Když jdu na večírek, většinou lidem netrvá dlouho přijít na to, že jsem vědkyně, co se zabývá sexem. A pak se mě začnou vyptávat. A ty otázky většinou mají velmi specifickou podobu. Začínají větou: "Kamarád mi řekl," a končí větou: "Je to pravda?" A většinou jsem ráda, že jim můžu poradit, ale někdy musím říct: "Je mi to opravdu líto, ale nevím, protože nejsem doktor přes tyhle věci."
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."
Čili, nejsem lékařka, jsem komparativní bioložka, co se zabývá anatomií. A moje práce je sledovat různé druhy zvířat a snažím se přijít na to, jak jejich tkáně a orgány fungují, když je všechno v pořádku, spíš než abych se snažila přijít na to, jak spravit věci, které jsou v nepořádku, jako u spousty z vás. A hledám podobnosti a rozdíly v řešeních, které se vyvinuly pro základní biologické problémy.
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.
Dnes jsem tu proto, abych se ohradila, že to není v žádném případě jenom nějaká akademická hříčka pro pár vyvolených na univerzitách, ale široká studie napříč druhy, typy tkání a orgánů což může zprostředkovat nový pohled s přímými důsledky pro lidské zdraví. A to platí jak pro můj nedávný projekt o tom, jak se liší mozek mezi pohlavími, tak pro mou vyspělejší práci o anatomii a funkci penisu. A teď už víte, proč jsem na večírcích tak zábavná.
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.
(Smích)
(Laughter)
Dnes Vám uvedu příklad z mé studie o penisu, abych Vám ukázala, jak znalost získaná zkoumáním jednoho orgánového systému nám pomohla pochopit uplně jiný. Jsem přesvědčená že všichni z vás to už určitě vědí -- jenže jsem to musela minulý týden vysvětlit mému devítiletému dítěti -- penis je struktura sloužící k přenosu spermatu od jednoho jedince k druhému. A ten slajd za mnou to je jen zlomek toho jak moc rozmanité v živočišné říši jsou. Existuje nespočet anatomických variant. naleznete různé svalové trubice, modifikované končetiny a ploutve, stejně jako topořivý masitý válec savců který tak dobře všichni známe -- nebo přinejmenším polovina z Vás
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.
(Smích)
(Laughter)
A já si myslím, že to, že se setkáváme s tolika úžasnými variantami je to, že je to velice efektivní řešení úplně základního biologického problému, a sice dostat sperma tam, kde se setká s vajíčky a vytvoří zárodky. Penis v podstatě není třeba pro oplodnění uvnitř těla ale když už se interní oplodnění vyvine, penis často následuje.
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.
A otázka, kterou většinou dostávám, když začnu mluvit tady o tom, je: "Jakto, že se o to tolik zajímáš?" a odpověd zní -- kostra. Nevěřili byste, kolik mají kostra a penis společného. A to proto, že máme tendenci kostru považovat za pevnou a neohebnou soustavu, která poskytuje rychlost a sílu. Můj první průnik do biologického výzkumu, zabývajíce se paleontologií ještě jakožto univerzitní student, se opravdu nesl přesně v tomto duchu.
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.
Ale v momentě, kdy jsem dokončovala doktorát z biomechaniky, jsem hrozně chtěla najít dizertační projekt, který by rozšířil naše znalosti kosterních funkcí. Vyzkoušela jsem hromadu různých věcí. Spousta z nich nikam nevedla. Ale jednoho dne jsem začala přemýšlet o penisech savců. A ty mají opravdu zvláštní strukturu. Předtím, než vůbec mohou být připraveny k vnítřnímu oplodnění, jejich mechanické vlastnosti se musí změnit a to velmi dramatickým stylem. Většinu času je to flexibilní orgán. Snadno se ohýbá. Ale předtím, než je použit během kopulace musí ztvrdnout, a musí být těžké jej ohnout. A co víc...musí taky fungovat. Reprodukční systém, který selže, vyprodukuje jedince, který nemá žádné potomstvo, a takový jedinec je rázem vyřazen z genofondu.
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.
Tak jsem si pomyslela: "Tady máme problém, který přímo volá po kosterním systému -- ne jako je tento, ale jako je tady ten -- protože, z hlediska funkčnosti, je kostra jakýkoliv systém, který poskytuje podporu tkáním a přenáší síly. A já už jsem věděla, že zvířata jako je tato žížala, vlastně většina zvířat, neposkytuje podporu tkáním tak, že by jimi měla potažené kosti. Místo toho jsou spíše jako zesílené balonky naplněné vodou. Používají kostru, kterou nazýváme tzv. hydrostatickou kostrou. Hydrostatická kostra používá dva prvky. Kosterní podpora vychází z interakce mezi stlačenou tekutinou a obklopující tkánovou stěnou která je napnuta a zesílena pomocí fibrilárních (vláknitých) proteinů. Tato interakce je klíčová. bez těchto elementů nemáte žádnou podporu. Když budete mít tekutinu bez stěny, která by jí poskytovala podporu a udržovala tlak, tak dostanete jen louži. A když budete mít jen tu stěnu, bez tekutiny uvnitř, která by ji napínala, tak dostanete jen malý mokrý hadr.
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.
Když se podíváte na penis v průřezu, tak nese spoustu znaků hydrostatické kostry. Obsahuje místo uprostřed složené z houbovité erektivní tkáně která je naplňována tekutinou -- v tomto případě krví -- obklopené stěnou tkáně, která je bohatá na tuhý strukturální protein zvaný kolagen.
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.
Ale v momentě, kdy jsem začala s tímto projektem, nejlepší vysvětlení, které jsem dokázala najít pro erekci, bylo, že se ta stěna obklopila houbovitou tkání, a ta tkáň naplnila krví a tlak vzrostl a voilá -- došlo k erekci.
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.
To mi vysvětlovalo expanzi -- dávalo to smysl: více tekutiny, dostanete tkáň, která se rozpíná -- ale v to podstatě nevysvětlovalo samotnou erekci. V tomto vysvětlení chyběl mechanismus, který by celou strukturu činil těžko ohebnou. Nikdo se do té doby ještě systematicky nezabýval tkáňovou stěnou. Tak jsem si pomyslela, tkáňová stěna je důležitá pro kosterní soustavu. Musí to být součást řešení.
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.
A to byla ta chvíle, kdy můj vedoucí práce řekl: "Hohó! Zadrž. Zpomal." Protože po 6 měsících, kdy jsem o tom neustále mluvila, asi přišel na to, že co se týká penisu, tak to myslím skutečně vážně.
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.
(Smích)
(Laughter)
Posadil si mě a upozornil mě. Něco jako, "Měj se před tím na pozoru. Nejsem si jistý, jestli z toho nakonec něco bude." Protože měl pocit, že se řítím rovnou do pasti. Vzala jsem na sebe společensky žinantní otázku s odpovědí, kterou myslel, že možná nebude nikterak zajímavá. A to bylo proto, že každá hydrostatická kostra, se kterou jsme se doposud v přírodě setkali, obsahovala ty samé základní prvky. Centrální tekutinu, stěnu, která ji obklopovala, a v ní zpevňující vlákna sestavená do zkřížených šroubovic okolo podélné osy kostry.
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.
Takže ten obrázek za mnou ukazuje kousek tkáně v jedné z těch zkřížených šroubovitých kosterních soustav v řezu tak, že vidíte povrch stěny. Ty šipky naznačují onu podélnou osu. Vidíte dvě vrstvy vláken, jednu modrou, druhou žlutou, sestavené pod levo a pravostrannými úhly. A pokud bychom se nedívali jenom na malý kousek těchto vláken, viděli bychom, že se stáčejí do spirály okolo delší kosterní osy -- podobně jako čínská pastička na prsty, do které strčíte prst a ten se v ní zasekne.
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.
A tyto kostry se vyznačují určitým chováním, které Vám budu demonstrovat. Toto je model kostry kterou jsem vyrobila z kusu látky a obalila jí nafouknutý balonek. Látka je šikmo střižená. Takže vidíte že vlákna se balí do spirál a taková vlákna se mohou přeorientovat spolu s pohybem kostry což znamená, že kostra je flexibilní. Prodlužuje se, zkracuje a ohýbá opravdu snadno v závislosti na vnitřních či vnějších silách.
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.
A teď ta obava mého vedoucího: co když ta tkánová stěna penisu je úplně stejná jako kterákoliv jiná hydrostatická kostra. Čím chcete přispět? Čím novým chcete přispět k naší znalosti biologie? A já si pomyslela, "Jo, to je dobrá poznámka." Přemýšlela jsem o tom dlouho a dlouho. A jedna věc mě pořád hryzala, a to, že když penis plní svoji funkci, tak se nekroutí. (Smích) Takže se tam musí dít něco zajímavého.
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.
Tak jsem se do toho pustila, sesbírala tkáně, připravila tak, aby byly v erekci, vypreparovala a vrazila pod mikroskop plná očekávání, že uvidím nějakou variaci na křížené šroubovice kolagenu. Ale místo toho jsem uviděla tohle. Tady je vnější vrstva a vnitřní vrstva. Šipky znázorňují podélnou osu.
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.
Byla jsem velmi překvapena. Každý, komu jsem to ukázala byl tímto velmi překvapený. Proč tím byl každý překvapený? Protože jsme teoreticky věděli, že v hydrostatické kostře jsou vlákna uspořádána jiným způsobem, a to bylo s vlákny pod nulovým úhlem a pravým úhlem k podélné ose dané struktury. Jenže do té doby to nikdo v přírodě ještě neviděl. A najednou já jsem se na něco takového dívala.
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.
Taková vlákna s takovou konkrétní oriantací dávají kostře velmi, velmi odlišné vlastnosti. Ukáži Vám model vyrobený z přesně těch samých materiálů. Bude to vyrobeno z té samé bavlněné látky, ten samý balonek, ten samý vnitřní tlak. S jediným rozdílem, že vlákna jsou uspořádána jinak. a uvidíte, že narozdíl od toho spirálového modelu, je tento model odolný k rozpínání a smršťování a ohýbání.
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.
To nám říká, že stěnové tkáně dělají mnohem víc než že jen kryjí tkáně cévní. Jsou integrální součástí penisu. Kdyby okolo erektivní tkáně nebyla stěna, kdyby nebyla zesílena tímto způsobem, ten tvar by se změnil, ale zvětšený penis by byl náchylný k ohybu, a erekce by jednoduše nefungovala.
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.
Vychází to ze zřejmých medicínských pozorování také v lidském těle, ale platí to i v širším smyslu, tím myslím návrh prostetických pomůcek, tzv. měkkých robotů, v podstatě čehokoliv kde je změna tvaru a tuhost důležitá.
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.
Abych to shrnula: před 20 lety, mi univerzitní poradce řekl, když jsem šla na vysokou, a řekla mu: "Zajímám se o anatomii" a on na to: "Anatomie je mrtvá věda." Nemohl se mýlit víc. Skutečně věřím, že se stále máme co učit o normální struktuře a funkcích našich těl. Ne jenom jejich genetika a molekulární biologie, ale i tu část z masa a kostí. Jsme limitování časem. Často se soustředíme na jednu nemoc, jeden model, jeden problém, ale podle mé zkušenosti bychom si měli udělat čas a uplatňovat myšlenky šířeji mezi systémy a sledovat, kam nás to až zavede. Koneckonců, pokud nápad s bezobratlými kostrami nám poskytne náhled na fungování reprodukčního systému savců, mohla by tam být spousta dalších slibných návazností, které jen čekají na to, až budou objeveny.
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.
Děkuji.
Thank you.
(Potlesk)
(Applause)