Courir pieds nus moins d'impact à cause de l'évolution ?

Pour courir il suffit d'une paire de chaussures...

Peut-être même pas, selon D. Liebermann un évolutionniste de Harvard, rapporté dans une News de Nature par Buchen, Lizzie (2010) (A softer ride for barefoot runners) : on pourrait courir même mieux - plus souplement en tous cas – pieds nus. Il montre que ceux qui courent depuis longtemps sans chaussures ont un mouvement qui déroule plus le pied et l'impact produit des forces plus régulières avec moins de pics. Il suggère même que cela pourrait causer moins de blessures. J'y pense souvent en entendant les hauts talons d'une voisine de bureau claquer de son pas décidé sur le sol du couloir...  
Fig 1 : La souplesse du mouvement "rond" qui déroule le pied serait plus important que les chaussures pour limiter les impacts.[img]Source :  F.Lombard

Arrondir le mouvement du pied ? 

A l'opposé de ces considération esthétiques qui justifient les hauts talons, un trend ergonomique récent parait être ces chaussures à la semelle très arrondies rocker sole, qui s'inscrivent dans une mouvance revendiquant le naturel, mais dont le lien avec les travaux de Liebermann n'est pas clair. Ses résultats ne comparent pas ce type de chaussure à d'autres, mais suggèrent plutôt que l'arrondi doit provenir du déroulement du pied et non de la chaussure qui ne pourrait pas amortir un choc sur le talon.
Fig 2 : Un trend dans la chaussure semble être des chaussures aux semelles arrondies "rocker sole" .[img]Source : Ryn: walkwithoutpain.blogspot.com

La course d'endurance : un facteur décisif de notre évolution ?

Dans une autre publication, Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004) (Endurance running and the evolution of Homo) ont aussi défendu l'ancrage évolutif de la course à pieds nus : parce que nous courons à pied nus depuis des centaines de milliers d'années nous avons développé une harmonie entre la structure du pied et la dynamique de la foulée. Nous supportons plutôt bien la comparaison pour l'endurance avec d'autres animaux  et notre squelette en porte des traces claires. Lieberman illustre son propos par une video où on le voit  courant pieds nus sur des trottoirs enneigés. Ainsi la course d'endurance serait un facteur décisif de notre évolution, développé peu après la séparation d'avec les chimpanzés et aurait joué un rôle pour déterminer notre structure. Reprenons en détail les deux arguments et leur étayage par les données.

Courir pied nus pour courir plus doux ?

Fig 3 : Ceux qui ont l'habitude de courir pieds nus amortissent naturellement l'impact en atterrissant sur la "paume" du pied, plutot que le talon. [img]Source :Rick Rycroft/AP Photo.
 

Lieberman et son équipe (Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners) ont effectué une analyse bio-mécanique de coureurs d'endurance sur un tapis équipé de capteurs de force, avec des coureurs qui courent pieds nus depuis longtemps (Habitués à courir pieds nus = HCPN) et des habitués à courir chaussés (= HCC) ainsi que des convertis récents à la course pied nus.  (Lieberman, D. E., et al., 2010) Lieberman dit que la première fois qu'un coureur habitué à courir pieds nus s'est élancé sur son appareil,  il a été très surpris : le pic de forces habituel lors de l'impact était absent. (Trad. personnelle) Il a alors comparé trois groupes de personnes : des coureurs de fond qui courent pieds nus depuis longtemps (Habitués à courir pieds nus = HCPN), des coureurs de fond habitués à courir chaussés (HCC), et des coureurs de fond habitués à courir chaussés qui courent pieds nus (HCCPN) Cette comparaison a révélé que ceux qui courent pieds nus depuis longtemps (HCPN) produisent des impacts au sol beaucoup plus doux : le pied frappe le sol par l'avant fore-foot strike (FFS), plutôt que par le talon rear-foot strike (RFS). La majorité ( 75–80%) des coureurs de fond habitués à courir chaussés (HCC) impactent le sol par le talon en premier (RFS) : cela produit des forces de réaction du sol de l'ordre de 1.5 à 3 fois le poids corporel durant les 50 premières millisecondes : cette brutale montée de la force se manifeste par un pic sur la figure 4.a. On voit que les coureurs HCPN produisent des forces qui varient plus régulièrement cf Fig 4.c . Si on regarde seulement les pics des premières millisecondes, leurs mesures révèlent que la force d'impact est 0.58 ± 0.21 poids corporels chez les habitués du pied nu (HCPN) qui déroulent le pied (FFS), soit 3 fois moins que les habitués à courir chaussés qui impactent sur le talon (RFS) soit quand ils courent pieds nus HCCPN (1.89 ± 0.72 body weights )  ou chaussés (HCC) (1.74 ± 0.45 body weights). Lieberman, D. E., et al. (2010)
 
Fig 4 : Comparaison de  la dynamique du pied lors de la course à pied de coureurs habitués a courir pied nus ou chaussés. Les coureurs habitués à courir pied nus (c) produisent moins de pics des forces lors de l'impact du pied sur le sol (notez bien l'absence de pic dans les premières 50 millisecondes) que ceux qui sont chaussés (b) ou lors de course à pied nus de coureurs habitués à courir chaussés (a). La force de l'impact au sol, même avec une semelle amortissante atteint jusqu'à trois fois le poids du coureur. Ceux qui touchent le sol par l'avant (FFS) ne subissent des forces que de 0.6x leur poids. [img]Source :Lieberman, D. E., et al. (2010)

Utiliser la flexion de la cheville pour réduire l'impact

Lieberman montre donc que la force de l'impact au sol par le talon (RFS), même avec une semelle amortissante est beaucoup plus grande que chez ceux qui touchent le sol par l'avant (FFS) (comme les HCPN) déroulent le pied avec une flexion de la cheville – permettant aux tendons et muscles du pied et du mollet de fonctionner comme des amortisseurs. Il pense que cela pourrait expliquer les fréquentes blessures de la course a pied, mais Lizzie Buche dit que ce lien doit encore être démontré.  Bramble pense que la course chaussée ne profite pas des possibilités d'amortissement de notre membre inférieur et que cela augmente les risques de blessures. "Ignorer comment nous avons évolué et comment nos corps sont faits pour fonctionner est un jeu dangereux " dit-il.

L'évolution de notre squelette lié à la course de fond

Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004) ont proposé que les particularités de notre anatomie telles que les jambes longues, la taille très accrue du Gluteus maximus – le muscle de la fesse–,  les orteils courts, et la cambrure du pied sont liés à la course de distance et ont permis à nos ancêtres de poursuivre et à la longue d'attraper des proies épuisées.

Fig 5  : Comparaison du squelette humain et d'autres primates vivant ou fossiles. a, c, humain, avec les structures liées à la course d'endurance mises en évidence. b, d, Chimpanzé. e, Reconstruction de H. erectus ; f, reconstruction de A. afarensis.  [img]Source : Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004)
Ainsi la course d'endurance serait un facteur décisif de notre évolution et non seulement une station dressée qui libère la main comme on l'a souvent envisagé.

Pas si mauvais que ça à la longue...

La vitesse de sprint de l'humain n'a rien d'exceptionnel, mais les auteurs montrent que la vitesse de course d'endurance d'un humain très bien entraîné( jusqu'à  6.5m/s pour des athlètes d'exception) est exceptionnelle pour un primate et  supérieure à la vitesse de trot de la plupart des animaux de taille comparable cf Fig 5a . Un  quadrupède de la taille d'un humain (65kg) trotterait vers  2.8 m/s, passerait au galop vers 3.8 m/s. La course des humains excède donc la vitesse de trot préférée  (3.1 m/s) et la transition au galop  (4.4 m/s) des poneys (110–170kg), et même pour une bête de 500 kg. Comme les quadrupèdes se fatiguent au galop, les auteurs argumentent que sur de très grandes distances les ancêtres des humains finissaient par les rattraper leurs proies.

Fig 6 : a) La course d'endurance des meilleurs humains (bleu) dépasse en vitesse la vitesse de trop soutenu de nombreux mammifère (bleu). b) La course a pied maintient une efficacité sur une large gamme de vitesses, alors que les quadrupèdes ont une courbe d'efficacité en U et donc une vitesse optimale marquée (rectangle pointillé).Les humains peuvent dépasser cette vitesse optimale à la course d'endurance.  COT Coût métabolique du déplacement en ml d'O2 par kg et km  [img]Source : Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004).

En science... on n'affirme que ce dont on est sûr.

Une lecture rapide de ces articles suggère que la sélection naturelle aurait favorisé des structures anatomiques et une démarche de course à pieds nus. Ainsi la course chaussée serait contre-nature et expliquerait pas mal de blessures. Pour décider de manière scientifique si ces résultats valident bien ces conclusions, il faut comprendre comment ils ont été établis, mais aussi établir la solidité du lien avec les conclusions. Ces résultats sont très convaincants "compatibles avec les données ", mais est-ce  bien la seule explication possible de ces données ? Lizzie, Buchen, note en effet que le fait que nos ancêtres couraient en déroulant le pied (FFS) ne prouve pas que ce soit idéal pour nous qui grandissons avec des chaussures. Il n'y a pas de preuve claire que les chaussures actuelles protègent des blessures, mais il n'y en a pas non plus que ceux qui courent actuellement a pied nu auraient moins de blessures, ajoute-t-elle. Pour en être sûr il faudrait établir que c'est la seule conclusion possible pour ces données. De fait cela place la barre de la certitude bien plus haut. Et explique pour quoi la manière scientifique de valider produit des certitudes moins grandes que la foi ou la politique.
Enfin ... en principe... :-)

Sources : 

• Buchen, Lizzie. (2010).A softer ride for barefoot runners | Nature News 27 January 2010| doi:10.1038/news.2010.36 
• Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004). Endurance running and the evolution of Homo. [10.1038/nature03052]. Nature, 432(7015), 345-352. extraits intranet.pdf
• Lieberman, D. E., et al. (2010). Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners. [10.1038/nature08723]. Nature, 463(7280), 531-535. extraits intranet.pdf

Mise a jour des images 29 IV 2020

les élèves traumatisés par les sciences ?

Certain-es élèves sont traumatisé-es par les sciences : une expérience très désagréable dans leur parcours scolaire peut les détourner pour longtemps de la chimie, la physique ou la biologie.

Des conséquences pour leur parcours en science... ou non

Face aux choix des options pour leurs études, ces traumatismes pèsent parfois lourd !
Nous connaissons tous des adultes extrêmement compétent-es, qui ont encore peur d'aborder les nombres, qui deviennent pâles voire dévient la conversation quand on leur demande quelle température a l'eau du mélange d'un litre à 30°  avec deux litres à 80°... On pourrait en dire autant pour la crainte du "chimique", ou le rapport à la nature...
On peut imaginer que certain-es auraient aimé les sciences s'ils avaient continué...  Mais le souvenir désagréable d'un évènement a pu les bloquer avant qu'ils n'en sachent assez pour apprécier.
L'équipe des Atomes Crochus a ouvert le  Blog des traumatismes scientifiques – voir ci-dessous – pour donner la parole a tout-es celles ceux qui ont été ainsi paralysé-es ou intimidé-es.
Et pour ceux d'entre vous qui nagent avec bonheur dans les sciences, ce blog pourrait peut-être aider à comprendre certaines résistances d'élèves ?

Fig 1 : Les atomes crochus veut transmettre sa passion pour la connaissance, replacer la science dans la culture, développer le goût d'apprendre chez les jeunes, participer à la clarification des valeurs, entretenir le plaisir de la découverte et l'envie de comprendre le monde....  [img]Source : Atomes crochus

Bonjour,

Les Atomes Crochus ont le plaisir de vous annoncer le lancement du blog des traumatismes scientifiques !  http://traumasciences.atomes-crochus.org

A la fois ludique et instructif, il s'inscrit dans une démarche de recherche du groupe Traces, à l'Ecole normale supérieure, destinée à comprendre comment, dès l'enfance, se construit notre rapport à la science.

La physique est restée pour vous un univers obscur et intimidant ?
Vous êtes paralysé-e à l'idée d'appliquer une règle de trois ?
Vous avez honte de ne toujours pas savoir distinguer un atome d'une molécule ?
Le microscope était-il au contraire le compagnon de vos aventures d'enfant ?

Nous vous invitons à votre tour à partager vos bons ou mauvais souvenirs de science ! Les souvenirs évoqués peuvent être commentés par les internautes. Les premiers témoignages sont d'ores et déjà croustillants...

Cette initiative est l'extension d'une animation intitulée Le cabinet des traumatismes scientifiques, imaginée par Richard-Emmanuel Eastes et André Giordan, qui prend la forme d'un échange ludique entre un Docteur en sciences et son patient. Remontant dans son enfance, le participant évoque ses bons ou mauvais souvenirs liés à la science. S'en suit une discussion dont l'objectif est de lever des résistances et de soulager des complexes...

A bientôt sur le blog !

Le Docteur Pendule, docteur en sciences.
http://traumasciences.atomes-crochus.org.

La percolation des découvertes scientifiques dans la presse.

Comprendre scientifiquement ces résultats c'est les mettre en perspective …

Parmi les très nombreux articles du CISA, nous avions mentionné (Bio-tremplins du 17IX010) un article sur la mémoire des émotions faciales.

• Vrtika, Pascal, Andersson, Frédéric, Sander, David and Vuilleumier, Patrik (2009) 'Memory for friends or foes: The social context of past encounters with faces modulates their subsequent neural traces in the brain',Social Neuroscience, 4:5, 384 - 401, First published on: 27 July 2009 (iFirst) |

Cette nouvelle a été reprise dans la presse en général. Nous allons comparer un peu l'original et ce qu'il en reste dans la percolation de l'information à travers les strates de la vulgarisation.

La science : des conclusions étayées...

L'article scientifique de Vrtika, P. et al. (2009) quant à lui, décrit comment ils ont procédé, ce qu'ils ont trouvé (résultats),  et discute l'interprétation possible (conclusions).

Comment ils ont procédé  

Pour être complet :cf  METHODS pour ceux qui ont un accès (les étudiants l'ont par leur université !). En gros ils ont présenté des visages juste après que le sujet ait gagné ou perdu à un jeu. Les visages étaient souriants ou fâchés (cf fig 2a). Comme s'ils se réjouissaient de la victoire, ou de la perte, ou en étaient fâchés (fig 2b).  Le visage joyeux lorsqu'on perd ou fâché quand on gagne est appelé dans l'expérience : ennemi "foe". Ils ont mesuré par IRMf les zones qui s'activaient lors de la présentation de tous ces visage et ~5 minutes plus tard lorsque ce même visage leur était présenté à nouveau lors d'une autre activité.


Fig 2 : le principe de l'expérience et les 4 conditions de feed-back visuel. [img] Source : Vrtika, et al. (2009)

Ce qu'ils ont trouvé : les résultats.

...une sélection des  RESULTS  complets.


Fig 3 : c-d un des résultats de l'expérience : l'ACC s'active plus quand le visage est  "ennemi" (il sourit de votre défaite ou est en colère de votre victoire). [img] Source : Vrtika, et al. (2009)


Parmi d'autres résultats,  celui qui a le plus frappé en général est le fait que certaines zones dont l'amygdale, et le cortex cingulaire antérieur (anterior cingulate cortex =ACC) s'activent plus lorsqu'on revoit les visages qui étaient "ennemi". L'ACC est en général considérée comme une région qui module et régule les émotions "Finally, of particular interest, [...], we found that activity in the rostral ACC was significantly modulated by the prior social context of faces, and exhibited a selective increase to faces of “foes” from the two incongruent feedback conditions. " Cf. Purves

L'interprétation possible :

Une sélection des DISCUSSION et CONCLUSIONS L'article suggère – en des termes prudents – qu'on se souvient des émotions évoquées la première fois qu'on rencontre un visage. "the activation of some of these regions to new encounters of the same face identities is modulated by the positive (friendly) or negative (hostile) nature of past social context, providing a neural substrate for enduring person impression that can influence emotion and behavior during subsequent presentation with the same face identities. " Le lecteur moyen de cette revue (Nature) est sans doute capable de mettre en perspective dans les hypothèses ces données : Par exemple savoir que la mesure du signal IRMf est interprétée comme l'activation d'une zone : c'est une hypothèse très forte actuellement. Mais qu'en fait avec l'IRMf BOLD (@lecerveau.McGill)[img] on mesure indirectement un afflux de sang qui se produit après l'activation et on doit déduire ce délai (quelques secondes). Que chaque image est une différence de l'ensemble des activités mesurées entre une condition considérée comme "repos" et celle testée, etc.   Mais sans ce recul, peut-on bien comprendre ces résultats ? D'autre part les auteurs discutent les autres explications possibles et la portée, la solidité de ces conclusions. "Because most of the abovementioned areas showed the highest levels of activation for familiar faces previously encountered in an incongruent social context, our results could potentially also be interpreted as a simple incongruency/congruency effect on memory. However, an incongruency effect would predict similar influences for both types of incongruent faces irrespective of their previous expression (smiling or angry), whereas our results indicated a clear difference as a function of expression, in agreement with a role for more specific factors related to affective/social perception during encoding."
Ainsi les conclusions sont étayées par des données et une justification en référence aux hypothèses étaye les conclusions : cet article permet au lecteur de se construire une connaissance scientifique !

Une information scientifique devient une question de Trivial Pursuit ?

Cette recherche Vrtika, P. et al. (2009) a été reprise dans la presse en général. On la retrouve naturellement simplifiée. Ce qui est intéressant, c'est de voir ce qui reste lors de ce processus. Cette nouvelle a été reprise dans la presse en général. Mais évidemment simplifiée. Ce qui est intéressant, c'est de voir ce qui reste lors de ce processus.  Les articles mentionnent le plus souvent une des conclusions, mais pas les conditions expérimentales ou les interprétation qui permettraient de comprendre la portée de l'information. Par exemple le gratuit "20minutes" du 20 août titre : "Ennemis mémorisés " puis  un bref article :

" Le cerveau reconnaît les visages, surtout ennemis. Des chercheurs de l'Université de Genève ont découvert qu'il suffisait d'une seule et courte confrontation pour se souvenir de l'impression. " (page 3).

Une partie des conclusions – sans justification ni référence aux méthodes – est tout ce qui reste. Et décrit en insistant sur les dimensions dramatiques ou sensationnelles.  C'est sans doute un bon  article pour susciter l'envie de savoir, ou pour amorcer un questionnement. Dans le contexte éducatif c'est peut-être un excellent article pour susciter l'envie de savoir, ou pour amorcer un questionnement, mais si c'est sur de tels articles que la culture scientifique des jeunes se construit, on peut être inquiet. Or certaines recherches suggèrent que les jeunes acquièrent plus de leur culture scientifique à travers les médias qu'à l'école... 

Ce que la presse a publié sur cette nouvelle

Chacun pourra se faire une idée de cette dégradation de l'information en lisant la sélection d'articles de presse suite à cette publication scientifique que le CISA a rassemblée.

• Tribune de Genève,August 11, 2009 Notre cerveau garde en mémoire l'émotion exprimée par un visage
• 11.08.2009: 20 Minutes, Genève : "Ennemis mémorisés"
• 11.08.2009: Le Courrier, Genève: "Le cerveau reconnaît implicitement les visages, surtout ennemis"
• 11.08.2009: Le Temps, "Le cerveau reconnaît les visages"
• 12.08.2009: La Côte: "Le cerveau humain garderait le souvenir des visages, surtout malveillants"
• 16.08.2009: La Matin Dimanche: "Visages Inoubliables"
• 28.08.2009: Tribune médicale "Le cerveau a une bonne mémoire des visages"

La dégradation de l'information dans le processus de vulgarisation

Cette transformation est classique, et a été étudiée par d'autres scientifiques. Dans un chapitre d'un ouvrage édité par W.Doise de l'université de Genève, et C. Garnier des chercheurs Lausannois Green, E. G. T., & Clémence, A. (2002) étudient comment une publication scientifique voit son contenu transformé par la vulgarisation.

"En circulant, la découverte scientifique est débarrassée progressivement d'un ensemble d'éléments caractéristiques de la pensée informative. Le vocabulaire expert, précis et abstrait, est remplacé par des expressions concrètes et connues. La description expérimentale est abandonnée au profit d'une focalisation sur les choses étranges et troublantes qui, après avoir été simplifiées, se transforment en affirmations générales. Les éléments de l'article initial sont simplifiés autour d'une idée ou d'une image centrale. Celle-ci [...] prend place dans un débat sur ses conséquences éventuelles et pousse les personnes à développer des points de vue pour donner une conclusion à une histoire incomplète."

Un exemple de percolation :  Les bases moléculaires de l'attachement chez les mammifères

Pour l'exemple étudié par Green, E. G. T., & Clémence, A. (2002).

• L'article fondateur dans Nature :
  
  • Young, L., Nilsen, R., Waymire, K., MacGregor, G., & Insel, T. (1999). Increased affiliative response to vasopressin in mice expressing the V1a receptor from a monogamous vole. Nature, 400(6746), 766-768.
  • Young, L. J. & Wang, Z. Nature Neurosci. 7, 1048 |1054 (2004). | Article
• Postel-Vinay, Olivier (2004). Le cerveau et l'amour La recherche Nov 04 | intranet.pdf
• Bursaux, E. (1999). Polygame par nature, la souris est devenue fidèle, grâce à un gène introduit par des chercheurs américains Le Monde. 21/08/99,
• Bio-tremplins du 20 avril 2009 L' amour, poésie ou molécules ?
• Peyrières, Carine, (2005) L'amour, cette étrange alchimie. Science et Vie junior 192 septembre 2005 .p 36 Dossier Extraits intranet : Amour Naissant, Accro , Largué

D'autres connexes

• Bartels A, Zeki S., (2000) The neural basis of romantic love. Neuroreport. 2000 Nov 27;11(17):3829-34. Intranet.pdf
• Bartels A, Zeki S., (2000)The neural correlates of maternal and romantic loveNeuroImageVol. 21(3), p. 1155-1166 (2004)
• Zeki, S. FEBS Lett. 581, 2575 2579 (2007). | Article | PubMed

Dégradation inéluctable ou niche éducative différente ?

Pour produire ces Bio-Tremplins je dois lire Nature et Science (oui, c'est une chance, mais c'est ~200 pages bien tassées toutes les semaines ou deux), et je vois comment la plupart du temps la publication d'origine se fait dans ce type de revues, puis est repris dans La Recherche et Science et Vie par exemple, pour arriver dans les journaux grand public. Quelques exemples de cette percolation sont disponibles ici. Faut-il en déduire que certaines revues seraient mauvaises et d'autres bonnes ? Je pense plutôt qu'on peut -en fonction de leur niveau de formulation- déterminer laquelle de ces revues est plus adaptées a un public scolaire déterminé ou a un type d'activité.  En particulier on peut distinguer des articles qui suscitent le questionnement, des articles qui permettent de trouver des réponses. Alors on distinguera dans chacune de ces revues différents types d'articles. Certaines News de Nature sont assez accrocheuses ( Abdulla, Sara. (1999). GM mouse makes a mastermind), alors que certains dossiers de Science & Vie sont bien étayés. (Tourbe, Caroline. (2009) Science et Vie IX09 p. 67 Extraits intranet.jpg). Ainsi l'adéquation du type d'article à l'activité des élèves est peut-être plus pertinente pour trier ces articles... Les articles pour susciter les questions, pour aider à définir un problème, pour donner de l'information scientifique, pour poser les questions et les enjeux éthiques...

Sources

• Green, E. G. T., &Clémence, A. (2002). De l'affiliation des souris de laboratoire au gène de la fidélité dans la vie : un exemple de transformation du savoir scientifique dans le sens commun. In C. Garnier & W. Doise (Eds.), Représentations sociales. Balisage du domaine d'études. Montréal: Éditions nouvelles, pp. 147 - 155, 2002. (pp. 147 - 155). extraits OCR intranet.pdf
• Vrtička, P., Andersson, F., Sander, D., & Vuilleumier, P. (2009). Memory for friends or foes: The social context of past encounters with faces modulates their subsequent neural traces in the brain. Social Neuroscience, 4(5), 384‑401. http://doi.org/10.1080/17470910902941793 |Intranet.pdf
• Tourbe, Caroline. (2009) Science et Vie IX09 p. 67 Extraits intranet.jpg

Formations continues pour la Biologie

Bernd Hatlanek nous transmet ce message. J'ajoute que si le délai est très proche , il y a peut-être encore des places mais il faut agit sans tarder

Chers collègues,

L'offre de FC est particulièrement riche cette année pour les biologistes.

Je vous suggère en particulier les formations suivantes :

- CO-00121 - Regards croisés sur la démarche scientifique. Quels apports disciplinaires de la biologie, de la physique et des mathématiques ?
Cette FC sera probablement l'événement de cette année pour les enseignants de sciences. Mise en place par les groupes de biologie et de physique avec la collaboration précieuse du Pr. J.L. Dorier de l'Unige (math). Nos intervenants sont les références absolues du moment. Pour la biologie nous avons la chance d'avoir M. Christian Orange.


- CO-00122 Comment enseigner le rapport scientifique ?
Cette formation propose de discuter du rapport scientifique sous toutes ses formes et de mettre en avant ce que l'élève apprend au final.
Nous avons une intervenante de qualité en la personne de Claudine Larcher.


- CO-00147 - Comment enseigner le système nerveux en 7ème (9e Harmos) ?
Il est question de préparer le terrain pour la mise en ouvre du PER avec Mme Schneeberger comme intervenante. L'aspect pédagogique sera mis en avant, une séquence d'apprentissage sera discutée.



- CO-00120 - Méthodes pratiques pour l'étude d'un écosystème de proximité.
Cette formation proposée par des biologistes de l'association la libellule à la demande du groupe de biologie


Le délai d'inscription est le 24 septembre sur le site de la FC:
https://prod.etat-ge.ch/formation/sc1120DisplayAction.do?offre=CO

Avec mes meilleures salutations

Bernd Hatlanek
Président du groupe de biologie
CO de l'Aubépine

Imagerie cérébrale : faut-il repenser l’humain émotionnel ?

Il l'aime : l'image le prouve ! ...Vraiment ?

Fig 1 : Cette image de l'activité de zones du cerveau serait la preuve que l'auteur de ce blog est amoureux ? Le blog ici associe directement l'activation de certaines zones et le désir, l'attachement et l'amour romantique. La force de conviction des images ne devrait pas se substituer à une discussion des conclusions.[img]Source : A.J. Jacobs (2009) Do I Love My Wife? An Investigative Report Esquire.com

Des images de l'activité de certaines zones du cerveau sont souvent affichées comme "preuve". Surtout dans la presse vulgarisée, mais certains mettent en garde contre la la force de conviction des images qui risque de se substituer à une mise en perspective des résultats permettant des mesurer la porté des conclusions.

• Check,Erika. (2005). Ethicists urge caution over emotive power of brain scans. Nature 435, 254-255 (19 May 2005) | doi:10.1038/435254a; | Extraits Intranet.pdf
• Bio-tremplins du 20 avril 2009 L' amour, poésie ou molécules ?

Connaitre la manière dont les résultats sont obtenus est une des caractéristiques d'une connaissance scientifique. Mais l'iRMF est un domaine encore nouveau pour beaucoup.
Une journée avec 4 spécialistes de haut niveau sera l'occasion d'en approfondir les techniques, mais aussi d'en mettre en perspective les conclusions.

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Formation continue pour les maîtres de biologie, de philosophie et tous les autres !

Imagerie cérébrale : faut-il repenser l'humain émotionnel ?

Vendredi 4 février 2011 salle MS 160 Unimail

avec 4 experts de haut niveau :
François Ansermet, Julien Deonna, Didier Grandjean et Patrik Vuilleumier

Description des techniques d'IRM fonctionnelle, discussion de leurs limites à l'aide d'exemples dans le domaine des émotions, de la prise de décision, de la reconnaissance faciale et vocale et de l'attachement.
- Regard psychanalytique sur le rapport corps/esprit dans les émotions.
- Neurobiologie : le point de vue biologique sur les exemples cités.
- Eclairage philosophique : le rapport du corps et de l'esprit.
- Débat et confrontations de points de vue.

Inscription ici PO-10401 (pour les non-enseignants genevois contacter E. Scheidegger ici)

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De nouvelles techniques donnent de nouvelles réponses à des questions fondamentales

La neuroimagerie et notamment l'IRMf (cf Bio-Tremplins du 27 février 2008 Voir les pensées dans le cerveau ?) a ouvert des possibilités d'explorer le cerveau en pleine action : mais l'explosion du nombre des résultats publiés rend difficile de se faire une idée claire de ce qu'on sait vraiment. Et distinguer des extrapolations journalistiques !

De nombreux résultats suggèrent qu'on serait en train de trouver les bases neurologiques de comportements fondamentaux de l'humain comme la morale (Greene, J. D., (2001).Ici ), l'empathie (Singer, T., et al. (2004) ici), ou d'autres sentiments L'agressivité des ados visualisée dans le cerveau ?(Bio-Tremplins du 5 mars 2008) , voire de pénétrer l'intimité de la pensée individuelle (cf Bio-tremplins du 14 mars 2009 lire dans nos pensées ?)

La presse en regorge : par exemple

• Science et Vie mars 09 a titré " La science sait lire dans les pensées" Extraits intranet.jpg
• L'altruisme humain décrypté au fond du cerveau (Le Figaro) (intranet.pdf)
• David Servan-Schreiber, (2007) La douleur de l'autre est en nous Tiré du site Psychologies.com le 3 déc. 07 (intranet.pdf)
• Le journal Pulsations des HUG : La conquête du cerveau s'accélère. [img] (mars 2010)
• Nombreux autres ici

Un éclairage très différent selon les disciplines

D'un autre côté l'idée que l'esprit se réduirait à l'activité du cerveau (l'esprit serait la manifestation des fonctionnements des neurones et du cerveau) n'est pas démontrée. Les philosophes parlent de monisme par opposition au dualisme dans lequel l'esprit ne se réduit pas à ce qui se passe dans le cerveau. On voit bien que la manière d'aborder cette question est très différente pour un biologiste, un philosophe, un psychologue ou un psychiatre.

Ces quatre spécialistes renommés ont accepté de confronter leurs visions sur la question du corps et de l'esprit et de confronter leurs éclairages croisés sur ce que sont dans leur domaine les émotions. Un Psychiatre :

• Prof. François Ansermet, pédopsychiatre, Faculté de Médecine, a exploré avec Pierre Magistretti les liens entre neurosciences et psychanalyses, dans un ouvrage qui a pour titre "Les énigmes du plaisir" à paraître aux Editions Odile Jacob. Ainsi que "À chacun son cerveau : plasticité neuronale et inconscient," [img] aux Editions Odile Jacob

Un neuropsychologue, un philosophe et un neurologue du Centre Interfacultaire en Sciences Affectives CISA :

• Prof. Didier Grandjean, professeur en neuropsychologie et neurosciences affectives, Faculté de Psychologie et Sciences de l'Education et Centre Interfacultaire en Sciences Affectives,
• Prof. Julien Deonna, professeur en philosophie, Centre Interfacultaire en Sciences Affectives,
• Prof. Patrik Vuilleumier, neurologue, Faculté de médecine et Centre interfacultaire de neurosciences, Université de Genève.

A la croisée de la Neurobiologie ...

Juste pour vous faire envie, parmi les très nombreux articles du CISA, citons d'abord un article sur la mémoire des émotions faciales. Nous y reviendrons dans une Bio-Tremplins prochaine.

• Vrtika, Pascal, Andersson, Frédéric, Sander, David and Vuilleumier, Patrik (2009) 'Memory for friends or foes: The social context of past encounters with faces modulates their subsequent neural traces in the brain', Social Neuroscience, 4:5, 384 - 401, First published on: 27 July 2009 (iFirst) |

Et de la psychologie expérimentale...

La psychologie est à l'université de Genève principalement une discipline expérimentale que les biologistes verraient assez facilement comme de l'éthologie humaine. L'objectif est de comprendre le fonctionnement de l'esprit humain, pas directement de soigner. Dans un autre article du CISA avec Grandjean et Vuilleumier (publié sur PLOSone et donc gratuit et librement accessible ici), Vrticka. et al. (2008) étudient avec un dispositif similaire comment le style d'attachement (secure, avoidant, anxious) est lié à l'activation de différentes zones cérébrales. Ils démontrent des liens entre des dimensions psychosociales de l'attachement chez les adultes et des fonctionnements de l'encéphale. En extrapolant et pour provoquer, on pourrait dire que la manière d'aimer et d'avoir besoin d 'affection se manifesterait par l'activation différente de l'amygdale et du striatum. C'est sûr que cette manière de voir la révélée à d'autres les profondeur de notre intimité par un appareil d'IRMf peut faire réagir. Le besoin d'affection et d'amour se réduit-il à des zones qui s'activent ? Les quatre spécialistes ne seront pas du même avis sur des questions comme celle-là, je pense ! Et je me réjouis d'entendre les débats.

Et aussi de la psychologie clinique et de la philosophie...

Je préfère m'abstenir d'essayer de résumer sérieusement les positions dans des domaines que je connais moins... mais je vais tenter de vous donner envie de les connaitre ! La psychologie clinique (le "psy-divan" pour faire court et provocant) aborde ces questions dans un cadre théorique où Freud et Jung ont leur place et où l'objectif est de soigner. La gestion des émotions et naturellement au coeur des approches thérapeutiques mais on parle moins de molécules et de zones activées, ... on intervient plutôt par l'interaction entre le thérapeute et le patient. Le Pr. Ansermet présentera un éclairage de la question qui risque d'étonner les biologistes, mais qui révèlera des dimensions de la question qui passionneront et pourraient inciter à repenser certaines certitudes. Le philosophe Prof. Julien Deonna, montrera comment on a abordé à travers les âges les émotions et le rapport du corps et de l'esprit et ce que ces différentes approches disent sur la pensée de ces époques. Et aussi a mettre en perspective la vision propre à chaque discipline comme un regard possible parmi d'autres. Ceux qui veulent garder leurs positions bien claires et carrées s'abstiendront : ça risque de décoiffer !

D'autres liens sur la neuroimagerie

• Purves, Dale. et al.,(2006). Neuroscience, Sinauer Associates, Inc.; c2001
• Dubuc, Bruno.(2008), Le cerveau à tous les niveaux. Mc Gill

• Qu'est-ce que l'IRM ? LeCerveau @ McGill
• Une sélection de liens neuroimagerie neurosciences

Sources

• A. Bartels et S. Zeki, Neuro-Image, 21, 1155, 2004.
• Check,Erika. (2005). Ethicists urge caution over emotive power of brain scans. Nature 435, 254-255 (19 May 2005) | doi:10.1038/435254a;
• Green, E. G. T., & Clémence, A. (2002). De l'affiliation des souris de laboratoire au gène de la fidélité dans la vie : un exemple de transformation du savoir scientifique dans le sens commun. In C. Garnier & W. Doise (Eds.), Représentations sociales. Balisage du domaine d'études. Montréal: Éditions nouvelles, pp. 147 - 155, 2002. (pp. 147 - 155).
• Singer, T., Seymour, B., O'Doherty, J., Kaube, H., Dolan, R. J., & Frith, C. D. (2004). Empathy for Pain Involves the Affective but not Sensory Components of Pain. Science, 303(5661), 1157-1162.
• Vrtika, Pascal, Andersson, Frédéric, Sander, David and Vuilleumier, Patrik (2009) 'Memory for friends or foes: The social context of past encounters with faces modulates their subsequent neural traces in the brain', Social Neuroscience, 4:5, 384 - 401, First published on: 27 July 2009 (iFirst) |Intranet.pdf
• Vrticka, P., Andersson, F. d. r., Grandjean, D., Sander, D., & Vuilleumier, P. (2008). Individual Attachment Style Modulates Human Amygdala and Striatum Activation during Social Appraisal. PLoS ONE, 3(8), e2868.

Les temps de la vie, regards d'un biologiste sur l'être et le temps - 21 septembre 2010

Le temps d'une conférence...

Cette conférence d'ouverture du semestre est ouverte et sera certainement passionnante : on sait le talent d'orateur de Denis Duboule et sa capacité à voir les problèmes de manière plus large et sous des éclairages originaux : à coup sûr on ressortira de cette conférence avec le cerveau pétillant de bulles de savoir qui picotent agréablement certaines idées reçues et révèlent de nouvelles questions.

"Sa grande qualité était l'aptitude à goûter l'étrangeté qui marque l'esprit des véritables chercheurs." MORRIS, Desmond, 1980, La fête Zoologique, Calmann-Lévy

Fig 1 : Les temps de la vie conférence de D. Duboule le 21 septembre . [img]

Les temps de la vie, regards d'un biologiste sur l'être et le temps - 21 septembre 2010

A l’occasion de sa leçon d’ouverture du semestre d’automne, l’UNIGE vous invite à la conférence de

Denis Duboule,
Professeur de zoologie et biologie animale à l’UNIGE et l’EPFL et Directeur du Pôle de recherche national Frontiers in Genetics

Mardi 21 septembre 2010 à 18h30 Uni Dufour - U600 24 rue Général-Dufour

Entrée libre

Le temps est une notion complexe, quelque soit le contexte dans lequel on la considère. Alors que certaines disciplines l’ont pleinement intégrée dans leur réalité, telle la physique, d’autres nient son existence même. Les sciences de la vie, quant à elles, ne peuvent se concevoir que dans la temporalité, car la vie elle-même n’a de sens que dans le déploiement du temps. Mais de quel temps parlons-nous? Le temps d’une réaction chimique, d’une grossesse ou de la formation d’une espèce? Et comment ces nombreux référentiels récursifs ou linéaires, de la milliseconde au million d’années, s’imbriquent-ils les uns dans les autres pour construire notre histoire personnelle et collective?

Pourquoi les lucioles clignotent à l'unisson

Les mâles brillent pour allumer les femelles...

Plusieurs lucioles (Coleoptera : Lampyridea) attirent les femelles en clignotant à une fréquence différente pour chaque espèce. Les femelles répondent en clignotant de leur manière à elles, ce qui permet la rencontre et la reproduction. On a observé chez certaines espèces que de très nombreux individus se synchronisent ; parfois dans une forêt entière, produisant une sorte d'effet "guirlande de noël" saisissant. La raison de cette synchronie n'était pas bien établie. Une étude récente parue dans Science révèle que ce serait afin de faciliter la détection par les femelles.

• 
  Fig 1 : Les lucioles émettent de la lumière par le dessous de leur abdomen. [img] Source : Firelfly-pictures ici

Un peu de recul pour comprendre l'expérience ... On peut noter que cette expérience s'inscrit -et prend du sens - dans certaines hypothèses : notamment que c'est principalement la fréquence du clignotement qui est le stimulus-signal, (la composante utile pour déclencher ce comportement) de réponse lumineuse chez la femelle. Et que cet échange fait partie du comportement de cour.

Le comportement reproducteur des lucioles

Selon Discover Life in America (DLIA) , dès la tombée de la nuit, les femelles Photinus carolinus attendent sur le sol que des mâles qui passent émettent leur signal clignotant (une salve de 5-8 éclairs suivis d'une phase obscure de 5-8 secondes). Elles répondent durant ce "silence" visuel avec leur signal clignotant spécifique. Alors le mâle trouve la femelle et se reproduit avec. Les motifs de ces clignotements sont spécifiques : pour chaque espèce la succession d'éclairs et le délai entre les salves est différent. La figure 3 montre les motifs temporels des mâles de 6 espèces différentes.
Fig 3 : Motifs de clignotements spécifiques de plusieurs espèce de lucioles ; la succession d'éclairs et le délai entre les salves est spécifique. [img] Source : Discover Life in America ici

Pourquoi cet échange stéréotypé de clignotements ?

Il me semble qu'on peut considérer cet échange spécifique de clignotements du mâle puis de la femelle comme un comportement stéréotypé, équivalent à celui de l'épinoche (intranet.jpg). Il aurait alors comme effet de sélectionner pour l'accouplement des individus de la bonne espèce, du bon sexe, et prêts à la reproduction. Cependant, selon (Milne and Milne, 1980) dans l'excellent article sur ADW des prédateurs interceptent et exploitent cette communication; les femelles d'une autre espèce de luciole Photuris pyralis imitent le signal de Photinus pyralis et attirent ainsi les mâles (pas de commentaires féministes merci) qui sont dévorés. Ou plus exactement la prédatrice injecte un poison qui paralyse et liquéfie la proie, dont le contenu est ensuite aspiré. Bon appétit !

Pourquoi les mâles allument plus... ?

On peut noter que les mâles assument une plus grande part du risque en étant plus visible, comme chez les oiseaux avec leur chant par exemple. On a souvent expliqué cette différence par l'asymétrie de l'investissement dans la reproduction : comme les spermatozoïdes sont plus petits que les ovules, ce sont les mâles qui prennent plus de risques produisent plus de descendants, alors que les femelles plus prudentes ont plus de descendants.

"La sélection intrasexuelle désigne la sélection qui a lieu entre des individus de même sexe. Elle passe par la concurrence directe pour gagner les faveurs d 'un partenaire de sexe opposé. La sélection intrasexuelle est généralement plus évidente chez les mâles, car pour le mâle, le succès de la reproduction dépend beaucoup plus de la capacité de se trouver une partenaire que de produire les cellules nécessaires à cette fonction (alors que ce sera l'inverse pour la femelle)." Campbell, N. A., et al. (2004).

Ainsi les lucioles actuelles sont les descendantes des mâles qui ont bien clignoté le rythme qui convenait pour attirer l'attention des femelles... et de celles qui ont choisi un mâle et clignoté discrètement mais de manière adéquate leur assentiment. (Pas de commentaires macho' ou féministes merci).

Plus d'infos sur ces lucioles ?

• De très belles images de lucioles et de leurs trajets sur le site Firefly-pictures.com
• Très riche en information (ce qu'elles mangent, leur durée de vie, etc.) : Photinus @ ADW Animal Diversity Web
• Explications sur les rythmes de clignotement Discover Life in America and the Great Smoky Mountains National Park's : DLIA

Comment ont-ils mesuré le stimulus qui déclenche le clignotement de la femelle?

La raison de ce clignotement synchrone en masse à suscité de nombreuses hypothèse, mais la recherche de Moiseff, A. et al. (2010) apporte des éléments de réponse basés sur des données rigoureuses et discutées de manière critique et prudente. On appelle ça de la science… Pour explorer comment les femelles répondaient à divers stimuli de fréquence et de position, Moiseff, A. et al. (2010) ont placé des femelles de luciole Nord américaine (Photinus carolinus) dans un environnement avec des mâles artificiels (des diodes lumineuses LED) qui clignotaient de manière plus ou moins synchrone.

Fig 2 : Des leurres de mâles artificiels constitués d 'une diode lumineuse (LED) ont permis d'explorer les réactions des femelles. [img] Source : Andrew Moiseff in Scientific American ici

Elles ont répondu à 82% des "mâles" artificiels synchrones et 3% seulement des mâles désynchronisés. Cf. figure 4.

Fig 4 : Taux de réponses (F) des femelles à divers degrés de synchronisation (A-D) des mâles artificiels. (E) Motif normal de clignotement du mâle Photinus carolinus . [img] Source : Moiseff, Andrew, et al. (2010). Figure complète et légende ici

Il apparaît clairement que les femelles réagissent plus a un mâle qui clignote à l'unisson avec les autres qu'à un mâle qui clignote dans le "bruit " visuel de lucioles non coordonnées, même si chacun produit bien le rythme propre à l'espèce.

Qu'est-ce qui a bien pu favoriser les mâles qui clignotent à l'unisson ?

Ils notent que comme les lucioles mâles volent, la détection de la fréquence du clignotement d'un individu parmi d'autres implique de suivre cet individu dans ses déplacements tout en mesurant les temps d'extinction et d'allumage. Dans un environnement visuel chargé, ils pensent que cette tâche est peut-être trop difficile pour les femelles, (pas de commentaires macho' merci) qui ne détecteraient pas certains clignotements hors de la région observée. Un peu comme si nous essayions de suivre une balle clignotante la nuit dans une rue garnie d'enseignes lumineuses clignotantes. Ou comme si on essayait de faire du tennis dans une disco avec un éclairage stroboscopique. Les auteurs relèvent qu'on ne peut pas exclure une autre hypothèse : les femelles préfèreraient simplement les stimuli synchrones. Difficile de trancher. En science il ne suffit pas de montrer que le modèle proposé est compatible avec les données, il faut encore montrer que les autres explications envisageables ne sont pas étayées par les données. Ou pas aussi bien. " Future experiments will be required to differentiate between these alternatives. However, behavioral considerations lead us to favor the pattern recognition interpretation." Prudente conclusion...

Se noyer dans la masse pour mieux être repéré ?

Ainsi de manière paradoxale, pour être mieux repéré chaque mâle a intérêt à clignoter en même temps que les autres. Peut-être que le conformisme vestimentaire des jeunes est aussi une manière indirecte de se mettre en valeur et d'attirer l'attention de l'autre dans la surabondance de stimuli auxquels ils sont confrontés ?

Sources

• Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2004). Biologie: De Boeck.
• DLIA : Discover Life in America and the Great Smoky Mountains National Park's
• Moiseff, Andrew, Copeland, Jonathan. (2010). Firefly Synchrony: A Behavioral Strategy to Minimize Visual Clutter. Science 9 July 2010: Vol. 329. no. 5988, p. 181 |DOI: 10.1126/science.1190421 | Supporting Online Material
• Milne, L., M. Milne. 1980. The Audobon Society Field Guide to North American Insects and Spiders. New York: Chanticleir Press.
• McKenzie, J.(2001). "Photinus pyralis" (On-line), Animal Diversity Web. Accessed August 28, 2010 at http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Photinus_pyralis.html.

Danser la science ?

Une science pour les garçons et les filles ?

Un éclairage moins sérieux de la science pourrait peut-être aider celles et ceux qui sont plus attirés par les dimensions artistiques et expressives à développer une image de la science plus positive. ... et peut-être à dépasser l'idée que pour faire de la science il faudrait être comme le professeur tournesol ou Einstein. Bien peu de jeunes s'identifient à cette image-là. Alors que la désaffectation des sciences inquiète, trouver des moyens nouveaux de la faire aimer et peut-être d'attirer plus de jeunes vers les études de science est un enjeu important. Montrer des scientifiques jeunes, artistiques, créatifs – et pas seulement masculins – peut aider les filles à réaliser leur potentiel scientifique. Or le potentiel de croissance le plus fort est chez les filles qui réussissent bien en sciences mais ont plus de difficulté à s'imaginer dans ces études. Une initiative dans ce sens est peut-être ce concours de danse pour communiquer son doctorat organisé par Gonzolabs.

Fig 1 :Gonzolabs : un lieu virtuel ou l'art et la sciencese rencontrent. [img]Source : Gonzoscientist

Gonzolabs : un lieu virtuel ou l'art et la science se rencontrent.

Une nouvelle dans la très sérieuse revue Science invite chacun-e a danser son doctorat

• Bohannon , John. (2010). The Gonzo Scientist Calling All Dancing Scientists! Science 4 June 2010: Vol. 328. no. 5983, p. 1226 DOI: 10.1126/science.328.5983.1226-b

Dernier délai pour soumettre : 1 September 2010

Les Vidéos de l'année écoulée :

Dans la catégorie BIOLOGIE, Betsy Swanner danse son Doctorat, “A metabolically-versatile bacterium thrives in granitic rock of the deep subsurface.”

Fig 2 : Betsy Swanner danse son doctorat “A metabolically-versatile bacterium thrives in granitic rock of the deep subsurface.”. [img]Source : GonzolabBetsy Swanner explique ici sa danse (anglais).

Tous ceux qui ont pris part au concours "Dance Your Ph.D." savent que le corps humain est un excellent moyen pour communiquer la science—peut-être pas aussi riche en données qu'un article peer-reviewed (dans une revue à comté de lecture) mais bien plus stimulant. C'est le moment de danser conclut l'article.

* * *

Science presents . . .

The 2010 "Dance Your Ph.D." Contest

Taking science to the dance and back again www.gonzolabs.org/dance

Taking part is easy:

1. Make a video of your own Ph.D. dance.
2. Post the video on Vimeo.com.
3. Follow the directions for contest entry at www.gonzolabs.org/dance.

Ph.D. dances will be divided by scientific field: Physics, Chemistry, Biology, and Social Sciences. An independent panel of judges—made up of artists and scientists—will choose finalists in each category. The finalists will have their Ph.D. dance videos screened at the Imagine Science Film Festival in New York City (15–24 October).

At the festival, the winners will be chosen. A cash prize goes to the best Ph.D. dance in each of four categories: PHYSICS: $500 CHEMISTRY: $500 BIOLOGY: $500 SOCIAL SCIENCES: $500

Finally, the best Ph.D. dance in each scientific category will compete for the final prize: BEST PH.D. DANCE OF ALL: $500

This will answer the question, Which kind of scientists make the best dancers?

See you in New York!

—The Gonzo Scientist

Sources

• Bohannon, John. (2010). The Gonzo Scientist Calling All Dancing Scientists! Science 4 June 2010: Vol. 328. no. 5983, p. 1226 DOI: 10.1126/science.328.5983.1226-b

Le bec du Toucan : un super-climatiseur ?

Pourquoi le bec du toucan est-il si grand ?

Le toucan est équipé d'un bec qui fait le tiers de sa longueur et il pourrait bien renvoyer à Cyrano de Bergerac sa tirade : " c'est un peu court, jeune homme !" Or les raisons de sa taille énorme ont interpellé les esprits curieux depuis fort longtemps : Darwin supposait que c'était un ornement destiné à attirer les femelles. “toucans may owe the enormous size of their beaks to sexual selection, for the sake of displaying the diversified and vivid stripes of colour with which these organs are ornamented.” Darwin, C. (1871). On a évoqué aussi la cueillette de fruits. Mais il s'agissait d'hypothèses : on n'avait pas de données pour étayer ces explications. Une nouvelle dans la revue Science (Price, Michael. 2009. A Bird With a Big Air-Conditioning Bill) décrit une expérience qui apporte des éléments de réponse solidement étayés.

Tattersall, G. J. et al. (2009) ont pu mesurer par infrarouge comment la température du bec variait avec l'activité du Toucan Ramphastos toco : Ils ont observé que le bec se réchauffe (par endroits presque 40°C) juste avant que les oiseaux s'endorment, dissipant ainsi la chaleur et expliquant la baisse de température de l'animal lors de son sommeil. (Cf. Fig 1 et vidéo iciMovie s1). Ils ont aussi mesuré un animal qui volait et observé la température de l'animal monter de 6°C : le besoin de refroidissement est important.

Fig 1 : Le bec du Toucan dissipe efficacement la chaleur . L'image infrarouge à droite révèle des points chauds en orange-blanc (environ 40°C) où le toucan évacue de la chaleur. [img]Source Glenn Tattersall.

Pourquoi le bec ?

Fig 2 : Le bec du toucan est richement vascularisé : observer les vaisseaux que la transparence rend plus visibles. B :Coupe sagittale : L'os est très léger. C: La taille du bec grandit plus vite que le reste du corps ("scales with positive allometry"). [img] Source: Glenn Tattersall. Figure complète avec légende

Les oiseaux ne transpirent pas. Ni les éléphants, d'ailleurs. Les deux vivent dans des climats chauds et perdent peu de chaleur par leur corps (pour des raisons fort différentes -plumes ou surface corporelle relative cf. intranet ). C'est sans doute pourquoi chez ces espèces les individus qui ont reçu des extrémités disproportionnées ont eu plus de descendants et les actuels sont issus de ces rares individus déformés plutôt que des autres qui auraient pu paraitre plus harmonieux... Chez les éléphants la dissipation se fait par les oreilles (Cf. Fig 3), mais chez les toucans le bec - il ne fait qu'un vingtième du poids mais 30 à 50% de la surface du corps - parvient à dissiper quatre fois la production de chaleur de l'animal au repos : c'est aussi quatre fois plus efficace que les oreilles de l'éléphant.

Fig 3 : On explique souvent les oreilles des éléphants par la nécessité de dissiper ou d'économiser la chaleur. Elephant d'Afrique à G et d'Inde à Dr [img]Source :Taronga.org

Et en français ?

• Etienne, V.( 2009). C'est grâce à son bec que le toucan régule sa température. Science et Vie Septembre 2009 p. 18 extraits intranet.pdf

Le bec n'est-il pas lié au régime alimentaire ?

Certains objecteront comme Gary Ritchison, ornithologue à l'Eastern Kentucky University à Richmond, que cette étude démontre effectivement que les toucans utilisent leurs becs pour la thermorégulation, mais que cela ne prouve pas que ce soit le seul facteur qui explique son étonnante taille. Il y a tant d'autres facteurs comme la défense le régime alimentaire etc.

Tattersall acquiesce mais précise que désormais il faudra aussi prendre en compte la thermorégulation pour discuter l'évolution des becs. C'est un facteur parmi d'autres.

Comment mettre en perspective ?

On peut relever que justement pour bien comprendre cette information il est important de la mettre en perspective : Oui la thermorégulation est un facteur important de la forme du bec et comme cette information est nouvelle, c'est normal que les auteurs la mettent au premier plan, mais cela ne remplace pas tout ce qui a pu être dit sur le lien entre la forme du bec et le régime, cela complète et nuance. Chaque prof. de biologie saura le faire, mais ...qui apprendra aux élèves à recevoir avec du recul ce type d'information diffusée dans un journal gratuit, ou à la télé, et avec un ton tellement plus accrocheur et des images splendides, ... Comment l'élève saura-t-il ou elle intégrer cette nouvelle information à ce qu'on lui dit à l'école ? Si on ne l'aide pas à lier ce qui est dit en classe de biologie et dans les médias, ne risque-t-il ou elle pas de retenir ce que les médias sensationnalistes communiquent plutôt que les informations un peu sèches de certains livres ? Et au final de disqualifier l'école comme source d'information scientifique ?

De plus grands becs dans les climats chauds ?

Plus récemment, une équipe menée par Matt Symonds de l'Université de Melbourne en Australie, avec le même Tattersall a comparé 214 espèces d'oiseaux de différents points du globe pour voir si la taille de leurs becs variait avec le régime de température de leur habitat.

Les auteurs sont partis des résultats précédents en imagerie thermique montrant que de nombreux oiseaux dissipent de la chaleur par le bec (Cf. Fig. 4).
Fig 4 : Images infrarouge de divers oiseaux . On voit combien le bec dissipe souvent bien la chaleur [img]Source :Symonds, Matthews, R. E. Tattersall, Glenn J. et al. (2010)

Ils ont trouvé chez tous ces groupes, sauf les pinsons (Estrildidae), un fort lien entre la taille du bec et la latitude, l'altitude ou la température minimale (Cf. Fig 5). Mais pas de corrélation avec la longueur des pattes. Cela suggère pour les auteurs que le bec est une plus importante source de dissipation thermique que les pattes, et que la nécessité de réguler la température a été un facteur important de l'évolution des becs.

Fig 5 : Le log de la longueur du bec corrèle bien avec la latitude (A), l'Altitude (B), et la température minimale (C). [img] Source : Source :Symonds, Matthews, R. E. Tattersall, Glenn J. et al. (2010) Extraits-Intranet.pdf

Symonds et al. fournissent donc des preuves robustes que les oiseaux des zones froides (en latitude ou en altitude) ont en général des becs plus petits relativement à leur corps. Comme par exemple les manchots (cf fig 6). Fig 6 : Le bec des manchots est relativement petit :Aptenodytes forsteri [img] Source : Naked scientist 27th Jun 2010 © Dbush @ Wikipedia

Les auteurs pensent que la chaleur favorise les grands becs pour la dissipation de chaleur, mais qu'il est plus probable que le froid limite la taille des becs. En effet un grand bec qui dissipe la chaleur serait un trop gros problème dans le froid quels que puissent être les avantages comme la communication ou l'attirance pour les partenaires, mais la chaleur permet à de nombreux autres paramètres de se manifester.

La loi d'Allen ressuscitée ?

La règle d'Allen (wikipedia) qui datait de 1877 prédit que les homéothermes des zones froides du globe évoluent vers des extrémités plus petites (oreilles, pattes, queues) que dans les climats chauds. Alors qu'on en trouve la trace -souvent sans mention explicite d'Allen – dans de nombreux ouvrages scolaires excellents cette loi était considérée par la plupart des chercheurs comme obsolète ((Scholander 1956) described the rule has having been “demolished”), mais les auteurs se font un plaisir de la remettre à l'honneur : c'est la première étude bien étayée qui la soutient.
Fig 7 : la loi de Allen prédit que les extrémités des animaux à sang chaud sont plus petites dans les climats froids. [img-intranet]Source: Fischesser, B., et al. (1996).

Ceux qui veulent une science des certitudes simples à apprendre seront perturbés. Mais pas beaucoup, car les livres scolaires n'avaient pas vraiment abandonné Allen... Ceux qui apprécient que la science remette en question ses théories lorsque de nouvelles données apparaissent et voient la science comme un débat permanent seront contents de la voir vivre.

" Les savoirs enseignés ne produisent plus des connaissances vivantes dans les publics scolaires conviés à révérer les œuvres – mathématiques ou autres – que l’enseignement prodigué leur impose de « connaître ». Ainsi, par exemple, on ne saura pas comment faire pour tracer une figure « trois fois plus petite » qu’une figure donnée […]. Mais on sera supposé connaître en détail les propriétés de l’homothétie ! Savoirs monumentaux insistants, connaissances effectives évanescentes... Chevallard, Y. (2004)

Un monument de l'enseignement ?

Le temps seul dira si la loi de Allen renait ou restera un de ces savoirs scolaires ayant perdu contact avec la recherche (La "dégénérescence monumentaliste" de Chevallard) et qui n'existent que dans le monde de l'école, ou seulement comme un signe de reconnaissance des "instruits". Il cite le triangle de Pythagore, j'ajouterais aussi le "donneur universel" dans les groupes sanguins : très prisé dans les conversations, mais qui ne correspond pas à la pratique de transfusion en temps normal. (J'attends avec impatience vos réactions...)

De nouvelles données pour faire de la science en classe ?

Je ne sous-entends pas qu'il faudrait cesser d'enseigner ces exemples, mais suggère que les données récentes de Symonds, et al. permettent aux élèves –guidés activement par leurs enseignant-es – de construire un savoir scientifique qui s'appuie sur des données expérimentales pour élaborer une justification étayée : savoir décider scientifiquement ce qu'on accepte comme vrai. C'est une possibilité nouvelle qui nous est donnée de leur faire pratiquer la science. Chacun selon ses méthodes et son public. Par exemple de faire confronter par les élèves ces résultats récents aux ouvrages et documents scolaires, comme l'avait fait une enseignante qui a découvert que l'expérience des "4 goût sur la langue " ne correspond plus à ce qu'on sait ("Mettre les élèves dans le rôle de l'expert critique pour leur apprendre à trier ?" Bio-Tremplin du 6 janvier 2009). Elle dit qu'ils ont adoré être dans le rôle des experts, et ont pu développer un esprit critique constructif. L'autorité de la discipline biologie et de l'enseignante n'ont pas été compromis, mais renforcés.

Sources

• Chevallard, Y. (2004). La place des mathématiques vivantes dans l’éducation secondaire : transposition didactique des mathématiques et nouvelle épistémologie scolaire Paper presented at the 3e Université d’été Animath 22-27 août 2004 Saint-Flour (Cantal).
• Darwin, C. (1871).The Descent of Man: And Selection in relation to Sex, John Murray, London, 1871, Volume II, 1st edition, 1871, p. 227. (Accessed via: The Complete Work of Charles Darwin Online, <darwin-online.org.uk>).
• Etienne, V.( 2009). C'est grâce à son bec que le toucan régule sa température. Science et Vie Septembre 2009 p. 18 extraits intranet.pdf
• Fischesser, B., Dupuis-Tate, M. F., Moyne, M. L., & Sardat, N. (1996). Le guide illustré de l'écologie: Ed. de la Martinière: Cemagref Ed.
• Price, Michael (2009) A Bird With a Big Air-Conditioning Bill ScienceNOW Daily News 23 July 2009
• Pontzen, Andrew, Scales, Helen, SmithChris. (2010). Smaller beaks for colder climates. Naked scientist 27th Jun 2010
• Scholander, P. F. 1955. Evolution of climatic adaptation in homeo- therms. Evolution 9:15–26.
• Symonds, Matthews, R. E. Tattersall, Glenn J. et al. (2010). Geographical Variation in Bill Size across Bird Species Provides Evidence for Allen’s Rule. American Naturalist. Vol 176 (PDF) | Extraits-Intranet.pdf
  DOI: 10.1086/653666
• Valsler, Ben. O'Carroll, Diana. (2010).The secret of the Toucan's beak Naked scientist 24th July 2009

Bonheur et nuit de la science samedi 10 et dimanche 11 juillet

Les vacances approchent ou sont là ... et chacun espère être heureux lors de vacances. C'est presque un devoir... :-) Dans l'émission de la BBC "The naked scientists", une équipe de chercheurs de Cambridge, joyeusement irrévérencieuse, met en scène une science qui marie avec bonheur le curieux, le sérieux, et le joyeux. Une de leurs publications électroniques récentes parle de la science du bonheur.

Don't Worry, be Happy!

C'est le titre d'un de leurs articles qu'on peut Podcaster, ou lire ici

• Naked Scientists Podcast

Douglas Richards y développe l'idée que le bonheur n'est pas fait d'argent ou de farniente, même devant une télé grand écran ou sur une plage, mais d'une implication mentale et physique intense dans une activité exigeante et motivante. Csikszentmihalyi parle de "flow" pour décrire cet état.

" the best moments usually occur when a person’s body or mind is stretched to its limits in a voluntary effort to accomplish something difficult and worthwhile.” Mihaly Csikszentmihalyi

Fig 1 : Pour Douglas Richards, le bonheur n'est pas passif, mais actif, choisi et stimulant. [img]Source : The naked scientist En somme, apprendre la science pourrait être une forme de "flow" dans un monde idéal...

De la science du bonheur au bonheur de la science

Evidemment je rêve un peu ! Et pourtant ... on devrait bien pouvoir trouver des moments où les élèves sont fascinés par la science, ... non ? L'importance de changer l'image austère et abstraite de la science à l'école est claire (Venturini, P. 2007). Montrer que les sciences peuvent être passionnantes était le thème des rencontres 2010 Sciences : Au défi de passionner les jeunes avec notamment la conférence de Hervé This

• Fichiers pdf des présentations,

La discussion a montré que sans tomber un enthousiasme excessif pour des miracles qui ne résisteraient pas à la confrontation en classe, il vaut la peine d'explorer des initiatives destinées à rapprocher les élèves de la science qui se fait, qui vit, qui bouge et de ses acteurs : visites de chercheurs en classe, visites d'élèves dans des labos de recherche , accès à des données authentiques, discussion sur des expériences avec des enseignants et des chercheurs, etc.

Il y a des démarches pour les enseignants comme ces Bio-Tremplins, BioUtils, Expériment@l, etc, Il y a aussi des démarches pour les élèves : les goûters des sciences, la Science Appelle les Jeunes, et notamment la fameuse "Nuit de la science"... qui dure deux jours et une nuit ... avec de nombreuses occasions de s'émerveiller de se passionner et peut-être d'atteindre le flow ?

Quelques exemples des stands "Nuit de la science"

• perception des émotions
• existe-t-il une limite à la mémoire humaine ?
• aux limites de la conscience : la prosopagnosie
• palme d’or des records végétaux
• sportifs de l’extrême
• insectes : une biodiversité extrême
• les champignons : un monde de records
• des protéines de l’extrême
• sportifs de l’extrême
• conditions de vie extrêmes et limites de l’adaptation
• la biodiversité sans limite grâce à l’évolution
• ... et bien d'autres ! plus 55 ! voir plus bas...

Sources

• Czikszentmihalyi, M. (1996). Flow: The psychology of optimal experience. Praha: LidovÈ Noviny.
• Richards, Douglas, E. (2010) Don't Worry, be Happy! The Science of Happiness The naked scientist, BBC, Mars 2010
• Venturini, P. (2007). L’envie d’apprendre les sciences : motivation, attitudes,rapport aux savoirs. Paris: Fabert.

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Nuit de la science aura lieu les samedi 10 et dimanche 11 juillet 2010

"Extrêmes & Limites"

Des stands de science, des ateliers pour les enfants, des mini-conférences, des reconstitutions d'expériences historiques, du théâtre scientifique… Il y en a pour tous les goûts, pour toutes les curiosités.

programme à l'adresse suivante ou dans le supplément de la Tribune de Genève du mercredi 7 juillet : www.lanuitdelascience.ch

Laurence-Isaline Stahl Gretsch Musée d'histoire des sciences 128 rue de Lausanne, 1202 Genève Tel : +41.22.418.50.71 Fax : +41.22.418.50.61