Lẽ ra tôi nên yêu sinh học (2020)
(jsomers.net)- Sinh học ở bậc trung học phổ thông được truyền đạt không phải như một cuộc truy tìm bí mật của sự sống mà như ghi nhớ tên gọi và kết luận, che khuất sự kỳ diệu của những chủ đề như biệt hóa phôi, di truyền và miễn dịch
- Quá trình các tế bào mang cùng một DNA lại có số phận khác nhau, khi nhìn qua gradient hóa học, thay đổi biểu hiện gene và chuỗi tín hiệu protein, trở thành câu hỏi mở ra toàn bộ sinh học
- Giống như thí nghiệm vi khuẩn của Oswald Avery, sinh học thực sự bắt đầu từ câu hỏi và thí nghiệm, nhưng sách giáo khoa lại lược bỏ quá trình khám phá và chỉ giữ lại kết quả, nên trông giống việc học toán theo kiểu ghi nhớ công thức
- Sinh học hiện đại và miễn dịch học có rất nhiều thuật ngữ và ngoại lệ, nhưng nếu nhìn DNA, RNA, protein và tín hiệu tế bào như cấu trúc vật lý và chuyển động, chúng sẽ dễ hiểu hơn các sơ đồ luồng trừu tượng
- Giáo dục sinh học cần những công cụ tư duy trực quan như hình vẽ, hoạt hình, bản đồ phóng to, mô phỏng, mô hình vật lý, cùng các câu chuyện cho thấy thử sai của nhà khoa học
Vấn đề của một môn sinh học được dạy bằng học thuộc
- Giờ sinh học tạo cảm giác như học thuộc vô hồn một danh sách tên gọi như Golgi apparatus, Krebs cycle, mitosis, meiosis, DNA, RNA, mRNA, tRNA
- Bản thân việc mọi tế bào đều có cùng một DNA đã là điều đáng kinh ngạc, nhưng sách giáo khoa không truyền tải trọn vẹn sự kỳ diệu ấy
- The Medusa and the Snail của Lewis Thomas xem việc từ một tế bào hình thành sau khi tinh trùng và trứng kết hợp lại nảy sinh ra dòng tế bào sẽ tạo nên bộ não con người là một trong những kỳ quan lớn của Trái Đất
- Biệt hóa phôi là câu hỏi mở ra toàn bộ sinh học
- Gradient hóa học trong dịch phôi làm thay đổi đôi chút chương trình biểu hiện gene của một số tế bào
- Phôi bắt đầu phân biệt “trên” và “dưới”
- Các tế bào ở một đầu tạo ra những protein khác, và các protein đó phát ra những tín hiệu hóa học tinh vi hơn
- Qua chuỗi này, sự khác biệt như tế bào não và tế bào ngón chân xuất hiện
- Qua Gödel, Escher, Bach của Douglas Hofstadter, tế bào có thể được hiểu như một chương trình tự sửa đổi chính nó một cách đệ quy
- DNA tạo ra RNA, RNA tạo ra protein, còn protein điều hòa quá trình phiên mã từ DNA sang RNA
- Cấu trúc này được ví với các macro trong một chương trình Lisp nhỏ sinh ra thêm macro khác
Sách giáo khoa thiếu vắng câu hỏi và thí nghiệm
- Giờ sinh học gần với một tập hợp kết luận đã lược bỏ câu hỏi và thí nghiệm của các nhà sinh học thực tế hơn là một cuộc khám phá bí mật sự sống
- Thí nghiệm của Oswald Avery trong thập niên 1940 cho thấy một bí ẩn quan trọng xoay quanh vật chất di truyền
- Vi khuẩn Streptococcus có những chủng mọc thô ráp trên đĩa và những chủng trơn, bóng
- Khi trộn chủng trơn với chủng thô, người ta quan sát thấy các thế hệ sau đều trở nên trơn
- Khi đó nhiều chuyên gia cho rằng protein mang đặc tính di truyền, nhưng Avery nghi ngờ vai trò của nucleic acid
- Ông dùng máy ly tâm, nước, chất tẩy và acid để tinh sạch nucleic acid từ chủng trơn, rồi kết tủa bằng cồn để thu được một chất dạng sợi
- Khi cho một ít chất đó vào chủng thô, thế hệ sau trở nên trơn, và chất này lộ ra là nguyên lý biến đổi
- Thí nghiệm ấy đã châm ngòi cho làn sóng nghiên cứu dẫn tới khám phá cấu trúc xoắn kép khoảng 10 năm sau
- “Mathematician’s Lament” của Paul Lockhart phê phán việc toán học ở trường học bị tước mất câu hỏi nên trở nên rẻ tiền
- Thay vì một câu đố để tự khám phá diện tích tam giác, học sinh chỉ được đưa cho quy trình tính diện tích
- Sinh học còn lộn xộn hơn toán, nên nếu bắt phải phân biệt “lipid bilayers” và “endoplasmic reticula” mà không có câu hỏi dẫn dắt thì các sự kiện càng trông tùy tiện hơn
- Những chủ đề lớn dễ học hơn khi tiếp cận qua các mảnh nhỏ nhưng sâu
- Khi học lập trình, các dự án nhỏ tạo ra động lực và nguyên lý tổ chức
- Ngay cả khái niệm trừu tượng như “memoization” cũng mất tính trừu tượng khi nó cần thiết để giải một bài toán thực tế
- Với sinh học cũng vậy, việc học nên bắt đầu từ các câu hỏi như “Phôi biệt hóa như thế nào?”, “Vì sao mắt tôi màu xanh?”, “Hamster biến phô mai thành cơ bắp bằng cách nào?”, “Vì sao coronavirus làm một số người nặng hơn rất nhiều?”
Độ phức tạp của miễn dịch học và cách hiểu vật lý
- Khi chuẩn bị một bài viết về SARS-CoV-2 và hệ miễn dịch, tác giả đọc những câu trong bài báo của Cell đầy các thuật ngữ như MOI, ACE2, RNA-seq, TBK1, IFN-I, IFN-III, STAT1, MX1, đến mức gần như mỗi câu đều phải tra Wikipedia
- Miễn dịch học có một hệ thống đặt tên rất rộng, và các quan hệ bao hàm như leukocytes, monocytes, lymphocytes cũng rất phức tạp
- Có nhiều quan hệ kiểu mọi interleukin đều là cytokine, nhưng không phải mọi cytokine đều là interleukin
- Sinh học, giống như điện toán, chứa đầy những lớp trừu tượng che giấu cả đời lao động ở khắp nơi, nhưng vì đây không phải hệ thống được thiết kế có chủ đích nên lại càng khó hơn
- Các hệ sống trông như một khối lớn của trạng thái biến toàn cục
- Việc điều khiển diễn ra theo kiểu tăng một thứ lên rồi hạ promoter của chất ức chế nó
- Ngay cả những tác nhân tuyến đầu của miễn dịch bẩm sinh như neutrophil cũng có nhiều loại, và một số dường như làm điều ngược với vai trò đã biết
- Ở tầng đáy của sinh học không phải là trừu tượng mà là thế giới vật lý
- Khải thị lớn của sinh học phân tử thế kỷ 20 là sự gắn kết giữa cấu trúc và chức năng
- DNA là nơi lưu trữ di truyền vì nó cuộn lại, tháo ra và có thể tự sao chép một cách bổ sung
- Hemoglobin được hiểu là một kho dự trữ năng lượng hiệu quả nhờ cấu trúc cho phép các nguyên tử oxy gắn vào như Lego và làm rộng thêm các vị trí còn lại
- Tín hiệu tế bào cũng vận hành qua quá trình protein và thụ thể có hình dạng khớp vào nhau rồi biến đổi
- Chỉ với sơ đồ kiểu trung học DNA → RNA → protein thì rất khó hiểu biểu hiện gene thực sự được “bật” như thế nào
- DNA của động vật có vú không trải thành một chuỗi xoắn kép dài duy nhất mà quấn nhiều vòng quanh các protein tròn nhỏ gọi là histone
- Bộ máy phiên mã phải thật sự lần theo chuỗi DNA, và rất khó tiếp cận những phần bị cuộn vào trong, không lộ ra
- Biểu hiện gene là trạng thái tại một thời điểm nhất định khi bộ máy phiên mã tiếp cận được một phần cụ thể của DNA và tạo ra nhiều bản phiên mã RNA cùng protein
- Nếu cấu trúc sợi hơi bẻ cong, phần mà bộ máy phiên mã nhìn thấy sẽ thay đổi, và phân bố protein được tạo ra cũng khác đi
- Việc một repressor chiếm chỗ trên DNA để chặn vật lý bộ máy phiên mã cũng là một ví dụ của điều hòa biểu hiện gene
- RNA sequencing, tức RNA-seq, tạo ra kết quả gần như một ảnh chụp nhanh các protein đang được biểu hiện ở khoảnh khắc đó bằng cách đếm các bản phiên mã RNA trong tế bào đã đông lạnh
- Kết quả là một bảng lớn ghép gene với số lượng bản phiên mã
- Sự khác biệt giữa một loại tế bào với loại khác, hay giữa trạng thái khỏe mạnh và bệnh lý, có thể được nhìn như khác biệt phân bố trong bảng này
- Kết quả RNA-seq được biểu diễn như các vector trong không gian nhiều chiều, và tế bào di chuyển trong không gian biểu hiện đó theo sự tự điều chỉnh và thích nghi với môi trường
Học sinh học qua hình ảnh, phương pháp và lịch sử
- The Machinery of Life của David Goodsell là cuốn sách dùng minh họa vẽ tay để cho thấy lại tế bào như một nơi chật chội, chuyển động nhanh, một thế giới đầy những cỗ máy protein
- Sách đặt động cơ roi của vi khuẩn vào đúng ngữ cảnh và nối các thang đo khác nhau bằng hình phóng to cùng sơ đồ thành phần chức năng
- Nó mang lại cảm nhận về quy mô bằng những hình dung kiểu “Nếu tưởng tượng một căn phòng đầy hạt gạo, bạn có thể hình dung khoảng một tỷ tế bào tạo nên đầu ngón tay”
- Trong thế giới tế bào, chuyển động chủ yếu diễn ra bằng khuếch tán ngẫu nhiên
- Protein trong tế bào bị các phân tử nước xung quanh va đập từ mọi phía nên bật đi rất nhanh, nhưng để đi xa thì lại mất nhiều thời gian
- Nó rất chậm nếu phải di chuyển quãng đường lớn, nhưng lại rất nhanh khi thăm dò ở cự ly ngắn
- Một phép so sánh là protein trong tế bào mất một giờ để băng qua căn phòng của một bữa tiệc đông người, nhưng trong thời gian đó va vào mọi người 600.000 lần
- A Computer Scientist’s Guide to Cell Biology của William W. Cohen là cuốn sách nhắm tới mức “reading knowledge” đủ để đọc được các bài báo sinh học
- Vì một vật thể cỡ tế bào nhiều lần sượt qua các phân tử xung quanh, nên ngay cả khi chỉ 0,02% bề mặt màng là thụ thể của protein cụ thể p, nó vẫn có thể đạt hiệu suất bằng khoảng một nửa so với trường hợp toàn bộ bề mặt đều phủ thụ thể
- Cohen cho rằng vật thể cỡ tế bào có băng thông cao, đủ để nhận diện hoặc hấp thụ hàng trăm tín hiệu hóa học khác nhau
- Học các phương pháp sinh học cũng hữu ích ngang, đôi khi còn hơn, việc học các sự kiện riêng lẻ
- Dùng máy ly tâm để tách các mảnh có mật độ khác nhau
- Dùng gel electrophoresis để tách các chất có kích thước khác nhau
- Western blot chuyển gel sang một loại giấy đặc biệt, rồi dùng kháng thể gắn với protein mục tiêu và một kháng thể khác gắn vào kháng thể đó để phát huỳnh quang
- Flow cytometry gắn nhãn tế bào bằng kháng thể huỳnh quang, cho chúng đi qua ống từng cái một, rồi phân loại và đếm bằng laser cùng điện tích
- Người ta cũng tạo ra các cỗ máy phân tử theo ý muốn bằng kỹ thuật di truyền, tắt từng gene, hoặc chỉnh sửa toàn bộ bộ gene của động vật để quan sát
- Các phương pháp như Western blot, flow cytometry và RNA-seq lặp đi lặp lại trong rất nhiều bài báo
- The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology của Horace Freeland Judson là cuốn sách cho thấy khoa học trước khi có khám phá
- Dựa trên các cuộc trò chuyện, bài báo và thư từ với Francis Crick, Jacques Monod, François Jacob cùng những người xung quanh họ, sách kể về cuộc cách mạng sinh học phân tử
- Trước khi phát hiện tRNA, những mô hình như RNA tạo ra các túi riêng cho từng amino acid để tổng hợp protein từng được xem xét rất nghiêm túc
- Ý tưởng rằng tổng hợp protein diễn ra qua adapter và nucleic acid gần với một mã số hóa số hơn là chỉ một khuôn mẫu đã là một bất ngờ lớn
- Ở phía đối diện của sách giáo khoa, nó mang lại góc nhìn của người làm thực địa, gồm cả những hiểu lầm và đường vòng trước khi có khám phá
Công cụ và tự sự để hiểu sinh học
- Trong quá trình học về hệ miễn dịch, tác giả tiếp tục nghĩ rằng cần những công cụ theo tinh thần Bret Victor để làm cho việc hiểu sinh học trở nên dễ hơn
- Trên YouTube có những người giải thích rất mạnh trong việc làm cho cái vô hình trở nên hữu hình
- Video về hệ miễn dịch của Ninja Nerd Science mạnh ở cách biến điều không thể nhìn thấy thành có thể nhìn thấy
- Sách của Goodsell và hoạt hình 3D “Inner Life of a Cell” cũng có cùng sức mạnh đó
- Trên web, chỉ cần một ô nhập Markdown là đã có thể tạo và chia sẻ tài liệu khá dễ, nhưng việc làm hình vẽ và hoạt hình thì khó hơn nhiều
- Hình vẽ và hoạt hình là thiết yếu để hiểu các quá trình sinh học
- Cách vừa giải thích RNA-seq vừa vẽ trực tiếp trên iPad Pro tạo ra trải nghiệm giống các bài giảng theo phong cách Khan Academy
- Cần những công cụ trực quan hóa sinh học dễ dùng hơn
- Cần phần mềm như pattern brushes in Adobe Illustrator, BioRender, CellPAINT để việc vẽ các đối tượng phức tạp bớt nhàm chán hơn
- Những công cụ như Molecular Maya cần được đơn giản hóa hơn nữa, để có thể làm hoạt hình bằng cử chỉ như Bret Victor mô tả trong Stop Drawing Dead Fish
- Tận dụng đồ họa vector và lịch sử Undo, cần có những hình ảnh có thể chỉnh sửa cộng tác và dần được cải thiện như trong các dự án tri thức kiểu Wikipedia hay Stack Exchange
- Từ hình vẽ bảng trắng trong các bài giảng của Ninja Nerd, phải có thể chọn một phần để nối sang sơ đồ con, và tạo ra bản đồ phân cấp có thể phóng to do nhiều người cùng lấp đầy
- Sinh học là thế giới của những cỗ máy nhỏ vô hình nên rất hợp với mô phỏng
- Có quá nhiều kỹ năng chuyên môn cần thiết để làm mô phỏng tương tác 3D
- Cần một công cụ thiên về sinh học như MockMechanics hay Minecraft, hoặc còn tốt hơn thế
- Khám phá của Watson và Crick cũng dựa vào các mô hình vật lý được chế tạo đặc biệt
- Dynamicland của Bret Victor hình dung một không gian cộng tác nhập vai, nơi có thể tạo mô hình nhanh đến mức như đang trò chuyện bằng máy tính
- Khi viết về hệ miễn dịch, tác giả thấy cần những ý tưởng như các mô hình có thể cầm nắm và thao tác, một bảo tàng nơi ta đi bộ bên trong biểu mô trong lúc phản ứng miễn dịch diễn ra, và những không gian vật lý có thể tìm kiếm, sao chép, chia sẻ, kết hợp như văn bản
- Sinh học cũng có chất lãng mạn như các ngành khoa học khác, và trong đại dịch, những người tạo ra vaccine mạnh hoặc xét nghiệm rẻ, nhanh, đáng tin cậy phải trở thành những cái tên để trẻ em có thể mơ ước
Đọc thêm
- 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 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Quá thiên về “những gì chúng ta biết” vốn dễ ra đề thi, như chu trình Krebs, trong khi thực ra nên tập trung vào “chúng ta đã biết được bằng cách nào”
Ví dụ, theo cách mà A Brief History of Everything triển khai, những quá trình như “dùng các đồng vị có khối lượng khác nhau để tìm hiểu về phốt pho trong DNA” mới quan trọng hơn
Nói chung, “cái gì” không có nhiều ý nghĩa nếu thiếu lịch sử. Việc lần theo khoa học như một cuộc điều tra—vì sao vào giữa thế kỷ 20 người ta đang tìm DNA, trước đó đã biết những gì—hữu ích hơn nhiều cho trẻ em. Khả năng hiểu con đường khám phá có thể chuyển giao tốt hơn vài sự kiện về bào quan tế bào
Dù vậy, lý do thật sự khiến tôi bỏ sinh học trong các môn tự chọn là vì so với vật lý và hóa học, sinh học không được xem là môn học của học sinh thông minh. Cũng có chuyện các chu trình sinh hóa có thể bị học thuộc lòng là qua được, và thường có thể dễ hơn giải tích cần cho vật lý, nhưng vấn đề danh tiếng đơn thuần cũng rất lớn, và điều đó không hợp lý
Tôi có một người bạn làm nghiên cứu sau tiến sĩ về thống kê trong lĩnh vực sinh học, và thực tế sinh học có nhu cầu rất sâu về năng lực toán học. Chỉ là khi còn ở trường, dường như người ta không nhận ra điều đó
Nếu không giải thích rõ, mọi người sẽ tự nghĩ ra lý do, và đôi khi lý do đó sai. Chẳng hạn họ có thể nghĩ “đang giờ nghỉ nên không có ai làm việc phía trên, vậy vào khu vực nguy hiểm cũng được = không có nguy cơ vật rơi”, nhưng vẫn có thể có đồ vật cố định kém rơi xuống, có thể đã lên lịch kiểm tra chụp ảnh phóng xạ, hoặc có thể có lỗ trên sàn
Khi biết lý do của quy tắc, việc nhớ quy tắc đó cũng dễ hơn
Nhưng câu chuyện của vật lý học thì cuốn hút. Khi biết mỗi thí nghiệm được thực hiện vì sao, bởi ai, nhằm chứng minh điều gì, mọi ngành khoa học trở nên thú vị và dễ nhớ hơn nhiều, như một bộ phim dài tập đan xen con người và tranh luận
Cụm “một lát cắt hẹp và sâu” tóm tắt rất đúng. Người ta chỉ ném cho ta những thứ phải học thuộc mà không có bối cảnh
Tôi nghĩ sinh viên vật lý nên được yêu cầu đọc The Fabric of the Cosmos của Brian Greene trước khi học nghiêm túc. Hẳn trong sinh học cũng có một cuốn tương tự cho thấy “những gì hiện đã biết và những gì còn chưa biết”; nếu ai biết thì mong được giới thiệu
Khi đó tôi bỗng hiểu khoa học, và nhận ra rằng suốt 20 năm qua tôi đã học các sự kiện dưới cái tên “khoa học” nhưng thực ra chưa hiểu khoa học
Một ví dụ hay là thí nghiệm Hershey-Chase. Khoa học không phải là học và ghi nhớ sự kiện, mà là một quá trình sáng tạo nhằm chọc đúng cách vào vũ trụ để phát hiện ra điều gì đó. Tôi cũng nhận ra nhà khoa học gần với nghệ sĩ hơn kỹ sư, và tôi thì chắc chắn thuộc phía kỹ sư
Đến giờ tôi vẫn dùng cách này khi học khái niệm mới. Tôi cố học xem trước đó có gì, và vì sao sự thay đổi đó là hợp lý
Vì nó khiến ta nhìn khoa học như một quá trình, chứ không phải một danh sách các sự kiện về thế giới. Cuốn sách này trình bày mức độ hiểu biết khi đó trong nhiều lĩnh vực như một chuỗi phát triển, mỗi bước lại sinh ra những câu hỏi và vấn đề mới rồi tiếp tục được nghiên cứu
Phần “đối với nhà khoa học máy tính, phương pháp của nhà sinh học có thể trông như điên rồ. Vấn đề là tế bào quá nhỏ, quá nhiều và quá phức tạp, nên không thể phân tích như cách lập trình viên nhìn qua trình gỡ lỗi từng bước” có lẽ là điểm mà những người ngoài ngành sinh học đánh giá thấp nhất.
Giờ đây chúng ta đã biết khá nhiều về cách tế bào và protein hoạt động, nhưng việc hiểu chính xác điều gì đang diễn ra ngay tại chỗ bên trong một tế bào cụ thể vẫn cực kỳ khó. Nhiều phương pháp đo lường rất có khả năng phá hủy hoặc làm thay đổi chính đối tượng cần đo. Giống như nguyên lý bất định Heisenberg, hành động đo làm thay đổi trạng thái.
Mọi thứ đều nhạy với nhiệt độ, lực cắt, cường độ ion, pH, v.v., và hầu hết phương pháp đều phải đụng vào chính những “núm điều chỉnh” đó để có được độ phân giải và tín hiệu. Vì vậy, ngay cả trước khi chọn kỹ thuật đo, bạn phải nói rõ mình cho rằng điều gì đang xảy ra, để không làm hỏng nó.
Vì thế, dù đã biết nhiều nguyên lý cơ bản, việc thiết kế chức năng theo kiểu kỹ thuật trong một môi trường cụ thể vẫn rất khó. Kỹ thuật cần rất nhiều phép đo và phản hồi.
Ở đây cũng thấy được vì sao phần mềm có thể nhanh chóng trở thành một ngành kỹ thuật. Đây là lĩnh vực mà ta có thể tương đối dễ cắm đầu dò vào nơi mình muốn, và đôi khi có thể hiểu một cách quyết định luận chính xác điều gì đang xảy ra. So với phần mềm, mọi lĩnh vực khác giống như đang chụp ảnh trong bóng tối mờ mịt.
Hãy tưởng tượng khi gỡ lỗi chương trình mà bạn phải băn khoăn về số lần lặp thí nghiệm. Trong phần mềm, mã vừa lỗi mà chạy lại không thay đổi gì thì thật vô lý, nhưng trong các ngành kỹ thuật khác có khi còn họp để bàn xem nên thử lại thêm mấy lần một thứ vừa thất bại.
Lý do khoa học máy tính đặc biệt có thể là vì nó đã thành công khác thường trong việc thuần hóa các hiện tượng vật lý thành những cỗ máy trông như đang thực thi các định luật toán học. Dĩ nhiên đôi khi vật lý vẫn ngóc đầu dậy, như rowhammer hay lỗi sự kiện đơn lẻ, nhưng thật ấn tượng khi ngày nay chúng ta ít phải cân nhắc bản chất vật lý của máy móc đến mức nào.
Tuy vậy, các ngành kỹ thuật khác cũng cố tạo ra những trừu tượng tương tự, chỉ khác nhau về mức độ thành công. Chúng ta đã tạo ra được một bộ tiêu chuẩn điện đơn giản, cho phép thợ điện trên khắp thế giới xây dựng và suy luận về hệ thống điện mà không cần hiểu “tâm trí” lượng tử kỳ lạ của electron. Sinh học có lẽ một ngày nào đó cũng sẽ như vậy, nhưng có vẻ còn sớm khoảng một thế kỷ.
Giờ tôi không còn gặp ác mộng về hóa phân tích nữa, nhưng sau khi trải qua mức độ tự ghét bản thân khi thí nghiệm cứ thất bại vì những lý do không thể hiểu nổi, sự bực bội khi gỡ lỗi mã gần như trở nên đáng yêu.
Tất nhiên giờ đây khi chạy các lệnh gọi LLM cục bộ lại cho ra phản hồi hoàn toàn khác với phiên bản phần mềm đã triển khai, trong khi mọi điều kiện khác trông đều giống nhau, có lẽ phải nói rằng “ngày xưa thì đúng là vậy”.
Nguyên lý bất định có nghĩa là hai đại lượng vật lý, chẳng hạn vị trí và động lượng, tức các biến liên hợp, không thể được biết đồng thời với độ chính xác tùy ý. Nói cách khác, không thể đồng thời định xứ hai hàm sóng trong các không gian tương ứng của chúng vào những vùng nhỏ tùy ý.
Điều này áp dụng cho hai hàm có quan hệ biến đổi Fourier với nhau, và liên quan đến việc vị trí và động lượng là như vậy. Cách dùng thuật ngữ hơi thô, nhưng đủ đúng để hữu ích. Nó không liên quan đến việc hàm sóng thay đổi do phép đo.
Bạn có thể cho vào máy nghiền rồi phân tích các mảnh để suy ngược kích thước bánh răng, nhưng không thể chỉ nghiền một chiếc đồng hồ. Bạn phải nghiền một trăm nghìn chiếc cùng lúc, và trong đó chắc chắn sẽ có nhiều mẫu đồng hồ với độ dài phút và giờ khác nhau bị trộn lẫn phức tạp.
Một điều tôi cảm thấy sinh học nhập môn dạy chưa đủ là tế bào người vẫn còn bí ẩn đến mức nào. Sách giáo khoa hẳn không muốn liệt kê một nghìn protein rồi ghi bên cạnh “chưa rõ chức năng”. Nhưng ở một phạm vi lớn đến đáng kinh ngạc, đây vẫn là vùng đất chưa được khai phá.
Ngay cả trong vài năm gần đây, chúng ta vẫn đang phát hiện những loại RNA hoàn toàn mới: https://www.science.org/content/blog-post/enter-glycornas
Trường lượng tử → nguyên tử, nguyên tử → hóa học, hóa học → hóa sinh, hóa sinh → sự sống tế bào, sự sống tế bào → sự sống đa bào, sự sống đa bào → ý thức, ý thức cá nhân → hiện tượng xã hội.
https://podcasts.apple.com/en/podcast/ask-a-spaceman/id958825741?i=1000651175650
Phần “các chủ đề khổng lồ tốt nhất nên được tiếp cận bằng những lát cắt mỏng và sâu” gây ấn tượng mạnh với tôi.
Khi mới học lập trình, sách giáo khoa cũng chẳng giúp được gì; chỉ khi bắt đầu làm các dự án cá nhân nhỏ, tôi mới bắt đầu hiểu. Dự án không chỉ là động lực, mà còn là nguyên lý tổ chức, giống như một thỏi nam châm sắp xếp lại những mạt sắt ngẫu nhiên nhặt được trên đường.
Ngay cả những khái niệm trừu tượng như “memoization” cũng trở thành thứ tôi muốn học vì cần nó để giải quyết vấn đề của mình, và dưới ánh sáng từ ví dụ của chính tôi, tính trừu tượng biến mất.
Tôi gần như chưa từng có trải nghiệm như vậy nếu không đắm mình vào một động lực cụ thể và một không gian vấn đề cụ thể. Một bài viết hay có thể đưa ta đến ngưỡng cửa đó.
Trang Smart Biology có các video hoạt hình 3D tuyệt vời về hệ thống tế bào.
https://www.smart-biology.com/
Giá cho cá nhân cũng khá phải chăng: https://smart-biology-academy.getlearnworlds.com/courses
Tôi không làm việc cho công ty này và cũng không có lợi ích tài chính nào. Chỉ là họ đang làm một công việc thật sự tuyệt vời, và tôi mong nhiều người biết đến hơn. Giá mà hồi tôi còn đi học đã có những video như thế này.
Hồi trung học tôi thích sinh học. Giáo viên thì thật sự khá chán nên tôi thực ra đã ngủ mất một nửa giờ học, nhưng khi về nhà đọc sách giáo khoa để làm bài tập thì lại thấy hoàn toàn bị cuốn hút
Việc thầy có thể đánh thức tôi bất cứ lúc nào để hỏi và tôi luôn biết câu trả lời đã trở thành một kiểu trò đùa lặp lại khiến bạn cùng lớp thấy buồn cười. Bí quyết chỉ là tôi thấy nó thú vị và dễ tiếp thu mà thôi
Tôi không thích lắm ý nghĩ đổ lỗi cho người khác vì sự thiếu tò mò của mình đối với một chủ đề nào đó. Việc chúng ta dễ tiếp nhận đến đâu khi học một thứ chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố nằm ngoài cách giảng dạy, như mối quan tâm hiện tại, trải nghiệm sống, mức độ phát triển của não bộ, v.v.
Ví dụ, giờ đây tôi biết trân trọng địa chất học sâu sắc hơn nhiều so với thời đi học, và tôi khá chắc rằng không phải cách dạy kiến tạo mảng đã thay đổi, mà là tôi đã thay đổi
Họ nói “Nếu dạy chủ đề X thì tôi đã thích rồi”, “Nếu dạy từ góc nhìn Y thì tôi đã thích rồi”, nhưng giáo viên trung học của chúng tôi đã dạy đúng như vậy
Khi nhìn lại tuổi 15, có vẻ rất khó nhớ được khi ấy chúng ta khác hiện tại đến mức nào. Ta tái cấu trúc ký ức để những cảm xúc khi đó vẫn có nghĩa theo cách ta trải nghiệm hiện nay
Nhìn chung họ phải phụ trách 3–5 lớp, mỗi lớp 20–40 đứa trẻ phần lớn là khó chịu, và phải khiến chúng học một phạm vi nội dung rộng do người khác đặt ra. Đồng thời họ còn phải sửa các vấn đề hành vi và đối phó với phụ huynh hay ban quản lý
Phần lớn họ không phải chuyên gia trong lĩnh vực đến mức có thể tùy biến sự khám phá sâu cho từng học sinh, và ngay cả nếu có thì việc vốn đã khó sẽ trở thành bất khả thi. Bản thân việc có tồn tại giáo dục cá nhân hóa dưới bất kỳ hình thức nào đã là điều đáng kinh ngạc
Có một giáo viên vật lý mà tình yêu ấy có sức lan truyền, những học sinh vốn đã tò mò thì học được rất nhiều, còn những học sinh nghe một cách miễn cưỡng cũng không thể không bị cuốn vào các màn trình diễn và thí nghiệm
Tôi từng mê sinh học cho đến trước khi học hai lớp sinh học ở trung học, và sau đó phải mất vài năm mới hồi phục. Chuyện đó không liên quan đến thiếu tò mò. Ít nhất trong lớp của tôi, trọng tâm là ghi nhớ tên của các sự vật. Không có thời gian để cảm thấy kỳ diệu; điều quan trọng là bạn có thể ghi nhãn cho hình vẽ lưới nội chất hay không
Thay vì đọc bài viết như một trò đổ lỗi, tôi xem nó như nói rằng môn sinh học nói chung có thể được dạy theo cách tốt hơn rất nhiều. Điều đó đúng với tôi, và có vẻ cũng đúng trong lời bạn nói. Tức là bạn đã thích môn đó bất chấp cách nó được trình bày tệ hại
Có vẻ tác giả đang nói theo hướng đó. Có lẽ nếu là nhà viết tiểu luận hay cây bút chuyên mục thì cần có niềm tin như vậy ở một mức độ nào đó
Tuy nhiên tôi đồng ý rằng kỳ vọng đó không nên trở thành chuẩn mặc định
Tôi thích cách Bert Hubert diễn đạt: “Một con tàu vũ trụ hào nhoáng đáp xuống sân sau, cửa mở ra, và bạn được mời điều tra mọi thứ có thể học được. Công nghệ đó đi trước những gì chúng ta có thể tạo ra hàng triệu năm. Đó chính là sinh học”
Tôi thường gọi sinh học là công nghệ nano vượt ngoài hiểu biết của con người, được tìm thấy trên một hành tinh đã trải qua tận thế grey goo. Mọi lỗ hổng có thể có trên bề mặt giờ đều bị nhiễm các đơn vị đã thoát kiểm soát, liên tục tiến hành một cuộc chạy đua vũ trang phát triển. Một số thậm chí còn liên kết thành các siêu cấu trúc khổng lồ biết chuyển động và những trí tuệ bầy đàn khó hiểu
Khi nghĩ về công nghệ sinh học cho tay chân con người, cần nhớ rằng khoa học hiện đại đang hy sinh sức mạnh và tốc độ thuần túy cho một hệ thống có rất nhiều đánh đổi khó sao chép
Nó hỗ trợ vô số chuyển động và khớp riêng lẻ, đáp ứng giới hạn trọng lượng, và thực hiện nhiều kỹ thuật tự sửa chữa mà không cần ngừng hoạt động. Nó được sản xuất và duy trì từ nguyên liệu thô phổ biến bằng lao động không lành nghề, thậm chí có thể là vô thức, và bao gồm một gói cảm biến toàn diện
Nó không quá mong manh, uốn cong để lưu trữ và giải phóng năng lượng cơ học từ va chạm, rồi gia cố có chọn lọc khi phát hiện biến dạng. Các vùng lưu trữ năng lượng dài hạn đồng thời đóng vai trò vật liệu giảm chấn, chứa những bộ chế tạo nhỏ để bổ sung một phần chất lỏng vận hành của chính nó, và còn có các phân hệ quản lý nhiệt như làm mát bay hơi và tự động kích hoạt vi mô
Việc tế bào là những túi mềm nhũn, nhão nhoẹt không còn là phản bác rằng chúng không “công nghệ” hay không “mang tính robot” nữa. Đó là kỹ thuật được chủ ý thiết kế. Những giá đỡ phức tạp làm từ thang công nghệ nano liên tục được tái định hình để mô phỏng “độ mềm” như một chức năng
Có vẻ ý chính ở cuối bài — rằng ta cần những công cụ tốt hơn để suy luận về sinh học, và trong môn sinh học khoảng cách giữa thực tế và nội dung học đặc biệt lớn hơn so với các môn khác — chưa được bàn đến thỏa đáng
Tôi hoàn toàn đồng ý. Hiện nay chúng ta đang hút dần những ý tưởng phức tạp nhất của thế giới tự nhiên qua cái ống hút là ngôn ngữ đơn giản và sơ đồ tĩnh; các phương tiện này cộng với những giới hạn của chính nhà trường khiến sinh học tự nhiên nghiêng về một môn học thuộc lòng
Suy luận về sinh học đúng như cách nó xuất hiện trong tự nhiên là đi ngược chiều thớ gỗ của những phương tiện này. Có thể làm được, nhưng không phải mặc định. Những câu chuyện về giáo viên sinh học giỏi là ngoại lệ, không phải mặc định
Với những thứ phức tạp, ta cần các hệ thống vừa phản ánh được độ phức tạp đó vừa dễ dùng. Điểm cốt lõi là làm thế nào để tạo ra cách thức giao tiếp và thấu hiểu
Sinh học đơn giản là cực kỳ phức tạp. Có thể sẽ không bao giờ có thứ gọi là “hệ thống dễ dùng”. Chúng ta vẫn chỉ đang ở mức đứng trên bãi biển của đại dương ấy mà đếm màu của đá
Ví dụ trong sinh học phát triển, tức quá trình một tế bào trở thành một em bé có chức năng, có ba lý thuyết về việc tế bào quyết định mình sẽ phát triển thành gì. Mô hình kiểu Anh là tế bào con được tế bào mẹ chỉ thị sẽ trở thành gì; mô hình kiểu Mỹ là tế bào con nhìn quanh và quyết định theo kiểu thăm dò ý kiến các tế bào lân cận; mô hình Las Vegas là mọi thứ hoàn toàn ngẫu nhiên, kèm theo rất nhiều apoptosis và phá sản
Vấn đề là chính việc chúng ta cho rằng các mô hình này đúng đã là điều đáng lo cho lĩnh vực này. Trong thâm tâm, chúng ta biết không mô hình nào trong số đó có thể đúng, nhưng vẫn chưa phản bác được chúng một cách đàng hoàng
Nói rõ hơn, các nhà sinh học phát triển gần như chắc chắn rằng lý thuyết của mình rất tệ, và cơ sở cho điều đó hầu như hoàn toàn là trực giác. Chỉ cần ngửi thấy mùi “đại lý thuyết” là các nhà sinh học đã dè chừng đến mức nào, điều đó cho thấy nó phức tạp đến vậy
Không có gì bảo đảm rằng sinh học có thể vừa phản ánh trạng thái thực của nó vừa được quy giản thành thứ có thể hiểu được. Tự nhiên không có nghĩa vụ phải cung cấp cho chúng ta điều đó
Ngày nay có nhiều người yếu về hệ thống ký hiệu nhưng hiểu rất tốt, và cũng có khi các chuyên gia về hệ thống ký hiệu lại là người mới bắt đầu trong việc hiểu
Tôi không rõ là chúng ta đang bỏ lỡ một dạng ký hiệu phù hợp hơn với sự thấu hiểu, hay là bấy lâu nay ta đã đánh giá quá cao hệ thống ký hiệu mà hy sinh sự thấu hiểu
Tuy nhiên, phần suy luận có thể vẫn sẽ còn là việc của chúng ta
Con người có năng lực nhận thức để suy luận về quan hệ giữa khoảng 150 người. Nếu đó là giới hạn trên hợp lý cho số gene có thể chứa trong đầu, thì chúng ta tiêu rồi. Mỗi tế bào có hàng nghìn loại protein khác nhau và còn nhiều phân tử nhỏ hơn thế nữa. Khi loại bỏ một gene, chuyện hàng trăm gene khác thay đổi để phản ứng là rất phổ biến
Chúng ta không thể chứa một hệ thống lớn như vậy trong đầu. Có thể chứa được một phần, nhưng các gene liên kết với nhau quá chặt nên rất khó vạch ra ranh giới hợp lý giữa các “phần” riêng biệt
Sinh học cũng hành xử theo những cách trái với trực giác. Vòng phản hồi, tính ngẫu nhiên, phân bố đuôi dài là những khái niệm rất quan trọng trong các hệ sinh học, nhưng con người nổi tiếng là kém khi phải nghĩ về những thứ này
Chỉ riêng một tế bào đã quá lớn và quá kỳ lạ. Còn mô hay cơ quan thì thôi khỏi nói
Vì vậy tôi nghĩ việc dạy mô hình hóa tính toán cho sinh viên từ sớm là thật sự quan trọng. Nó quá phức tạp đối với bộ não chúng ta, nên ta phải dựa vào mô hình máy tính
Bài viết được viết rất đẹp, nhưng tôi không đồng ý với tiền đề
Ít nhất ở Anh — còn Mỹ có thể khác — rất nhiều khái niệm và suy luận nền tảng mà tác giả tiếc là mình không được học thực ra đều được dạy
Ở trình độ A-Level, chúng tôi học nền tảng vật lý của các biến đổi biểu sinh. Đó là phần tác giả mô tả như việc bật và tắt gene, nhưng bản thân cách nói đó cũng là một đơn giản hóa quá nhị phân; thực tế nó gần với điều hòa tăng/giảm biểu hiện hơn. Chúng tôi cũng học những quá trình thú vị như splicing thay thế, trong đó một gene đơn lẻ có thể biểu hiện nhiều protein khác nhau
Ngay trong năm nhất đại học ở một trường Russell Group bình thường, lịch sử sinh học cũng chiếm phần lớn trong bài giảng. Đặc biệt là trong quá trình di truyền học tiến hóa thành một lĩnh vực. Việc các phạm trù và khái niệm của sinh học về bản chất là mơ hồ cũng được trình bày rất rõ
Tôi nhớ rất rõ một giảng viên, khi được hỏi rằng tại sao lại nói vi khuẩn không có bào quan được bao bởi màng trong khi magnetosome — chủ đề của bài giảng — rõ ràng là ngoại lệ, đã trả lời thế này: trong sinh học, nói “luôn đúng” nghĩa là nó xảy ra trên 80%, còn nói “không bao giờ xảy ra” thì thực ra nghĩa là nó xảy ra dưới 20%
Tôi đồng ý rằng đôi khi người ta quá tập trung vào việc học thuộc chi tiết hóa học, như chu trình Krebs, mà hy sinh các khái niệm rộng hơn và quan trọng hơn. Nhưng tôi cho rằng tác giả đã phóng đại trường hợp này
Việc ta thực ra có học những khái niệm và suy luận nền tảng mà tác giả tiếc là mình không được học là đúng, và việc đôi khi quá nghiêng về học thuộc chi tiết hóa học thay vì các khái niệm rộng hơn cũng đúng
Tuy nhiên gần như chắc chắn tác giả chỉ đang nói về sinh học trung học
Ở Mỹ, giáo viên AP Biology phải thỏa hiệp giữa việc dạy khái niệm và dạy theo kỳ thi AP mà học sinh lớp 12 sẽ thi. Việc ôn thi đó bao gồm những nội dung kiểu học thuộc chu trình Krebs rồi quên ngay sau kỳ thi
Giáo viên của tôi cân bằng việc này khá tốt và tôi học được nhiều, nhưng mỗi người có thể khác. Học sinh có thể đạt điểm cao để tránh môn sinh học bắt buộc ở đại học, trong khi lớp đại học đó hẳn sẽ tốt hơn nhiều. Trường hợp của tôi đúng là như vậy
Giáo viên sinh học trung học của tôi, thầy Dinnetz, thật sự tuyệt vời
Thầy có cách làm cho nội dung bài học trở nên sống động — hay chính xác hơn là dẫn tới cái chết. Mỗi khi dạy một khái niệm mới, thầy giải thích rằng nếu không có khái niệm đó thì chúng ta sẽ chết như thế nào. Đó là những giờ học cực kỳ khó quên
Tôi hoàn toàn đồng ý với nhận định rằng trong các giờ sinh học, sinh học không được trình bày như một cuộc khám phá hướng tới những bí mật của sự sống, và sách giáo khoa đã vắt kiệt tính khám phá
Chúng ta không được tiếp xúc với các nhà sinh học thực sự, những câu hỏi thật sự mà họ từng đặt ra, những thí nghiệm thật sự mà họ thực hiện để tìm câu trả lời; chúng ta chỉ nhận lấy kết luận
Không chỉ sinh học, tôi cũng tò mò đâu là những cuốn sách hay tài liệu học tập tốt có thể khơi dậy sự khám phá, tò mò và kinh ngạc
Thứ đầu tiên hiện lên trong đầu là Feynman’s Lectures
Sinh học là một dạng trừu tượng hóa bị rò rỉ, nên nếu nền tảng không vững thì rất khó làm điều gì đó một cách chặt chẽ. Điều này cũng tương tự các cuộc thảo luận về âm nhạc trên Hacker News. Người ta quan tâm nhiều hơn đến việc liên hệ các khái niệm lập trình với ký âm và phàn nàn về cách trình bày âm nhạc phương Tây, hơn là bản thân âm nhạc
Trong sinh học, để làm được điều gì đó vượt ra ngoài kinh nghiệm thử-sai hời hợt, cần hiểu chắc nguyên lý trung tâm và hóa sinh. Đặc biệt, phần lớn những người thuộc “kiểu hacker” chỉ lờ mờ biết vế trước, tức khoảng mức dịch mã và phiên mã DNA, rồi dừng ở đó
Nếu muốn làm việc một cách nghiêm ngặt, nhất thiết phải có trực giác về hóa sinh. Nếu không, bạn sẽ chỉ phù hợp với những việc như rửa ống nghiệm, giống một lập trình viên web bootcamp trong phiên bản công nghệ sinh học
A Brief History of Nearly Everything - Bill Bryson
Entangled Life - Merlin Sheldrake
The Hidden Life of Trees - Peter Wohlleben