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."
Quando sono a una festa, la gente in breve tempo scopre che sono una ricercatrice, e mi occupo di sesso. E da quel momento ... iniziano le domande, che di norma hanno una forma precisa. iniziano con la frase: "Un mio amico mi ha detto che... " e finiscono con: "Ma è vero?" Nella maggior parte dei casi, per fortuna, sono in grado di dare una risposta, ma a volte devo dire loro che mi spiace davvero, ma non posso rispondere perché non sono un medico.
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.
Non curo le persone, sono una biologa comparativa che fa ricerca anatomica. Il mio lavoro consiste nel confrontare molte specie di organismi viventi diversi tra di loro e cerco di capire come funzionano organi e tessuti quando tutto va bene, non studio le disfunzioni o le soluzioni a eventuali disfunzioni, come invece molti di voi. Osservo analogie e differenze nel modo in cui gli organismi viventi si sono evoluti per risolvere alcune problemi biologici di fondo.
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.
E oggi sono qui per sostenere che tutto ciò non è, o non del tutto, un'attività di speculazione fine a se stessa, tra élite accademiche; questa ampia ricerca sulle specie, gli apparati e i tessuti può produrre scoperte che hanno un impatto diretto sulla salute umana. È il caso del progetto a cui ho lavorato recentemente sulle differenze sessuali a livello cerebrale, e lo studio, più completo, sull'anatomia e la funzione dei peni. Ora capite perché sono l'anima delle feste.
(Laughter)
(Risate)
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.
Bene, oggi vi mostrerò un esempio tratto dalla mia ricerca sull'anatomia del pene per dimostrarvi come la conoscenza prodotta dallo studio di un organo abbia contribuito alla comprensione di altri organi molto diversi. Sono sicura che tutti voi del pubblico lo sapete già - a mia figlia di nove anni l'ho dovuto spiegare la scorsa settimana - i peni sono strutture che trasportano lo sperma da un soggetto all'altro. La diapositiva che vedete alle mie spalle mostra a malapena quanto questa struttura sia diffusa negli animali. Esiste un'enorme varietà anatomica: muscoli tubolari, arti inferiori modificati, pinne modificate e nei mammiferi quel corpo cilindrico carnoso, in grado di gonfiarsi, che tutti -- beh, almeno il 50% di tutti voi -- conosce.
(Laughter)
(Risate)
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.
E credo che la straordinaria varietà di questa soluzione sia spiegata dall'efficacia nel risolvere un problema biologico di base, cioè far entrare in contatto lo sperma con l'uovo da fecondare, formando gli zigoti. Il pene, dunque, in realtà non è indispensabile alla fecondazione interna, ma quando in natura si sviluppa la fecondazione interna il pene spesso compare.
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.
La domanda che mi fanno più spesso quando inizio a parlare di queste cose è: "Cosa ti ha portato ad interessarti a questa materia?" La risposta è... gli scheletri! Non pensereste mai che lo scheletro e il pene abbiano così tanto in comune. Questo perché tendiamo a immaginare lo scheletro come a un sistema rigido di sostegno che genera velocità o potenza. E i miei primi passi nella ricerca biologica, studiando i fossili dei dinosauri quando ero all'Università, andavano esattamente in questa direzione.
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.
Ma quando ho iniziato la specializzazione post-laurea per studiare biomeccanica, volevo assolutamente trovare un soggetto per la tesi che ampliasse la nostra conoscenza sulla funzione dello scheletro. Ho provato varie cose. Molte di esse non hanno avuto seguito. Poi, un giorno, ho iniziato a pensare al pene dei mammiferi. Beh, ha veramente una struttura singolare. Per consentire la fecondazione interna, il suo comportamento meccanico deve cambiare in maniera sorprendente. Per la maggior parte del tempo è un organo flessibile, che si piega con facilità. Ma prima di assolvere alla sua funzione, durante l'accoppiamento deve diventare rigido, difficile da piegare. E oltre a ciò, deve funzionare bene. Un apparato riproduttivo che non funziona forma un essere vivente che non avrà discendenti, che presto sarà buttato fuori dal pool genico.
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.
Così ho pensato: "Ecco un caso che necessita di uno scheletro". Non una struttura come questa, ma una come questa, perché dal punto di vista funzionale si può chiamare scheletro qualsiasi sistema sorregga i tessuti e trasmetta energia. Sapevo già che negli organismi viventi, come questo lombrico, - beh, di fatto nella maggior parte degli animali - i tessuti non sono attaccati e sorretti dalle ossa. Somigliano invece a dei palloncini rinforzati. Questi organismi hanno una struttura scheletrica chiamata scheletro idrostatico. Il funzionamento di uno scheletro idrostatico si basa su due elementi. La funzione di sostegno deriva dall'interazione tra un liquido sotto pressione e una parete di tessuto circostante mantenuta in tensione e rinforzata da proteine fibrose. E questa interazione è indispensabile. Devono essere presenti entrambi gli elementi. Se è presente solo il liquido senza un involucro che lo contenga e mantenga alta la pressione, il risultato è una pozza. Se invece c'è solo l'involucro senza un liquido all'interno che lo tenga in tensione, il risultato è un cencio inzuppato.
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.
Se si osserva la sezione trasversale di un pene, è possibile notare molte delle caratteristiche tipiche di uno scheletro idrostatico. C'è un corpo cavernoso centrale composto da tessuto erettile spugnoso che si riempie di liquido, in questo caso sangue, e al suo esterno una parete di tessuto ricca di collagene, una proteina strutturale che conferisce rigidità.
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.
All'inizio di questa mia ricerca, la spiegazione più plausibile che mi ero data per spiegare l'erezione era che l'involucro avvolge questo corpo spugnoso, questo corpo spugnoso si riempie di sangue, la pressione aumenta e... voilà! Eccolo in erezione!
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.
In realtà, questo mi spiegava l'aumento di volume: con l'afflusso di liquido, i tessuti si dilatano. Aveva senso. Ma non spiegavo l'erezione. Non era, cioè, ancora chiaro il meccanismo che rende il pene eretto difficile da piegare. Nessuno aveva mai studiato l'involucro in modo sistematico. Così mi sono detta, l'involucro è una parte importante nello scheletro, dev'essere per forza parte in causa nell'erezione.
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.
E arrivati a questo punto il mio relatore mi disse: "Alt! Ferma, non correre". Dopo avermi sentito parlare per quasi 6 mesi di queste cose, penso che alla fine abbia capito che avevo preso davvero sul serio la faccenda del pene.
(Laughter)
(Risate)
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.
Così mi ha fatto sedere e mi ha messa in guardia, dicendo più o meno: "Fai attenzione, perché non sono sicuro che porti a qualche risultato". Temeva che potessi cadere in una trappola. Mi stavo imbarcando in un argomento socialmente imbarazzante, che avrebbe potuto dare un risultato a suo avviso non particolarmente interessante. Questo perché tutti i tipi di scheletro idrostatico esistenti in natura e scoperti fino a quel momento presentavano gli stessi elementi di base: un fluido centrale, e un involucro circostante costituito da fibre di rinforzo disposte a eliche incrociate lungo tutto l'asse dello scheletro.
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.
L'immagine alle mie spalle mostra un campione di tessuto proveniente da uno scheletro di questo tipo. La sezione che vedete rappresenta la superficie dell'involucro. Le frecce indicano l'asse longitudinale. Potete vedere due strati di fibre, uno blu e uno giallo, disposti in modo da formare angoli orientati a sinistra e a destra. Ma se vi mostrassi una sezione più grande vedreste le fibre avvolgersi come spirali lungo tutto l'asse dello scheletro, come nelle manette cinesi dove infili le dita e le dita rimangono intrappolate.
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.
Bene, questi tipi di scheletro si comportano in maniera singolare, come questa clip vi dimostrerà. Ho riprodotto uno scheletro con un pezzo di stoffa avvolto intorno ad un palloncino. La stoffa è tagliata in diagonale. Come vedete, le fibre avvolgono il palloncino creando delle spirali, e a seconda di come lo scheletro si muove le fibre si riorientano. Ciò signfica che lo scheletro è flessibile: si può allungare, accorciare e piegare senza difficoltà in risposta a forze interne o esterne.
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.
Ma la preoccupazione del mio relatore era: cosa succede se il tessuto del pene è esattamente uguale a qualsiasi altro scheletro idrostatico? Quale contributo darà questa ricerca? Quale sarà il tuo contributo originale alle nostre conoscenza della biologia? Ho riflettuto e, sì, la sua obiezione era sicuramente corretta, quindi continuai a pensarci a lungo. Ma c'era qualcosa che continuava ad assillarmi, ed era il fatto che, quando è in erezione, il pene non ondeggia. (Risate) Doveva per forza essere all'opera qualche fenomeno interessante.
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.
Così sono andata avanti, ho raccolto del tessuto, l'ho preparato in modo che fosse teso come in erezione, l'ho sezionato, trasferito su un vetrino e poi l'ho infilato sotto il microscopio per analizzarlo, sicura di vedere fibre di collagene disposte a eliche incrociate. E invece ho visto questo: uno strato esterno e uno interno. Le frecce indicano l'asse longitudinale dello scheletro.
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.
Ero molto sorpresa, e tutti quelli a cui l'ho mostrato restavano davvero sorpresi. Perché? Perché ipotizzavamo che le fibre di uno scheletro idrostatico fossero disposte diversamente, ovvero parallele tra di loro e perpendicolari all'asse longitudinale della struttura. Nessuno aveva mai visto una cosa simile in natura. E ora lo stavo vedendo io.
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.
Orientate così, quelle fibre conferiscono allo scheletro un comportamento del tutto diverso. Vi mostrerò un nuovo modello, fatto esattamente con gli stessi materiali. Quindi stesso tipo di tessuto in cotone, stesso palloncino, stessa pressione interna. L'unica differenza è che le fibre sono orientate in modo diverso. Come vedete, a differenza del modello a eliche incrociate, questo modello resiste alla trazione e alla contrazione e non si flette.
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.
Questo ci rivela che il tessuto dell'involucro è molto di più di un semplice rivestimento del tessuto vascolare. È parte integrante dello scheletro del pene. Se non ci fosse involucro attorno al tessuto erettile e se questa parete non fosse rinforzata in questo modo, la forma cambierebbe, ma il pene gonfio si piegherebbe e l'erezione semplicemente non funzionerebbe.
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.
Questo è un risultato che può chiaramente avere applicazione in campo medico anche per gli esseri umani, ma penso che la sua utilità si possa estendere anche alla progettazione di protesi, robot morbidi, praticamente qualsiasi cosa in cui alterazioni della forma e rigidità sono elementi importanti.
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.
Concludo con un aneddoto: vent'anni fa un tutor all'università, quando mi sono iscritta e ho detto: "Mi piacerebbe fare anatomia", mi rispose: "L'anatomia è una scienza morta!" Si sbagliava di grosso. Sono davvero convinta che abbiamo ancora molto da imparare sulla struttura e le funzioni normali del nostro corpo, e non solo sulla genetica e la biologia molecolare, ma sulla "carne", sulla struttura anatomica del corpo. Oggi abbiamo dei limiti: spesso ci concentriamo su una malattia, un modello, un problema. Ma l'esperienza mi dice che dovremmo provare ad applicare le nostre conoscenze spaziando tra i vari sistemi e vedere dove questo ci porta. Dopotutto, se ciò che sappiamo sugli scheletri degli invertebrati può offrirci informazioni sul sistema riproduttivo dei mammiferi, potrebbero esserci tante altre fruttuose e inesplorate connessioni, là fuori, pronte ad essere scoperte.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)