Tous pareils tous différents : un slogan ou des explorations en classe ? Une formation continue !

La diversité humaine : l'explorer en classe -> Une formation continue !

La biologie est traversée par un paradoxe entre d'un côté la fondamentale unicité du vivant et de l'autre la diversité à tous les niveaux (Nehm, R. H., 2016). Cette diversité dans l'unicité peut paraitre difficile pour de nombreux élèves, et constitue probablement un obstacle pour comprendre l'évolution, l'écologie, mais aussi les questions ethniques, ou de biodiversité.   Le slogan "tous semblables tous différents" remonte sauf erreur à une exposition de N. Van Blyenburg à Genève il y a bien des années.


Une façon classique et judicieuse d'aider les élèves à développer des explications plus efficaces du monde qui les entoure est de les faire manipuler, expérimenter : les TP, labos, activités,… 
Or on peut désormais expérimenter  la diversité et l'unicité dans l'ADN - au sens de faire des hypothèses, les vérifier, explorer les différences et les similitudes génétiques par les séquences accessibles à tous dans les banques de données ! 
On peut ainsi aider les élèves à éprouver cette unicité fondamentale des séquences d'ADN,  à prendre la mesure de la diversité génétique, et révéler la fondamentale unité du vivant. 


Un article de Nature (Perkel, J. M. ,2017) souligne à quel point ces outils sont devenus plus puissants et faciles à utiliser How bioinformatics tools are bringing genetic analysis to the masses.
Internet permet l'accès aisé en classe pour des activités exploitant les banques de données d'ADN et de protéines mais des activités traditionnelles papier et manipulations se sont aussi révélées très efficaces. Une formation continue vous aidera à les maîtriser : Inscrivez-vous ici : PO-421 - Tous semblables, tous différents: explorer avec les élèves l'unicité et la diversité de l'ADN

L'étourdissante diversité  …

Fig 1: Sous une apparente diversité l'expert perçoit l'unicité fondamentale ... mais les élèves ?  [img]. Source :Nehm, R. H. (2016)
On observe facilement la diversité des écosystèmes, des espèces, des individus, on peut l'étudier au niveau physiologique, génétique et moléculaire, elle est manifeste dans tout le vivant - mais l'unité n'est manifeste que pour le biologiste.

Au niveau anatomique cette diversité s'impose et l'unité du vivant est peu manifeste : quand on essaye de convaincre les élèves qu'un éléphant, un paon, un gecko et un hippocampe sont fondamentalement similaires par leurs squelettes, ce n'est pas toujours facile...
Ils sont ainsi plus sensibles à la diversité apparente. Le concept de biodiversité - très en faveur dans les médias - renforce probablement cette perception.
Au niveau de l'espèce humaine la diversité - notamment des caractéristiques superficielles - est perçue comme très grande, et on ne compte pas les anecdotes d'élèves européens qui découvrent avec stupeur que les Africains ont du sang de la même couleur… Ou l'inverse en Afrique ou en Asie ! Là encore c'est la diversité phénotypique qui frappe de prime abord.

Les premiers cours de biologie qui font découvrir à des élèves - souvent citadins - l'étendue du vivant augmentent encore cette sensation d'une étourdissante diversité.

L'unicité fondamentale moins manifeste

La systématique a longtemps classé les organismes par leurs similitudes, et est structurée par cette idée d'unicité fondamentale issue de la phylogénie (cf PO-424 - Évolution et classification phylogénétique du vivant au muséum). 

C'est notamment en comparant différents squelettes qu'on explicite ce qui réunit dans un embranchement l'éléphant, le paon, le gecko, etc. L'unité fondamentale de leur structure les réunit.  Si cette unité parait évidente à l'oeil éduqué de l'enseignant, elle n'apparait pas forcément à celui des élèves.


Fig 2: Là où l'expert perçoit l'unicité fondamentale ... les élèves voient la diversité et emploient des modèles explicatifs diversifiés ?  [img]. Source :Nehm, R. H. (2016)
Pour les aider, on leur fait souvent pratiquer des TP ou des activité comme étudier des squelettes, des modèles, ou des images de squelettes . L'idée sous-jacente est qu'en leur faisant comparer, en rassembler et et organiser on fait émerger et on aide les élèves à se construire un modèle descriptif de ce qui a conduit les scientifiques à rassembler ces organismes.  

Au niveau génétique ... comment aborder l'unité et la diversité ?

Au niveau génétique cette unité fondamentale est souvent mentionnée en enseignant la structure de l'ADN et les mécanismes de son expression. Le génie génétique repose sur cette unicité fondamentale et est une autre occasion de la mettre en évidence.

Parfois les élèves retiennent que l'ADN est le même pour tous les organismes … ce qui ne permet pas d'expliquer les différences entre espèces, ni entre leur voisin et eux.

Il peut aussi en résulter des doutes sur la génétique comme facteur explicatif des caractéristiques visibles.
A un extrême, cela se retrouve dans le rejet très fort par certains de toute forme de déterminisme génétique (qualifié de réducteur), souvent posé en termes d'opposition entre culture et nature. A l'autre extrême on trouve des vulgarisations extrêmement déterministes avec des titres sensationnalistes comme "la découverte du gène du langage", ou "de la fidélité", ou "de l'intelligence". Le biologiste sait bien que la diversité phénotypique ne peut pas se résoudre par un choix entre gènes ou environnement, mais dans les interactions d'un génome avec l'environnement. Ces limites importantes du déterminisme génétique ne doit pas empêcher d'explorer la diversité génétique et d'en prendre la mesure. 

La difficulté pour les élèves à comprendre ce paradoxe : tous les mêmes mais manifestement tous différents ?!!!

En effet cette tension peut constituer un obstacle à la compréhension. Si les uns - peut-être en fonction de déterminants sociaux-  retiennent surtout la diversité et rejettent l'unicité fondamentale, il leur sera difficile de comprendre comment les ADN sont continuellement transférés entre espèces au cours de l'évolution (cf. bio-Tremplins mai 2011) . Si ils sont focalisés sur l'unité - peut-être lié à des visions très égalitaires du monde -  il leur sera difficile de comprendre la manière dont la génétique s'articule avec l'environnement pour déterminer les différences dans les caractères observables des organismes. 

Le génie génétique révèle souvent la confusion par les élèves entre la diversité de l'information portée par les gènes et l'unicité de la structure  moléculaire commune à tous.
Qui n'a pas entendu des élèves indiquer que "la bactérie rejette l'ADN humain parce qu'il lui est étranger." Or cette erreur révèle une  confusion entre l'unicité moléculaire et la différence de l'information que cette molécule porte.

Des recherches nombreuses depuis longtemps (Bachelard, G. (1947), Giordan, A. (1996)) montrent que ces conceptions initiales (modèles naïfs) sont résistantes à l'enseignement : non parce qu'elles sont fausses mais parce qu'elles constituent des explications satisfaisantes pour les élèves. Récemment  Coley, J. D., & Tanner, K. (2015) ont regroupé (sous le nom de cognitive construals) ces explications naïves qui font obstacle à la compréhension en biologie en trois tendances naturelles de l'esprit humain :

• Explications finalistes - explication par le but (les anticorps produits sont ceux-là parce que c'est ceux-là dont on a besoin"),
  
• Explications essentialistes explication basée sur des propriété liées à l'essence même  ( l'ADN d'une espèce apporte avec elle une partie de l'essence de cette espèce: "si une plante intègre un gène d'une bactérie elle devient un peu bactérienne : si je mange une plante modifiée une peu de l'essence même de l'espèce donatrice me modifie ...)
  
• Explications anthropocentriques : L'homme est le produit ultime de l'évolution. Le comportement d'autres animaux est interprété comme s'il était produit par des humains. 
  

Ignorer que les élèves risquent de comprendre les cours et les documents à travers ces tendances finalistes, essentialistes anthropocentristes, c'est s'exposer à des résultats troublants à l'examen...

Expérimenter pour aider les élèves à comprendre... affronter ce paradoxe ?

Ainsi cette tension entre diversité et unicité si centrale en biologie est - au niveau génétique - difficile à traiter et pourrait bénéficier de nouvelles approches pédagogiques et didactiques. 
Une façon classique et judicieuse d'aider les élèves à développer de meilleures explications du monde qui les entoure - et à mieux réussir nos examens s'ils sont bien alignés - est de les faire manipuler, expérimenter : les TP, labos ! Or on peut expérimenter - au sens de faire des hypothèses, les vérifier, explorer les différences et les similitudes génétiques par les séquences d'ADN accessibles à tous les banques de données ! 

Dans la foulée de la publication du génome humain, une première série de formation continues avec Bio-Tremplins avait permis aux plus courageux d'explorer les usages de ces outils  dès 2007 environ. C'est encore plus vrai aujourd'hui comme l'indique Perkel, J. M. (2017). How bioinformatics tools are bringing genetic analysis to the masses. Le terme de  bioinformatique ne fait bientôt plus peur, quand chacun utilise un moteur de recherche comme Google quotidiennement pour chercher de l'information sur la biologie... Mais les usage en classe sont encore à inventer et à mutualiser. On peut guider les élèves à éprouver cette unicité fondamentale des séquences d'ADN,  à vérifier comment la diversité peut s'articuler pour déterminer les différences entre espèces ou individus.

En collaboration avec Prof. Sanchez-Mazas et la plateforme Génomique de l'UniGE, Expériment@l-Tremplins avait en 2011 déjà exploré la diversité de l'ADN d'élèves d'une classe et fourni des données authentiques - réservées aux membres.

Les élèves ont pu constater la très grande similitude des séquences de la classe et les différences interindividuelles d'un gène mitochondrial.

• Séquençage d'élèves AuthenTIC !
  De l'authentique ADN d'élève ! Des élèves ont donné un frottis buccal pour séquencer une petite portion de leur ADN, et vont le comparer à d'autres dans le respect de l'anonymat. Les techniques, les enjeux éthiques et un peu de recul donneront du sens aux données (Données réservées aux membres Expériment@l) Continuer la lecture →
• Des génomes multiples dans la même personne… dépasser la pensée unique?
  Protocole de séquençage de la région HVS‐1 de l'ADN mitochondrial humain En bref : Prélèvement par cyto-brosse, purification de l'ADN total, amplification du fragment d'intérêt (entre 16060 et 16360) par PCR puis séquençage Sanger. Opération réalisée gracieusement par Patrick Descombes, … Continuer la lecture →
• Les paradoxes éthiques du séquençage
  Avant de séquencer un fragment d'ADN d'élèves, plusieurs questions éthiques ont du être tirées au clair, et le Prof A. Mauron de l'UniGe a bien voulu guider la réflexion et conseiller les procédures établies pour cet évènement Expériment@l. Le cadre … Continuer la lecture →
• L'ADN mitochondrial, une petite molécule devenue star…
  Depuis les années 80, la séquence de l'ADN mitochondrial (ADNmt) est l'objet de très nombreuses recherches. En tant que marqueur de la diversité génétique des populations, elle représente souvent le matériel héréditaire le plus facilement accessible pour la génétique moléculaire … Continuer la lecture →

Une formation continue parce que c'est plus aisé aujourd'hui en classe !

Des outils bioinformatiques de plus en plus accessibles (Perkel, J. M. ,2017). rendent l'analyse génétique disponible à un large public. Les accès aisés aux banques de données d'ADN et de protéines offrent de magnifiques opportunités en classe. Ils permettent d'introduire dans de nombreux chapitres une part d'"expérimental" où les élèves peuvent explorer et éprouver la diversité et l'unicité entre les espèces et au sein d'une même espèce.

--> Une formation continue sur ce thème vous est proposée le mercredi  7 février 2018 après-midi, avec M.-C. Blatter, expert en banques de  données (SIB), et François Lombard, (Collège Calvin, IUFE, TECFA),.
Au cours de cette après-midi vous apprendrez à réaliser des activités permettent de rendre plus concrets, plus actuels les cours.

 - les fondements évolutifs (unicité-diversité en lien avec forme - fonction en physio, adaptation écologique, etc.)
 - la diversité humaine (unicité-diversité en lien avec les maladies, la médecine personnalisée, les tests génétiques, etc.)
 - mécanismes biologiques (unicité-diversité en lien avec la synthèse des protéines, les variations génétiques, etc.)

Internet permet l'accès aisé en classe pour des activités exploitant les banques de données d'ADN et de protéines mais des activités traditionnelles papier et manipulations se sont aussi révélées très efficaces. Inscrivez-vous ici :

PO-421 - Tous semblables, tous différents: explorer avec les élèves l'unicité et la diversité de l'ADN

Objectifs

Savoir adapter à ses classes des activités éprouvées ou nouvelles, avec ou sans internet.
 Savoir trouver et exploiter en classe les banques de données d'ADN et de protéines accessibles aisément sur internet.
 Trouver des traces de l'unicité et de la diversité du vivant dans de nombreux chapitres de la biologie.
 Partage d'expériences et d'activités avec les participants.

D'autres formations continue pour la biologie

• CO-00983 - Les Virus : Quoi d'neuf docteur ?- Les virus émergents du cas isolé à la crise humanitaire
  Formation sur une journée organisée par Rémy Kopp avec les virologues de l'équipe du Pr L. Kaiser (HUG).
  
  
• PO-422 - La protéine en volume et en relief
  
• PO-423 - Les substances ingérées : quelle réaction avec notre corps?
  
• PO-424 - Évolution et classification phylogénétique du vivant au muséum (Formation organisée par Rémy Kopp)

D'autres ?

• Un article qui répertorie et discute des ressources sur les usages éducatifs de la bioinformatique Banta, L. M., et al. (2012) https://doi.org/10.1187/cbe.11-12-0105

Les articles originaux sont référencés et généralement accessibles aux membres :

• Bachelard, G. (1947). La formation de l'esprit scientifique. Paris: Vrin.
  
• Banta, L. M., Crespi, E. J., Nehm, R. H., Schwarz, J. A., Singer, S., Manduca, C. A., … Caporale, L. (2012). Integrating Genomics Research throughout the Undergraduate Curriculum: A Collection of Inquiry-Based Genomics Lab Modules. Cell Biology Education, 11(3), 203‑208. https://doi.org/10.1187/cbe.11-12-0105
  
• Coley, J. D., & Tanner, K. (2015). Relations between Intuitive Biological Thinking and Biological Misconceptions in Biology Majors and Nonmajors. CBE-Life Sciences Education, 14(1), ar8. https://doi.org/10.1187/cbe.14-06-0094
  
• Giordan, A. (1996). Les conceptions de l'apprenant. Sciences humaines Hors. Serie, 12, 6.
  
• Nehm, R. H. (2016). Keynote :Thinking about evolutionary change: concepts, contexts, and cognitive coherence. Paper presented at the ERIDOB 2016, Karlstad.  Nehm ERIDOB print.pdf
• Perkel, J. M. (2017). How bioinformatics tools are bringing genetic analysis to the masses. Nature News, 543(7643), 137. https://doi.org/10.1038/543137a