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."
כשאני הולכת למסיבות, זה בדרך כלל לא לוקח לאנשים הרבה זמן לגלות שאני מדענית ושאני חוקרת סקס. ואז השאלות מגיעות. ולשאלות יש בדרך כלל נוסח מאוד קבוע. הן מתחילות עם המילים: "חבר אמר לי," והן מסתיימות עם המילים: "האם זה נכון?" וברוב הפעמים אני שמחה להגיד, שאני יכולה לענות להם, אבל לפעמים אני צריכה להגיד, "אני ממש מצטערת, אבל אני לא יודעת מכיוון שאני לא סוג כזה של דוקטור."
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.
אני מתכוונת, אני לא קלינאית, אני עוסקת בביולוגיה השוואתית החוקרת אנטומיה. והעבודה שלי היא לבחון הרבה מינים של חיות ולנסות להבין איך הרקמות שלהם והאברים שלהם פועלים כשהכל בסדר, במקום לנסות להבין איך לתקן דברים שמתקלקלים, כמו רבים מכם. ומה שאני עושה זה למצוא את הדומה והשונה בפתרונות שהתפתחו לבעיות ביולוגיות בסיסיות.
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.
אז היום אני פה לטעון שזה בכלל לא פעילות השמורה לאליטה שאנחנו מוצאים באוניברסיטאות שלנו, אלא שמחקר מקיף הבוחן מינים שונים, סוגי רקמות ומערכות אברים, יכול ליצר תובנות שיש להן השלכות ישירות לבריאות האנושית. וזה נכון גם לפרוייקט האחרון שלי על ההבדלים במוח של זכר ונקבה, וגם לפרוייקט קודם שלי על האנטומיה ופונקציונליות של הפין. ועכשיו אתם יודעים למה כיף איתי במסיבות.
(Laughter)
(צחוק)
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.
אז היום אני אתן דוגמה שנובעת ממחקר הפין שלי כדי להראות איך ידע שנובע ממחקרים של מערכת אברים אחת מספק תובנות על אחרת לגמרי. עכשיו אני בטוחה כמו שכל אחד בחדר הזה יודע -- הייתי צריכה להסביר את זה לבן התשע שלי בשבוע שעבר -- פינים הם אברים שמעבירים זרע מאדם אחד לשני. והשקופית מאחורי בקושי מגרדת את פני השטח בכמה הם נפוצים בעולם החי. יש כמות אדירה של שונות אנטומית. אתם מוצאים צינוריות שריריות, רגליים שעברו שינוי, סנפירים שעברו שינוי, כמו גם צינור בשריי מתנפח של יונק שכולנו מכירים -- או לפחות חצי מכם.
(Laughter)
(צחוק)
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.
ואני חושבת שאנחנו רואים את המגוון העצום הזה מפני שזה פיתרון ממש יעיל לבעיה ביולוגית ממש בסיסית, וזה להביא זרע למצב שהוא יפגוש את הביצית ויצור זיגוט. עכשיו הפין לא ממש נחוץ להפרייה פנימית, אבל כשהפריה פנימית מתפתחת, פינים בדרך כלל עוקבים.
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.
והשאלה שאני נשאלת הכי הרבה כשאני מתחילה לדבר על הנושא הזה, "מה גרם לך להתעניין בנושא הזה?" והתשובה היא שלדים. לא הייתם חושבים שלשלדים ופינים יש קשר בינהם. וזה מפני שאנחנו נוטים לחשוב על שלדים כמערכות תמיכה קשיחות שמייצרות מהירות וכוח. והנסיונות הראשונים שלי במחקר ביולוגי, כשהתעסקתי בפלאונטולוגיה של דינוזאורים כמועמדת לתואר, היו מאוד ממש בתחום הזה.
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.
אבל כשהמשכתי לתואר שני ללמוד ביומכאניקה, ממש רציתי למצוא נושא לתזה שירחיב את הידע שלנו בפונקציונליות השלד. ניסיתי הרבה דברים. הרבה מזה לא הצליח. אבל אז יום אחד התחלתי לחשוב על פינים של יונקים. וזה באמת סוג של מבנה מוזר. לפני שאפשר להשתמש בו להפריה פנימית, ההתנהגות המכאנית שלו צריכה להשתנות באופן מאוד דרמטי. רוב הזמן זה אבר גמיש. קל לקפל אותו. אבל לפני שימוש בזמן הזדווגות הוא צריך להפוך לקשיח, הוא צריך להיות קשה לכיפוף. ויותר מזה, הוא צריך לעבוד. מערכת רביה שכושלת לעבוד יוצרת אדם שאין לו צאצאים, והאדם הזה נזרק ממאגר הגנים.
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.
אז חשבתי, "הנה בעיה שפשוט מתחננת לפיתרון שלדי -- לא אחד כמו זה, אלא אחד כמו זה -- מפני, שפונקציונלית, שלד הוא כל מערכת שתומכת ברקמה ומעביר כוח. וכבר ידעתי שחיות כמו התולעת הזו, בעצם רוב החיות, לא תומכות ברקמות שלהן על ידי כריכתן מסביב לעצם. במקום זה הם יותר כמו בלוני מים מחוזקים. הם משתמשים בשלד שאנחנו קוראים לו שלד הידרוסטטי. ושלד הידרוסטטי משתמש בשני אלמנטים. התמיכה השלדית מגיעה משיתוף בין נוזל בלחץ וקיר מקיף של ריקמה שמוחזקת במתח ומחוזקת עם חלבונים סיביים. והאינטראקציה היא קריטית. בלי שני האלמנטים אין תמיכה. אם יש נוזל בלי קיר שמקיף אותו ושומר על הלחץ, יש לכם שלולית. ואם יש לכם רק את הקיר בלי נוזל בתוכו כדי למתוח את הקיר, יש לכם סמרטוט רטוב קטן.
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.
כשאתם מביטים בחתך רוחב של הפין, יש בו הרבה מהמאפיינים של שלד הידרוסטטי. יש לי חלל מרכזי של רקמת זקפה ספוגית שמתמלאת בנוזל -- במקרה הזה דם -- שמוקפת בקיר של רקמה שעשירה בחלבון מבני קשיח שנקרא קולגן.
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.
אבל בזמן שהתחלתי את הפרוייקט, ההסבר הטוב ביותר שיכולתי למצוא לזקפה היה שהקיר מקיף את הרקמה הספוגית הזו, והרקמה הספוגית התמלאה בדם והלחץ עולה והנה! הוא זקוף.
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.
וזה הסביר לי את ההתרחבות -- זה הגיוני: יותר נוזל, אתם מקבלים רקמה שמתרחבת -- אבל לא ממש הסברתי את הזקפה. מפני שלא היה מכאניזם בהסבר הזה להפיכת המבנה הזה קשה לכיפוף. ואף אחד לא חקר בשיטתיות את קיר הרקמה. אז חשבתי, רקמת קיר היא חשובה בשלדים. היא חייבת להיות חלק מההסבר.
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.
וזו היתה הנקודה בה יועץ התואר שלי אמר, "וואו! חכי רגע. תאטי." מפני שאחרי שישה חודשים שדיברתי על זה, אני חושבת שהבנו סוף סוף שהייתיי באמת רצינית בעניין הפין.
(Laughter)
(צחוק)
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.
אז הוא הושיב אותי, והזהיר אותי. הוא היה כאילו, "תזהרי מללכת בדרך הזו. אני לא בטוח שהפרוייקט הזה יצליח." מפני שהוא פחד שאני נכנסת למלכודת. לקחתי שאלה מביכה חברתית עם תשובה שהוא חשב שאולי לא תהייה ממש מעניינת. וזה היה בגלל שלכל שלד הידרוסטטי שנמצא בטבע עד אז היו את אותם אלמנטים בסיסיים. היה לו נוזל מרכזי, היה לו קיר מקיף, והסיבים המחזקים בקיר היו מסודרים בסלילים אנכיים מסביב לציר הארוך של השלד.
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.
אז התמונה מאחורי מראה פיסה מהרקמה באחד מהשלדים האלה חתוכה כך שאתם מביטים במשטח של הקיר. החץ מראה לכם את הציר הארוך. ואתם יכולים לראות שתי שכבות של סיבים, אחת בכחול ואחת בצהוב, מסודרים בזויות לשמאל ולימין. ואם אתם לא מביטים רק בפיסה קטנה של סיבי השלד, הסיבים האלה יהיו בסלילים מסביב לציר הארוך של השלד -- משהו כמו מלכודת אצבעות סינית, כשאתם מכניסים את האצבעות והן נתקעות.
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.
ולשלדים האלה יש סט התנהגות מיוחד, שאני עומדת להדגים בסרטון. זה שלד מודל שיצרתי מפיסת בד שעטפתי על בלון מנופח. הבד חתוך באלכסון. אז אתם יכולים לראות סיבים עטופים בסלילים, והסיבים האלה יכולים לשנות כיוון כשהשלד זז, מה שאומר שהשלד גמיש. הוא מתארך, מתקצר ומתעקם בקלות בתגובה לכוחות פנימיים וחיצוניים.
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.
עכשיו הדאגה של היועץ שלי היתה מה אם רקמת קיר הפין היא בדיוק כמו כל רקמה בשלד הדרוסטטי. מה אני אתרום? איזה דבר חדש אני אתרום לידע שלנו בביולוגיה? ואני חשבתי, "כן, יש לו נקודה חשובה." אז ביליתי זמן ממש ארוך בלחשוב על זה. ודבר אחד המשיך להטריד אותי, וזה, כשהם פועלים, פינים לא מתפתלים. (צחוק) אז משהו מעניין היה חייב לקרות.
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.
אז המשכתי, אספתי רקמות, הכנתי אותן כך שהן היו זקורות, חילקתי אותן, שמתי על לוחיות זכוכית ואז שמתי אותן תחת המקרוסקופ כדי לראות, בצפייה מלאה לראות סלילים מאונכים של קולגן מסוג כלשהו. אבל במקום זה ראיתי את זה. יש שכבה חיצונית ושכבה פנימית. החץ מראה את הציר הארוך של השלד.
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.
באמת הייתי מופתעת מזה. כל מי שהראתי לו את זה היה ממש מופתע מזה. למה כולם היו מופתעים? זה מפני שידענו תאורטית שהיתה דרך אחרת לסדר סיבים בשלד הידרוסטטי, וזה היה עם סיבים באפס מעלות ו90 מעלות לציר הארוך של המבנה. העניין הוא, אף אחד לא ראה את זה קודם לכן בטבע. ועכשיו הסתכלתי על אחד.
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.
הסיבים האלה בסידור המסויים הזה נותנים לשלד התנהגות שונה לחלוטין. אני אראה לכן מודל עשוי בדיוק מאותם חומרים. אז הוא יהיה עשוי מאותו בד כותנה, אותו בלון, אותו לחץ פנימי. אבל ההבדל היחיד הוא שהסיבים מסודרים אחרת. ואתם תראו, שבניגוד למודל הסלילי, המודל מתנגד למתיחה וכיווץ ונוגד כיפוף.
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.
עכשיו מה שזה אומר לנו זה שרקמות הקיר האלה עושות הרבה יותר מאשר רק לכסות את רקמת כלי הדם. הן חלק אינטגרלי של שלד הפין. אם הקיר מסביב לרקמת הזקפה לא היה שם, אם הוא לא היה מחוזק בדרך הזו, הצורה היתה משתנה, אבל הפין המנופח לא היה מתנגד לכיפוף, והזקפה פשוט לא היתה עובדת.
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.
זו אבחנה עם השלכות רפואיות ברורות גם באנשים, אבל זה גם רלוונטי במובן הרחב, אני חושבת, לתיכנון של תותבות, רובוטים רכים, בעיקרון כל דבר בו שינויים בצורה ובקשיחות חשובים.
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.
אז לסיכום: לפני עשרים שנה, היה לי יועץ בקולג' שאמר לי, כשהלכתי לקולג' ואמרתי, "אני סוג של מתעניינת באנטומיה," הם אמרו, "אנטומיה היא מדע מת." הוא לא היה יכול להיות טועה יותר. אני באמת מאמינה שיש לנו עוד הרבה ללמוד על המבנה הרגיל והפעולה של הגוף שלנו. לא רק על הגנטיקה וביולוגיה המולקולרית שלו, אלא כאן למעלה בקצה המלא של המאזניים. יש לנו מגבלות על הזמן שלנו. אנחנו מתרכזים רבות במחלה אחת, מודל אחד בעיה אחת, אבל הנסיון שלי מציע שאנחנו צריכים לקחת את הזמן כדי לישם רעיונות באופן רוחבי בין מערכות ורק לראות לאן זה לוקח אותנו. אחרי הכל, אם רעיונות על שלדים חסרי חוליות יכולים לתת לנו תובנות על מערכות הרביה של יונקים, יכולים להיות עוד הרבה קשרים מועילים ומוזרים שאורבים להם שם בחוץ ורק מחכים להתגלות.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)