être connues simultanément avec une précision arbitraire. Autrement dit, on ne peut pas localiser simultanément deux fonctions d’onde dans des régions arbitrairement petites de leurs espaces respectifs
Cela s’applique à deux fonctions reliées par une transformée de Fourier, ce qui est le cas de la position et de la quantité de mouvement. La terminologie est un peu approximative, mais elle est suffisamment juste pour être utile. Cela n’a rien à voir avec le fait que la mesure modifie la fonction d’onde
On peut la passer au broyeur et analyser les morceaux pour en déduire à rebours la taille des engrenages, mais on ne peut pas broyer une seule montre. Il faut en broyer cent mille à la fois, et l’ensemble contiendra inévitablement un mélange complexe de plusieurs modèles de montres, avec des durées de minute et d’heure différentes
Une des choses qui me semblent insuffisamment enseignées en biologie d’introduction, c’est à quel point les cellules humaines restent encore inconnues. Les manuels n’ont sans doute pas envie de lister mille protéines avec « fonction inconnue » écrit à côté. Mais, dans une mesure étonnamment large, c’est encore un territoire inexploré
Ces dernières années encore, on découvre des types entièrement nouveaux d’ARN : https://www.science.org/content/blog-post/enter-glycornas
Champs quantiques → atomes, atomes → chimie, chimie → biochimie, biochimie → vie cellulaire, vie cellulaire → vie multicellulaire, vie multicellulaire → conscience, conscience individuelle → phénomènes sociaux
https://podcasts.apple.com/en/podcast/ask-a-spaceman/id958825741?i=1000651175650
Le passage « il vaut mieux aborder les grands sujets par des tranches fines et profondes » m’a beaucoup parlé
Quand j’ai commencé à apprendre la programmation, les manuels ne m’ont servi à rien ; ce n’est qu’en me lançant dans de petits projets personnels que j’ai commencé à comprendre. Le projet n’était pas seulement une motivation, mais un principe d’organisation, comme un aimant qui aligne de la limaille de fer ramassée au hasard en chemin
Même des concepts abstraits comme la « mémoïsation » sont devenus des choses que j’avais envie d’apprendre parce que j’en avais besoin pour résoudre mon problème, et leur abstraction s’est dissipée à la lumière de mon propre exemple
Je crois ne l’avoir presque jamais vécu sans être plongé dans une motivation concrète et un espace de problème précis. Un très bon texte peut vous amener jusqu’à ce seuil
Le site Smart Biology propose d’excellentes vidéos d’animation 3D sur les systèmes cellulaires
https://www.smart-biology.com/
Le prix pour les particuliers est aussi assez abordable : https://smart-biology-academy.getlearnworlds.com/courses
Je ne travaille pas pour cette entreprise et je n’ai aucun intérêt financier. Ils font simplement un travail vraiment remarquable, et j’aimerais qu’il soit davantage connu. J’aurais aimé avoir ce genre de vidéos quand j’étais étudiant
Au lycée, j’aimais bien la biologie. Le professeur était vraiment ennuyeux, au point que je dormais littéralement pendant la moitié des cours, mais quand je rentrais chez moi et que je lisais le manuel pour les devoirs, je trouvais ça absolument fascinant
C’était devenu une sorte de running gag qui amusait mes camarades : le prof pouvait me réveiller à n’importe quel moment pour me poser une question, je connaissais toujours la réponse. Le secret, c’est simplement que je trouvais ça intéressant et facile à assimiler
Je n’aime pas trop l’idée de rejeter sur les autres le manque de curiosité pour un sujet. Notre réceptivité à l’apprentissage dépend beaucoup de facteurs extérieurs à la manière d’enseigner : centres d’intérêt du moment, expériences de vie, degré de développement du cerveau, etc.
Par exemple, j’apprécie aujourd’hui la géologie bien plus profondément qu’à l’école, et je suis assez sûr que ce n’est pas la façon d’enseigner la tectonique des plaques qui a changé, mais moi
Ils disaient : « si on m’avait enseigné le sujet X, ça m’aurait plu », « si on l’avait abordé sous l’angle Y, ça m’aurait plu », alors que notre professeur de lycée l’avait enseigné exactement comme ça
Quand on repense à nos 15 ans, il me semble difficile de se souvenir à quel point nous étions différents de ce que nous sommes aujourd’hui. On reconstruit nos souvenirs pour que nos émotions d’alors aient encore un sens avec notre manière actuelle de vivre les choses
En général, ils ont 3 à 5 classes de 20 à 40 élèves, souvent agaçants, à qui ils doivent faire apprendre un vaste programme défini par d’autres. En même temps, ils doivent gérer les problèmes de comportement, les parents et l’administration
La plupart ne sont pas des experts capables de proposer à chaque élève une exploration approfondie et personnalisée du domaine, et même s’ils l’étaient, cela rendrait une tâche déjà difficile tout simplement impossible. Le simple fait qu’une forme quelconque d’enseignement individualisé existe est étonnant
J’ai eu un professeur de physique dont l’amour pour la matière était contagieux ; les élèves déjà curieux apprenaient beaucoup, et même ceux qui suivaient le cours à contrecœur ne pouvaient s’empêcher d’être happés par les démonstrations et les expériences
J’étais fasciné par la biologie jusqu’à ce que je suive deux cours de biologie au lycée, puis il m’a fallu des années pour m’en remettre. Cela n’avait rien à voir avec un manque de curiosité. Du moins dans mes cours, l’accent était mis sur la mémorisation des noms des choses. Il n’y avait pas de temps pour l’émerveillement ; ce qui comptait, c’était de savoir étiqueter un schéma du réticulum endoplasmique
Plutôt que de lire le texte comme un jeu de reproches, je l’ai compris comme l’idée que la biologie, en tant que matière, pourrait généralement être enseignée de bien meilleure façon. Cela correspond à mon expérience, et cela me semble aussi compatible avec ce que vous dites. Vous avez aimé cette matière malgré une présentation médiocre
L’auteur semble aller dans ce sens. Pour un essayiste ou un chroniqueur, il faut peut-être croire à cela dans une certaine mesure
Cela dit, je suis d’accord pour dire que cette attente ne devrait pas devenir la norme de base
J’aime la formule de Bert Hubert : « Un vaisseau spatial étincelant atterrit dans votre jardin, la porte s’ouvre, et l’on vous invite à examiner tout ce que vous pouvez apprendre. Sa technologie a des millions d’années d’avance sur ce que nous pouvons construire. Voilà ce qu’est la biologie »
J’ai l’habitude de décrire la biologie comme une nanotechnologie au-delà de la compréhension humaine, découverte sur une planète qui a connu une apocalypse de gelée grise. Tous les interstices possibles de la surface sont désormais infectés par des unités échappées, engagées dans une course aux armements permanente du développement. Certaines se sont même assemblées en mégastructures mobiles gigantesques et en intelligences collectives difficiles à comprendre
Quand on pense à la biomécanique des membres humains, il faut se rappeler que l’on sacrifie la force et la vitesse pures au profit d’un système qui comporte de nombreux compromis que la science moderne a du mal à reproduire
Il prend en charge un très grand nombre de mouvements et d’articulations distincts, respecte des contraintes de poids, et exécute plusieurs techniques d’autoréparation sans cesser de fonctionner. Il est produit et entretenu à partir de matières premières courantes par un travail non qualifié, peut-être même inconscient, et inclut un ensemble complet de capteurs
Il n’est pas trop fragile, se plie pour stocker et restituer l’énergie mécanique des chocs, et se renforce sélectivement lorsqu’une déformation est détectée. Les zones de stockage d’énergie à long terme servent aussi d’amortisseurs, abritent de petits dispositifs de fabrication qui reconstituent une partie de leur propre fluide de fonctionnement, et disposent de sous-systèmes de gestion thermique comme le refroidissement par évaporation et une micro-activation automatique
Le fait qu’une cellule soit une poche molle et flasque n’est plus un argument contre son caractère « technologique » ou « robotique ». C’est de l’ingénierie intentionnelle. Un support complexe fait d’échelles nanotechnologiques est constamment remodelé pour faire de la « mollesse » une fonction
Le point essentiel à la fin du texte — à savoir qu’il nous faut de meilleurs outils pour raisonner sur la biologie, et que l’écart entre la réalité et le contenu du cours est particulièrement grand en biologie par rapport aux autres matières — ne semble pas vraiment traité
Je suis entièrement d’accord. Aujourd’hui, nous aspirons petit à petit les idées les plus complexes du monde naturel à travers la paille que sont le langage simple et les schémas statiques, et les limites de ces médias, combinées à celles de l’école elle-même, font naturellement pencher la biologie vers une matière de mémorisation
Raisonner sur la biologie telle qu’elle apparaît dans la nature va à contre-courant dans ces médias. C’est possible, mais ce n’est pas le comportement par défaut. Les histoires de bons professeurs de biologie sont l’exception, pas la norme
Pour ce qui est complexe, il faut des systèmes faciles à utiliser tout en reflétant cette complexité. La question centrale est de savoir comment créer des méthodes de communication et de compréhension
La biologie est tout simplement vraiment complexe. Il se peut qu’un « système facile à utiliser » de ce genre n’existe jamais. Nous en sommes encore à compter la couleur des cailloux sur le rivage de cet océan
Prenons par exemple la biologie du développement, c’est-à-dire le processus par lequel une cellule devient un bébé fonctionnel : il existe trois théories sur la façon dont les cellules décident de ce qu’elles vont devenir. Le modèle britannique dit que la cellule fille reçoit de la cellule mère l’instruction de ce qu’elle doit devenir ; le modèle américain dit que la cellule fille regarde autour d’elle et décide à partir d’un sondage d’opinion des cellules voisines ; le modèle Las Vegas dit que tout est aléatoire, avec beaucoup d’apoptose et de faillites au passage
Le problème, c’est que le simple fait que nous pensions que ces modèles soient corrects est inquiétant pour le domaine. Au fond de nous, nous savons qu’aucun d’eux ne peut être juste, mais nous n’avons pas réussi à les réfuter correctement
Pour être clair, les biologistes du développement sont presque certains que leurs théories sont bancales, et cette conviction repose presque entièrement sur l’intuition. Le fait que les biologistes se raidissent dès qu’ils sentent la moindre odeur de « grande théorie » montre à quel point c’est complexe
Rien ne garantit que la biologie puisse être réduite à quelque chose qui reflète son état réel tout en restant compréhensible. La nature n’a aucune obligation de nous offrir cela
De nos jours, beaucoup de gens sont faibles avec les systèmes de symboles mais excellents en compréhension, et il arrive aussi que des spécialistes des systèmes de symboles soient des débutants en compréhension
Je ne sais pas très bien si nous passons à côté de formes symboliques mieux adaptées à la compréhension, ou si nous avons survalorisé les systèmes de symboles au détriment de la compréhension
Cela dit, le raisonnement pourrait bien rester notre affaire
Les humains ont la capacité cognitive de raisonner sur des relations entre environ 150 personnes. Si c’est la limite supérieure plausible du nombre de gènes que l’on peut garder en tête, nous sommes fichus. Chaque cellule contient des milliers de protéines différentes et bien plus encore de petites molécules. Lorsqu’on supprime un gène, il est courant que des centaines d’autres changent en réaction
Nous ne pouvons pas garder en tête un système aussi vaste. Certaines parties, peut-être, mais les gènes sont tellement interconnectés qu’il est très difficile de tracer des frontières plausibles entre des « parties » distinctes
La biologie se comporte aussi de manière contre-intuitive. Les boucles de rétroaction, le hasard et les distributions à longue traîne sont des notions très importantes dans les systèmes biologiques, et les humains sont notoirement mauvais pour penser ce genre de choses
Rien qu’une seule cellule est déjà trop vaste et trop étrange. Inutile de parler des tissus ou des organes
C’est pourquoi je pense qu’il est vraiment important d’enseigner tôt la modélisation computationnelle aux étudiants. C’est trop complexe pour notre cerveau, donc nous devons nous appuyer sur des modèles informatiques
Le texte est magnifiquement écrit, mais je ne suis pas d’accord avec son postulat
Au moins au Royaume-Uni — les États-Unis sont peut-être différents — on apprend effectivement beaucoup des concepts et du raisonnement de fond que l’auteur regrette de ne pas avoir appris
Au niveau A-Level, on apprend les bases physiques des modifications épigénétiques. C’est ce que l’auteur décrit comme le fait d’activer ou désactiver des gènes, mais cette formulation est elle-même une simplification trop binaire : en réalité, il s’agit plutôt de régulation à la hausse ou à la baisse de l’expression. On apprend aussi des processus intéressants comme l’épissage alternatif, par lequel un seul gène peut exprimer plusieurs protéines différentes
Même en première année de licence dans une université Russell Group ordinaire, l’histoire de la biologie occupait une place importante dans les cours. C’était particulièrement vrai pour l’évolution de la génétique en tant que domaine. Le fait que les catégories et concepts de la biologie soient intrinsèquement flous était également présenté très clairement
Je me souviens très nettement d’un enseignant à qui l’on demandait pourquoi il disait que les bactéries n’ont pas d’organites entourés d’une membrane, alors que le magnétosome, qui était le sujet du cours, en est clairement une exception. Il a répondu qu’en biologie, dire que quelque chose est « toujours vrai » signifie que cela se produit dans plus de 80 % des cas, et que dire que quelque chose « n’arrive jamais » signifie en réalité que cela se produit dans moins de 20 % des cas
Je suis d’accord pour dire qu’on met parfois trop l’accent sur la mémorisation de détails chimiques au détriment de concepts plus larges et importants — le cycle de Krebs, par exemple. Mais je pense que l’auteur exagère ce cas
Il est vrai qu’on apprend effectivement les concepts et le raisonnement de fond que l’auteur regrette de ne pas avoir appris, et il est aussi vrai qu’on insiste parfois trop sur la mémorisation des détails chimiques plutôt que sur les concepts plus larges
Cela dit, l’auteur parlait presque certainement uniquement de biologie au lycée
Aux États-Unis, les enseignants d’AP Biology doivent trouver un compromis entre enseigner les concepts et préparer les élèves de terminale à l’examen AP qu’ils vont passer. Cette préparation inclut des choses comme mémoriser le cycle de Krebs pour l’oublier juste après l’examen
Mon professeur trouvait plutôt bien cet équilibre, et j’en ai beaucoup retiré, mais cela peut varier selon les personnes. Les élèves peuvent réussir l’examen et ainsi éviter le cours obligatoire de biologie à l’université, alors que ce cours universitaire aurait été bien meilleur. C’était exactement mon cas
Mon professeur de biologie au lycée, M. Dinnetz, était vraiment extraordinaire
Il avait une façon de rendre le contenu du cours vivant — ou plus exactement, de le relier à la mort. À chaque nouveau concept, il expliquait comment nous mourrions si ce concept n’existait pas. C’était un cours extrêmement mémorable
Je suis entièrement d’accord avec l’idée que, dans les cours de biologie, la biologie n’était pas présentée comme une quête des secrets du vivant, et que les manuels en avaient vidé toute dimension d’investigation
Nous n’avons pas été exposés à de vrais biologistes, aux vraies questions qu’ils se posaient, ni aux vraies expériences qu’ils ont menées pour trouver des réponses ; on nous a seulement donné les conclusions
Je me demande quels sont les bons livres ou supports d’apprentissage qui encouragent non seulement la biologie, mais aussi l’investigation, la curiosité et l’émerveillement
La première chose qui me vient à l’esprit, ce sont les Feynman’s Lectures
La biologie est une abstraction qui fuit de partout ; sans bases solides, il est très difficile d’y faire quoi que ce soit de rigoureux. C’est un peu comme les discussions sur la musique sur Hacker News. Les gens s’intéressent davantage au fait de relier des concepts de programmation à la notation musicale et de se plaindre de la manière dont la musique occidentale est présentée qu’à la musique elle-même
En biologie, pour faire quelque chose au-delà du tâtonnement empirique superficiel, il faut bien comprendre le dogme central et la biochimie. En particulier, la plupart des personnes de « type hacker » n’ont qu’une vague idée du premier, c’est-à-dire de la traduction et de la transcription de l’ADN, et s’arrêtent là
Si l’on veut travailler avec rigueur, il faut absolument acquérir une intuition de la biochimie. Sinon, on risque de ne convenir qu’à laver des éprouvettes, comme un développeur web issu d’un bootcamp dans le monde de la biotech
A Brief History of Nearly Everything - Bill Bryson
Entangled Life - Merlin Sheldrake
The Hidden Life of Trees - Peter Wohlleben