Wenn ich auf einer Party bin, dauert es üblicherweise nicht lange, bis die Leute herausgefunden haben, dass ich Wissenschaftlerin bin und Sex untersuche. Und dann kommen die Fragen. Und die Fragen folgen alle demselben Muster. Sie beginnen immer mit: "Ein Freund hat mir erzählt...", und dann enden sie immer mit "stimmt das etwa?" Und meistens kann ich die Fragen sogar beantworten, aber manchmal muss ich einfach sagen, "Tut mir wirklich leid, aber das weiß ich nicht, denn ich bin keine solche Ärztin."
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."
Das heißt, ich bin keine Medizinerin, sondern komparative Biologin, die Anatomie erforscht. Ich schaue mir viele verschiedene Tierspezies an und versuche die Funktionsweise ihrer Gewebe und Organe herauszufinden, wenn alles noch funktioniert, anstatt herauszufinden, wie man Dinge repariert, wenn sie nicht mehr funktionieren, wie es so viele von Ihnen tun. Und ich suche nach den Ähnlichkeiten und Unterschieden in den Lösungen, die sich für grundlegende biologische Probleme entwickelt haben.
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.
Heute möchte ich darlegen, dass dies gar kein esoterisches, weltfremdes Vorhaben ist, welches wir an unseren Universitäten vorfinden, sondern dass breite Studien über Spezies, Gewebearten und Organapparate zu Erkenntnissen führen können, die direkte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Und das trifft sowohl auf mein aktuelles Projekt zu, in dem es um Geschlechterunterschiede im Gehirn geht, als auch meine etwas reifere Arbeit über die Anatomie und Funktion von Penissen. Und jetzt wissen Sie auch, wieso ich auf Parties gern gesehener Gast bin.
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.
(Lachen)
(Laughter)
Heute werde ich Ihnen ein Beispiel aus meiner Penis-Forschung geben, um Ihnen zu zeigen, wie Wissen, das beim Untersuchen eines Organapparats gewonnen wird, Erkenntnisse für einen ganz anderen liefern kann. Dem Publikum muss ich es ja wohl nicht weiter erklären – letzte Woche musste ich es meiner Neunjährigen erklären – Penisse sind Strukturen, die Spermien von einem Individuum zu einem anderen transportieren. Und auf der Folie hinter mir sehen Sie nur einen winzigen Teil der zahlreichen Varianten in der Tierwelt. Die anatomische Variation ist enorm. Es gibt Muskelschläuche, modifizierte Beine, modifizierte Flossen, und natürlich den fleischigen, aufpumpbaren Zylinder der Säugetiere, mit dem wir alle vertraut sind – oder zumindest die Hälfte von Ihnen.
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.
(Lachen)
(Laughter)
Und diese unglaubliche Vielfalt sehen wir, weil sie eine sehr effektive Lösung für ein sehr grundlegendes biologisches Problem ist, denn die Spermien müssen in der Lage sein, zu den Eiern zu gelangen und Zygoten formen zu können. Der Penis selbst wird für interne Befruchtung gar nicht gebraucht, aber wenn die Evolution interne Befruchtung entwickelt, bringt das oft den Penis mit sich.
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.
Und die häufigste Frage, wenn ich anfange, darüber zu reden, ist: "Woher kommt denn dein Interesse für dieses Feld?" Und die Antwort sind Skelette. Man würde nicht annehmen, dass Penisse und Skelette sehr viel miteinander zu tun haben. Das liegt nämlich daran, dass wir bei Skeletten gern an steife Hebelsysteme denken, die Geschwindigkeit oder Kraft bewirken. Und meine ersten Ausflüge in biologische Forschung zur Dinosaurier-Paläontologie in meinem ersten Studium lagen voll und ganz in diesem Bereich.
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.
Aber als ich im Aufbaustudium Biomechanik studierte, wollte ich ein Dissertationsprojekt finden, das unser Wissen über Skelettfunktionen wirklich erweitern würde. Ich verfolgte eine Menge Ansätze. Und einiges davon ging nicht gut aus. Aber eines Tages begann ich, über den Säugetierpenis nachzudenken. Und er hat wirklich eine seltsame Struktur. Bevor er für die interne Befruchtung einsatzbereit ist, muss sein mechanisches Verhalten sich erst auf dramatische Weise ändern. Die meiste Zeit ist er ein flexibles Organ. Leicht zu biegen. Aber bevor er zur Kopulation zum Einsatz gebracht wird, muss er fest werden, schwer zu verbiegen. Und dann muss er immer noch funktionieren. Ein reproduktives System, das beim Einsatz versagt, produziert ein Individuum, das sich nicht fortpflanzen kann, und das Individuum wird dann aus dem Genpool geworfen.
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.
Also dachte ich mir: "Dieses Problem schreit nahezu nach einem Skelettsystem – nicht einem wie diesem, eher einem wie diesem – denn von der Funktion her ist ein jedes System ein Skelett, das Gewebe stabilisiert und Kräfte überträgt. Und ich wusste bereits, dass Tiere wie der Regenwurm hier, oder sogar die meisten Tiere ihre Gewebe nicht stabilisieren, indem sie sie über Knochen spannen. Sie haben eher den Charakter von verstärkten Wasserbomben. Sie haben ein Skelett, das wir Hydroskelett nennen. Und ein Hydroskelett verwendet zwei Elemente. Die Stützfunktion des Skeletts wird durch ein Zusammenspiel einer unter Druck stehenden Flüssigkeit und einer sie umgebenden Gewebewand hergestellt, die durch Faserproteine verstärkt und unter Spannung gehalten wird. Und dieses Zusammenspiel ist essentiell. Ohne beide Elemente funktioniert die Unterstützung nicht. Eine Flüssigkeit ohne eine Wand, die sie umgibt und den Druck aufrechterhält, ist eine Pfütze. Und hat man nur die Wand ohne Flüssigkeiten darin, die die Wand unter Spannung setzen, hat man einen feuchten Lappen.
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.
Schaut man sich einen Penis im Querschnitt an, sieht man viele der typischen Merkmale eines Hydroskeletts. Es gibt eine zentrale Region von schwammigen Schwellkörpern, die sich mit Flüssigkeit füllen – in diesem Fall Blut – und von einer Gewebewand umgeben sind, die mit einem steifen Strukturprotein namens Kollagen angereichert ist.
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.
Aber als ich dieses Projekt begann, war die beste Erklärung, die ich für die Erektion finden konnte, die, dass die Wand diese schwammigen Gewebe umgibt und die schwammigen Gewebe sich mit Blut füllen, der Druck sich erhöht und – voilà! – der Penis erigiert ist.
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.
Und das erklärte für mich auch die Vergrößerung – klar: mehr Flüssigkeiten, mehr expandierende Gewebe – aber es erklärte die Erektion nicht wirklich. Denn es gab in dieser Erklärung keinen Mechanismus, der diese Struktur schwer zu biegen machte. Und niemand hatte sich die Wandgewebe systematisch angeschaut. Also dachte ich mir, in Skeletten sind Wandgewebe wichtig. Sie müssen Teil der Erklärung sein.
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.
Und das war der Moment, an dem mein Studienbetreuer sagte: "Moooment! Moment mal. Warte mal." Denn nach sechs Monaten, die ich darüber geredet hatte, hatte er wohl endlich kapiert, dass es mir mit dieser Penis-Sache ernst war.
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.
(Lachen)
(Laughter)
Also musste ich mich setzen und er warnte mich. Er sagte: "Sei vorsichtig, wenn du diesen Weg wählst. Ich weiß nicht, ob das Projekt funktionieren wird." Denn er hatte Angst, dass ich geradewegs in eine Falle lief. Ich nahm mir eine sozial befremdliche Frage vor mit einer Antwort, die er für nicht sonderlich interessant hielt. Und das lag daran, dass jedes Hydroskelett, das wir bis dato in der Natur gefunden hatten, über dieselben Grundelemente verfügte. Es hatte die Flüssigkeit in der Mitte, die sie umgebende Wand, und die verstärkenden Fasern in der Wand waren in einer Kreuzhelixform um die Längsachse des Skeletts angeordnet.
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.
Das Bild hinter mir zeigt ein Stück solchen Gewebes in einem der Kreuzhelix-Skelette. Sie sehen in diesem Schnitt die Wandoberfläche. Die Pfeile zeigen die Längsachse an. Und Sie können zwei Faserschichten sehen, eine ist blau, die andere gelb, die schräg nach links und rechts ausgerichtet sind. Und wenn wir uns nicht nur ein kleines Segment anschauen würden, würden wir sehen, wie die Fasern in Helixform um die Längsachse des Skeletts verlaufen – ein bisschen wie eine Fingerfalle, wo man die Finger reinsteckt und sie dann steckenbleiben.
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.
All diese Skelette haben besondere Verhaltensmuster, die ich in einem Film demonstrieren werde. Es ist ein Modellskelett, das ich aus einem Stück Stoff gemacht habe, das um einen aufgeblasenen Ballon gewickelt ist. Der Stoff ist diagonal geschnitten. Sie können also die Helixform der Fasern sehen, und diese Fasern ordnen sich bei der Skelettbewegung neu an, das Skelett ist also flexibel. Es verlängert oder verkürzt sich und ist leicht biegbar, wenn externe oder interne Kräfte darauf wirken.
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.
Mein Betreuer hatte die Sorge, dass das Wandgewebe des Penis einfach dem anderer Hydroskelette entspräche. Wie wird dein Beitrag aussehen? Was für eine neue Sache trägst du zu unserem biologischen Wissen bei? Und ich dachte mir: "Ja, da hat er verdammt recht." Also dachte ich darüber sehr, sehr lange nach. Und eine Sache störte mich immer weiter, und zwar, wenn sie funktionieren, dann wackeln Penisse nicht. (Lachen) Da musste also etwas Interessantes passieren.
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.
Ich machte mich also daran, Wandgewebe zu gewinnen, bereitete es so auf, dass es erigiert war, schnitt es auf und präparierte es so, damit ich es mir unter dem Mikroskop anschauen konnte, überzeugt davon, eine Art Kreuzhelixform aus Kollagen vorzufinden. Aber stattdessen sah ich dies. Es gibt eine äußere und eine innere Schicht. Der Pfeil zeigt die Längsachse des Skeletts an.
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.
Das überraschte mich sehr. Alle, denen ich das zeigte, waren darüber wirklich überrascht. Wieso waren alle darüber überrascht? Weil wir wussten, dass es theoretisch noch eine andere Art gab, Fasern in einem Hydroskelett anzuordnen, und zwar mit Fasern, die mit 0° und 90° entlang der Längsachse der Struktur verlaufen. Doch niemand hatte es je zuvor in der Natur gesehen. Und jetzt hatte ich so etwas vor mir.
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.
Diese Fasern in dieser Ausrichtung verleihen dem Skelett ein sehr, sehr anderes Verhalten. Ich werde Ihnen ein Modell zeigen, das aus denselben Materialien gemacht ist. Es ist also aus demselben Baumwollgewebe, demselben Ballon, mit demselben Innendruck. Der einzige Unterschied ist der, dass die Fasern anders angeordnet sind. Und hier sehen Sie, dass im Gegensatz zur Kreuzhelix das Modell dem Ziehen und Stauchen widersteht, wie auch dem Verbiegen.
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.
Das sagt uns, dass die Wandgewebe viel mehr Funktionen haben, als nur die Gefäßgewebe zu bedecken. Sie sind ein fester Teil des Penisskeletts. Wenn die Wand um das erektile Gewebe nicht da wäre, wenn sie nicht so verstärkt wäre, dann würde sich die Form ändern, aber der geschwollene Penis wäre biegsam und die Erektion würde einfach nicht funktionieren.
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.
Diese Beobachtung hat offensichtliche medizinische Anwendungen bei Menschen, aber ich denke, sie ist auch in einem weiteren Sinne wichtig, wenn es um das Design von Prothesen, weichen Robotern geht, im Prinzip allem, wo Änderungen in der Form und Steifheit wichtig sind.
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.
Ich fasse zusammen: Vor zwanzig Jahren sagte mir ein Studienbetreuer, als ich an der Uni auftauchte und sagte: "Ich bin irgendwie an Anatomie interessiert", "Anatomie ist eine tote Wissenschaft." Er hätte nicht weiter daneben liegen können. Ich glaube fest, dass wir noch viel zu lernen haben, was die normale Struktur und Funktion unserer Körper angeht. Nicht nur über seine Genetik und Molekularbiologie, sondern am fleischigen Ende der Skala. Unsere Zeit ist begrenzt. Oft konzentrieren wir uns auf eine Krankheit, ein Modell, ein Problem, aber meine Erfahrung sagt mir, dass wir uns die Zeit nehmen sollten, Ideen systemübergreifend anzuwenden, einfach um zu schauen, wohin wir so kommen. Denn wenn uns Ideen über wirbellose Skelette Erkenntnisse über die reproduktiven Systeme von Säugetieren geben können, dann warten vielleicht viele andere verrückte und produktive Verbindungen da draußen darauf, von uns gefunden zu werden.
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.
Danke.
Thank you.
(Beifall)
(Applause)