عندما أذهب الى الحفلات عادة لا يستغرق الكثير من الوقت ليكتشف الناس أنني عالمة وأنني ادرسُ الجنس ومن ثم يتم سؤالي العديد من الأسئلة والأسئلة تتخذ عادة نموذج معين يبدأون بعبارة, "اخبرني صديق" وينتهون بعبارة, "هل هذا صحيح؟" وفي معظم الوقت اكون سعيدة بالقول انني يمكنني اجابتهم لكن بعض الأحيان علي القول, "انا متأسفة, لكنني لا أعرف لانني لست ذلك النوع من الاطباء"
When I go to parties, it doesn't usually take very long for people to find out that I'm a scientist and I study sex. And then I get asked questions. And the questions usually have a very particular format. They start with the phrase, "A friend told me," and then they end with the phrase, "Is this true?" And most of the time I'm glad to say that I can answer them, but sometimes I have to say, "I'm really sorry, but I don't know because I'm not that kind of a doctor."
أي أنني لست طبيبة, أنا عالمة احياء مقارنة, أقوم بدراسة علم التشريح. ووظيفتي هي النظر في الكثير من الأنواع المختلفة من الاحياء ومحاولة فهم كيف تعمل اعضاؤها وأنسجتها عندما يكون كل شيء على ما يرام, بدلاً من محاولة فهم كيف يمكن اصلاح الاشياء عندما لا تعمل, كالكثير منكم. وما اقوم به هو ملاحظة أوجه الشبه والفروقات في الحلول التي طورتها الكائنات للمشاكل البيولوجية الأساسية.
That is, I'm not a clinician, I'm a comparative biologist who studies anatomy. And my job is to look at lots of different species of animals and try to figure out how their tissues and organs work when everything's going right, rather than trying to figure out how to fix things when they go wrong, like so many of you. And what I do is I look for similarities and differences in the solutions that they've evolved for fundamental biological problems.
اليوم ان هنا لمناقشة انا هذا ليس على الاطلاق نشاط مقتصر على الأبراج العاجية كالذي نجده في الجامعات, لكنه دراسة واسعة في الأنواع ,الانسجة, وانظمة الاعضاء يمكن ان تنتج رؤى لها تأثير مباشر على صحة الانسان وذلك صحيح في مشروعي الحالي حول فروقات الجنس في الدماغ, وعملي المتخصص حول تشريح وعمل الاعضاء التناسلية الذكرية وتعلمون الان لما انا محبوبة في الحفلات.
So today I'm here to argue that this is not at all an esoteric Ivory Tower activity that we find at our universities, but that broad study across species, tissue types and organ systems can produce insights that have direct implications for human health. And this is true both of my recent project on sex differences in the brain, and my more mature work on the anatomy and function of penises. And now you know why I'm fun at parties.
(ضحك)
(Laughter)
اليوم سوف اعطيكم مثالاً مأخوذ من دراستي حول العضو التناسلي الذكري لأعرض لكم كيف ان المعرفة المأخوذة من الدراسات حول نظام عضو معين تقدم رؤى لعضو اخر مختلف أنا الان متأكدة أن كل شخص من الحضور يعرف-- شرحت ذلك لابني ذو التسعة اعوام في الاسبوع الماضي-- الاعضاء التناسلية الذكرية هي هياكل تقوم بنقل السائل المنوي من طرف الى اخر والصور خلفي تظهر بوضوح مدى تنوعها وانتشارها في الحيوانات. هناك كم هائل من التنوعات التشريحية تجد الانابيب العضلية,الارجل المعدلة,الزعانف المعدلة, وكذلك في الثديات,الاسطوانات المنفوخة والتي نحن معتادون عليها-- او على الأقل نصفكم.
So today I'm going to give you an example drawn from my penis study to show you how knowledge drawn from studies of one organ system provided insights into a very different one. Now I'm sure as everyone in the audience already knows -- I did have to explain it to my nine-year-old late last week -- penises are structures that transfer sperm from one individual to another. And the slide behind me barely scratches the surface of how widespread they are in animals. There's an enormous amount of anatomical variation. You find muscular tubes, modified legs, modified fins, as well as the mammalian fleshy, inflatable cylinder that we're all familiar with -- or at least half of you are.
(ضحك)
(Laughter)
أعتقد أننا نرى هذا التنوع الهائل لانه حقاً حلٌ فعّالٌ لمشكلة بايولوجية اساسية وهي ان نوصل السائل المنوي الى المكان لكي يقابل البويضات ويكون البويضات الملقحة. العضو التناسلي في الواقع غير مطلوب في الاخصاب الداخلي لكن عندما يتطور الاخصاب الداخلي يتبعه عادة العضو التناسلي الذكري.
And I think we see this tremendous variation because it's a really effective solution to a very basic biological problem, and that is getting sperm in a position to meet up with eggs and form zygotes. Now the penis isn't actually required for internal fertiliztion, but when internal fertilization evolves, penises often follow.
والسؤال الذي يُطرح عليّ عندما أبدأ الحديث عن هذا الموضوع عادةً هو "مالذي يجعلك مهتمه بهذا الموضوع؟" والجواب هو الهياكل. ربما لا تعتقد ان الهياكل والأعضاء التناسلية الذكرية لديها الكثير لتقدمه لبعضها البعض وذلك لأننا نتجه للأعتقاد ان الهياكل انها انظمة رفع صلبة تنتج السرعة والقوة. وأول غزواتي في الأبحاث البيولوجية, هو حول الديناصورات المتحجرة كمشروع للتخرج كان بصراحة في تلك المملكة.
And the question I get when I start talking about this most often is, "What made you interested in this subject?" And the answer is skeletons. You wouldn't think that skeletons and penises have very much to do with one another. And that's because we tend to think of skeletons as stiff lever systems that produce speed or power. And my first forays into biological research, doing dinosaur paleontology as an undergraduate, were really squarely in that realm.
ولكن بعد التخرج اتجهت الى دراسة الميكانيكا الحيوية "بيو ميكانيك" اردت ان اجد اطروحة بحث تقوم بتوسيع معرفتنا حول وظيفة الهيكل بحثت في الكثير من الاشياء المختلفة لكن الكثير منها لم يكن موفقاً لكن في أحد الأيام بدأت في التفكير حول الأعضاء التناسلية الذكرية في الثديات. وهو حقاً تكوين عجيب. قبل ان يستخدم للأخصاب الداخلي, سلوكه الميكانيكي يجب ان يتغير بصورة دراماتيكية. في معظم الاوقات هو عضو مرن. ينحني بسهولة. لكن قبل ان يتم استخدامه خلال الجماع يجب ان يكون صلباً ويصبح من الصعب ان ينحني. وعلاوة على ذلك يجب ان يعمل. الجهاز التناسلي الذي يفشل في القيام بعمله ينتج فرداً بدون ذرية, وذلك الفرد يُلقى خارجا من النظام الجيني.
But when I went to graduate school to study biomechanics, I really wanted to find a dissertation project that would expand our knowledge of skeletal function. I tried a bunch of different stuff. A lot of it didn't pan out. But then one day I started thinking about the mammalian penis. And it's really an odd sort of structure. Before it can be used for internal fertilization, its mechanical behavior has to change in a really dramatic fashion. Most of the time it's a flexible organ. It's easy to bend. But before it's brought into use during copulation it has to become rigid, it has to become difficult to bend. And moreover, it has to work. A reproductive system that fails to function produces an individual that has no offspring, and that individual is then kicked out of the gene pool.
بالتالي فكرت "هنا مشكلة تصرخ لأجل نظام هيكلي-- ليس شيء يشبه هذا, لكن شيء يشبه هذا-- لانه عمليا, الهيكل هو اي نظام يدعم الانسجة وينقل القوى. و أعلم ان حيوانات مثل دودة الارض هذه, وفي الواقع جميع الحيوانات, لا تدعم انسجتها عن طريق لفها حول عظام. بدلاً من ذلك هي تشابه بالونات المياه المعززة. تستخدم هياكل نسميها "هياكل هيدرو ستاتيكية" والهياكل الهيدرو ستاتيكية تستخدم عنصرين. الدعم الهيكلي القادم من التفاعل بين السائل المضغوط والجدار المحيط من النسيج والذي يجتمع في التوتر والبروتينات الليفية المعززة والتفاعل حاسم. بدون العنصرين لا يوجد هناك دعم. اذا كان لديك سائل بدون جدار يحيط به وتواصل ضغطه, يكون لديك عجينة. واذا كان لديك جدار فقط بدون سائل داخله ليجعل الجدار في توتر. يكون لديك خرقة مبللولة.
And so I thought, "Here's a problem that just cries out for a skeletal system -- not one like this one, but one like this one -- because, functionally, a skeleton is any system that supports tissue and transmits forces. And I already knew that animals like this earthworm, indeed most animals, don't support their tissues by draping them over bones. Instead they're more like reinforced water balloons. They use a skeleton that we call a hydrostatic skeleton. And a hydrostatic skeleton uses two elements. The skeletal support comes from an interaction between a pressurized fluid and a surrounding wall of tissue that's held in tension and reinforced with fibrous proteins. And the interaction is crucial. Without both elements you have no support. If you have fluid with no wall to surround it and keep pressure up, you have a puddle. And if you have just the wall with no fluid inside of it to put the wall in tension, you've got a little wet rag.
عندما تنظر الى مقطع عرضي للعضو التناسلي الذكري, لديه الكثير من سمات الهيكل الهيدروستاتيكي. لديه فضاء مركزي من النسيج الاسفنجي المنتصب والمملؤ بالسائل -- الدم في هذه الحالة-- محاط بجدار من النسيج والغني ببروتين هيكلي صلب يُسمى "الكولاجين".
When you look at a penis in cross section, it has a lot of the hallmarks of a hydrostatic skeleton. It has a central space of spongy erectile tissue that fills with fluid -- in this case blood -- surrounded by a wall of tissue that's rich in a stiff structural protein called collagen.
لكن في الوقت الذي بدأت في هذا المشروع, التفسير الوحيد الذي استطعت ايجاده لانتصاب العضو التناسلي الذكري ان الجدار المحيط بتلك الانسجة الاسفنجية, وتلك الانسجة الاسفنجية تمتلئ بالدم ويزداد الضغط وذلك كل شيء ! يُصبح منتصباً
But at the time when I started this project, the best explanation I could find for penal erection was that the wall surrounded these spongy tissues, and the spongy tissues filled with blood and pressure rose and voila! it became erect.
وذلك فسر لي التمدد-- المفهوم كالتالي: كلما زاد السائل, تتمدد الأنسجة-- لكن ذلك في الواقع لا يفسر الانتصاب. لأنه لا يوجد اّلية في هذا التفسير والتي تجعل هذا الهيكل صعب الانحناء. ولم ينظر احد من قبل بشكل منهجي في جدار النسيج. لذلك اعتقدت ان جدار النسيج مهم في الهياكل. سوف يكون جزء من التفسير.
And that explained to me expansion -- made sense: more fluid, you get tissues that expand -- but it didn't actually explain erection. Because there was no mechanism in this explanation for making this structure hard to bend. And no one had systematically looked at the wall tissue. So I thought, wall tissue's important in skeletons. It has to be part of the explanation.
وتلك هي النقطة التي قال فيها مشرف التخرج, "تمهلي, ابطئي قليلاً" لأنه بعد ستة اشهر من الحديث حول هذا, اعتقد أنه اخيراً لاحظ انني جادة بالفعل حول معضلة العضو التناسلي الذكري.
And this was the point at which my graduate adviser said, "Whoa! Hold on. Slow down." Because after about six months of me talking about this, I think he finally figured out that I was really serious about the penis thing.
(ضحك)
(Laughter)
لذلك أجلسني , وحذرني. كان لسان حاله ," كوني حذرة من الانحدار في هذا الطريق. لستُ مُتأكداً ان هذا المشروع سوف ينجح." لأنه كان يخشى انني اتجه نحو مصيدة. كنت أخذ سؤال اجتماعي مُحرج له إجابة كان يظن انها عملياً غير مهمة بحد ذاتها وذلك بسبب ان كل هيكل هيدروستاتيكي وجدناه في الطبيعة حتى تلك اللحظة له عناصر اساسية. له سائل مركزي وحوله جدار محيط, والالياف المعززة في الجدار منتظمة في شكل لولبي متقاطع حول المحور الطولي للهيكل.
So he sat me down, and he warned me. He was like, "Be careful going down this path. I'm not sure this project's going to pan out." Because he was afraid I was walking into a trap. I was taking on a socially embarrassing question with an answer that he thought might not be particularly interesting. And that was because every hydrostatic skeleton that we had found in nature up to that point had the same basic elements. It had the central fluid, it had the surrounding wall, and the reinforcing fibers in the wall were arranged in crossed helices around the long axis of the skeleton.
الصورة خلفي تظهر جزء من النسيج في احد تلك الهياكل اللولبية المتقاطعة المقطع يُظهر سطح الجدار السهم يبين لكم المحور الطولي, وبإمكانكم رؤية طبقتين من الالياف, احداهما بالأزرق والأخرى بالأصفر, منتظمة بزاوية في اتجاه اليمين واليسار. واذا لم تكن تنظر فقط الى مقطع صغير من الالياف, تلك الالياف سوف تنتظم في لوالب حول المحور الطولي للهيكل-- شيء يشبه مصيدة الاصبع الصينية, حيث تضع اصبعك فيها وتنحشر في الداخل.
So the image behind me shows a piece of tissue in one of these cross helical skeletons cut so that you're looking at the surface of the wall. The arrow shows you the long axis. And you can see two layers of fibers, one in blue and one in yellow, arranged in left-handed and right-handed angles. And if you weren't just looking at a little section of the fibers, those fibers would be going in helices around the long axis of the skeleton -- something like a Chinese finger trap, where you stick your fingers in and they get stuck.
وتلك الهياكل لديها مجموعة من الخصائص المعينة, والتي سوف اعرضها في فيلم. إنه نموذج هيكل والذي صنعته من قطعة قماش وقمت بلفه حول بالون متمدد. القماش قطع بانحياز حيث بإمكانكم رؤية الالياف ملتفة في لوالب, وتلك الالياف بامكانها اعادة التشكل عندما يتحرك الهيكل, مما يعني ان الهيكل مرن. يتمدد وينكمش وينثني بسهولة مستجيبا للقوى الخارجية والداخلية.
And these skeletons have a particular set of behaviors, which I'm going to demonstrate in a film. It's a model skeleton that I made out of a piece of cloth that I wrapped around an inflated balloon. The cloth's cut on the bias. So you can see that the fibers wrap in helices, and those fibers can reorient as the skeleton moves, which means the skeleton's flexible. It lengthens, shortens and bends really easily in response to internal or external forces.
كان المشرف قلقاً حيال ماذا لو كان الجدار النسيجي للقضيب يشابه اي هيكل هايدرو ستاتيكي آخر. ما المساهمة التي سوف تضيفينها؟ ما الجديد الذي سوف تساهمي به لما نعلمه في علم الاحياء؟ وفكرت ," فعلاً, ان لديه نقطة جيدة في هذا المجال." لذلك امضيت وقتاً طويل جداً افكر في هذه النقطة. وكان شيئاً واحداً يزعجني, وهو انه عندما تقوم بالعمل الاعضاء التناسلية الذكرية لا تتذبذب (ضحك) اذاً هناك شيئ مثير للاهتمام يحصل.
Now my adviser's concern was what if the penile wall tissue is just the same as any other hydrostatic skeleton. What are you going to contribute? What new thing are you contributing to our knowledge of biology? And I thought, "Yeah, he does have a really good point here." So I spent a long, long time thinking about it. And one thing kept bothering me, and that's, when they're functioning, penises don't wiggle. (Laughter) So something interesting had to be going on.
فواصلت ,وجمعت جدار نسيجي اعددته بحيث ينتصب, وقطعتها ,ووضعته على شرائح ومن ثم وضعته تحت المجهر لأُلقي نظرة, متوقعةً أن أرى مقطع لولبي من الكولاجين بتشكيلة معينة. لكن بدلاً من ذلك رأيت هذا. هناك طبقة داخلية وطبقة خارجية. السهم يُظهر المحور الطولي للهيكل.
So I went ahead, collected wall tissue, prepared it so it was erect, sectioned it, put it on slides and then stuck it under the microscope to have a look, fully expecting to see crossed helices of collagen of some variety. But instead I saw this. There's an outer layer and an inner layer. The arrow shows you the long axis of the skeleton.
كنت متفاجئةً تماماً بهذا. كل من عرضته عليه كان حقاً متفاجئاً. لمذا كان الجميع متفاجئاً بهذا؟ ذلك لأنه نحن نعرف نظرياً أن هناك طريقة أُخرى لإنتظام الالياف في الهيكل الهيدروستاتيكي, وذلك بحيث تكون الالياف في زوايا مقدارها صفر وزوايا مقدارها 90 درجة على على المحور الطولي للبناء. وفي الواقع لم يشاهدها احد من قبل على الطبيعة. والاّن انا انظر الى احداها.
I was really surprised at this. Everyone I showed it was really surprised at this. Why was everyone surprised at this? That's because we knew theoretically that there was another way of arranging fibers in a hydrostatic skeleton, and that was with fibers at zero degrees and 90 degrees to the long axis of the structure. The thing is, no one had ever seen it before in nature. And now I was looking at one.
تلك الالياف في ذلك الانتظام المعين تعطي الهيكل سلوك مختلف جداً. سوف أعرض نموذج تم صنع تماماً من نفس المواد. حيث انه سوف يصنع من نفس القماش القطني, ونفس البالون,ونفس الضغط الداخلي. لكن الاختلاف الوحيد ان الالياف تنتظم بصورة مختلفة. وسوف تشاهدون ذلك,على خلاف نموذج اللولب المتقاطع, النموذج يُقاوم التمدد والتقلص ويُقاوم الإنثناء.
Those fibers in that particular orientation give the skeleton a very, very different behavior. I'm going to show a model made out of exactly the same materials. So it'll be made of the same cotton cloth, same balloon, same internal pressure. But the only difference is that the fibers are arranged differently. And you'll see that, unlike the cross helical model, this model resists extension and contraction and resists bending.
الان الذي يُخبرنا به ذلك ان الجدار النسيجي يقوم بدور اكثر من مجرد تغليف الاوعية الدموية. انه جزء متكامل من هيكل القضيب. لو لم يكن الجدار حول الانسجة المنتصبة موجوداً لو لم يكن معززاً بهذه الطريقة, سوف يتغير الشكل, لكن القضيب المنتصب لن يُقاوم الانثناء, وببساطة لن يتم الإنتصاب.
Now what that tells us is that wall tissues are doing so much more than just covering the vascular tissues. They're an integral part of the penile skeleton. If the wall around the erectile tissue wasn't there, if it wasn't reinforced in this way, the shape would change, but the inflated penis would not resist bending, and erection simply wouldn't work.
انها ملاحظة بتطبيقات طبية واضحة كذلك في البشر, ولكنها مرتبطة ايضاً بمجالات اوسع,اعتقد, في تصميم الاطراف الصناعية ,الروبوتات الناعمة بشكل عام اي شيء حيث تغيرات الشكل والصلابة مُهمة.
It's an observation with obvious medical applications in humans as well, but it's also relevant in a broad sense, I think, to the design of prosthetics, soft robots, basically anything where changes of shape and stiffness are important.
اذاً ملخص ماسبق: قبل عشرين سنة مضت, قال لي مشرف الكُلية, عندما ذهبت الى الكُلية وقلت, "انني مُهتمة بعلم التشريح," قالوا لي" علم التشريح هو علم ميت." كان على خطأ اعتقدت حقاً ان هناك الكثير لنتعلمه حول البناء العام ووظائف اجسادنا. ليس حول علم الاحياء الجزيئي والوراثي, لكن هنا ايضاً في الجزء اللحمي. لم يكن لدينا الكثير من الوقت. كنا نركز دائماً على الامراض نموذج واحد, مشكلة واحدة, لكن تجربتي تقترح اننا يجب ان نأخذ الوقت الكافي لكي نطبق الافكار المنتشرة بين الأنظمة وننظر الى أين سوف تأخذنا بعد كل ذلك,اذا كانت الأفكار حول الهياكل اللافقرية يُمكن أن تعطينا رؤى حول الثديات المُنجبة, لرُبما كان هناك الكثير من الروابط المُثمرة رابضة هناك تنتظر من يكتشفها.
So to sum up: Twenty years ago, I had a college adviser tell me, when I went to the college and said, "I'm kind of interested in anatomy," they said, "Anatomy's a dead science." He couldn't have been more wrong. I really believe that we still have a lot to learn about the normal structure and function of our bodies. Not just about its genetics and molecular biology, but up here in the meat end of the scale. We've got limits on our time. We often focus on one disease, one model, one problem, but my experience suggests that we should take the time to apply ideas broadly between systems and just see where it takes us. After all, if ideas about invertebrate skeletons can give us insights about mammalian reproductive systems, there could be lots of other wild and productive connections lurking out there just waiting to be found.
شكراً لكم.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)