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."
Als ik naar een feestje kom, duurt het meestal niet erg lang voordat mensen erachter komen dat ik wetenschapper ben en seks bestudeer. Vervolgens komen de vragen los. Die vragen hebben doorgaans een eigenaardige opbouw. Ze beginnen met de woorden: "Ik hoorde van een vriend ..." en eindigen met de woorden: "... is dat waar?" En meestal kan ik ze beantwoorden, maar soms moet ik zeggen: "Het spijt me echt, maar ik weet het niet; ik ben geen dokter maar een doctor."
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.
Dat wil zeggen: ik ben geen arts, maar een vergelijkend biologe die anatomie bestudeert. Ik kijk beroepsmatig naar veel verschillende soorten dieren en probeer te begrijpen hoe hun weefsels en organen werken wanneer alles goed gaat, in plaats van dingen proberen te repareren als het mis gaat, zoals velen van jullie doen. Ik zoek naar overeenkomsten en verschillen in de oplossingen die ze geëvolueerd hebben voor fundamentele biologische problemen.
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.
Vandaag wil ik betogen dat dit beslist geen esoterische ivoren toren-activiteit is die we op onze universiteiten vinden, maar dat brede studie van allerhande soorten, weefseltypen en orgaansystemen inzichten kan opleveren met directe implicaties voor de menselijke gezondheid. Dat geldt zowel voor mijn recente project over geslachtsverschillen in de hersenen, en mijn volwassener werk over de anatomie en functie van penissen. Nu weet je dus waarom ik populair ben op feestjes.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Ik ga jullie een voorbeeld geven uit mijn penisstudie om jullie te laten zien hoe kennis gehaald uit de studie naar één orgaansysteem, inzichten bood in een heel ander. Nu ben ik zeker, zoals iedereen hier al weet – ik moest het vorige week wel aan mijn negenjarige uitleggen -- penissen zijn structuren die sperma overbrengen van het ene individu naar het andere. De dia achter me geeft slechts een fractie weer van hoe wijdverspreid ze zijn onder dieren. Er bestaat enorm veel anatomische variatie. Je vindt spierbuizen, aangepaste benen, aangepaste vinnen, evenals de vlezige, uitzettende zoogdier-cylinder waar iedereen bekend mee is -- of tenminste de helft van jullie.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Ik denk dat we deze enorme variatie zien omdat het een heel effectieve oplossing is voor een heel basaal biologisch probleem, namelijk om sperma in een positie te krijgen waar het eitjes ontmoet en zygoten vormt. De penis is niet werkelijk nodig voor interne bevruchting, maar wanneer interne bevruchting evolueert, gaat dat vaak gepaard met penissen.
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.
De vraag die ik het vaakst hoor wanneer ik hierover begin te praten is: "Hoe werd je interesse gewekt voor dit onderwerp?" Het antwoord daarop is skeletten. Je zou denken dat skeletten en penissen niet veel met elkaar te maken hebben. Dat komt omdat we skeletten zien als als stijve hefboom-systemen die snelheid en kracht produceren. Mijn eerste uitstapjes in biologisch onderzoek als bachelorstudent actief in dinosaurus-paleontologie, waren duidelijk in die sferen.
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.
Maar toen ik tijdens mijn masteropleiding biomechanica ging studeren, wilde ik per se een dissertatieproject vinden dat onze kennis van skeletfuncties zou vergroten. Ik probeerde een hoop verschillende dingen. Veel daarvan kwam niet van de grond. Maar op een dag begon ik na te denken over de zoogdierpenis. Het is echt een eigenaardige soort structuur. Voordat het gebruikt kan worden voor interne bevruchting, moet zijn mechanische gedrag op zeer dramatische wijze veranderen. De meeste tijd is het een flexibel orgaan. Het buigt gemakkelijk. Maar voordat het gebruikt gaat worden tijdens copulatie moet het stijf worden, moeilijk te buigen. Meer dan dat: het moet werken. Een voortplantingsorgaan dat niet functioneert, produceert een individu zonder nakomelingen, en dat individu verdwijnt daarmee uit de genenpoel.
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.
Dus ik dacht: "Hier is een probleem dat smeekt om een skeletsysteem – niet zo eentje, maar een zoals deze – omdat, in zijn functie, een skelet een systeem is dat weefsel ondersteunt en krachten overbrengt. Ik wist reeds dat dieren als deze regenworm, evenals de meeste dieren, hun weefsels niet ondersteunen door ze over botten te draperen. Ze zijn meer als versterkte waterballonnen. Ze gebruiken een zogenaamd hydrostatisch skelet. Een hydrostatisch skelet benut twee elementen. De skeletfunctie berust op de interactie tussen een vloeistof die onder druk staat en een omhullende weefselwand die onder druk staat en versterkt wordt door vezelachtige proteïnen. De interactie is cruciaal. Zonder beide elementen heb je geen ondersteuning. Als je een vloeistof hebt zonder de omhullende wand die onder druk staat, heb je een plas. Als je alleen de wand hebt, zonder vloeistof binnenin die het zaakje onder druk houdt, dan heb je een vochtig dweiltje.
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.
De doorsnede van een penis heeft veel van de kenmerken van een hydrostatisch skelet. Het heeft een centrale ruimte van sponsachtig erectiel weefsel dat zich met vloeistof vult -– in dit geval bloed –- omgeven door een wand van weefsel die rijk is aan het stijve proteïne collageen.
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.
Maar toen ik met dit project begon, was de beste verklaring die ik kon vinden voor penis-erectie, dat de wand deze sponzige weefsels omsloot en de sponzige weefsels gevuld raakten met bloed en de druk steeg en voilà! ... het zaakje werd stijf.
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.
Dat verklaarde voor mij expansie – logisch: meer vloeistof en je krijgt uitzettende weefsels – maar het verklaarde niet echt een erectie. Er was namelijk geen mechanisme in deze verklaring die de structuur moeilijk buigzaam maakte. En niemand had systematisch naar het wandweefsel gekeken. Dus ik dacht: wandweefsel is belangrijk in skeletten, Het moet deel van de verklaring zijn.
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.
Dat was het punt waarop mijn afstudeerbegeleider zei: "Whoa! Stop. Kalm aan." Want na mij 6 maanden te hebben aangehoord, denk ik dat hij eindelijk begreep dat ik echt verder wilde met het penisverhaal.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Dus ik moest gaan zitten en hij waarschuwde me. Hij zei: "Pas op waar je je in begeeft. Ik ben niet zo zeker dat dit project vruchten gaat afwerpen." Hij was bang dat ik in een val liep. Ik stortte me op een sociaal gênante vraag met een volgens hem wellicht niet zo heel interessant antwoord. Dat kwam omdat ieder hydrostatisch skelet dat we tot die tijd in de natuur hadden gevonden, dezelfde basiselementen had. Het had de centrale vloeistof, de omhullende wand, en de versterkende vezels in die wand in de vorm van kruiselings lopende spiralen rondom de lange as van het skelet.
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.
De foto achter me laat een stuk weefsel zien in een van deze gekruiste, spiraalvormige skeletten, uitgesneden zodat je op het oppervlak van de muur kijkt. De pijl toont je de lange as. Je kan twee lagen vezels zien, één in blauw en één in geel, die respectievelijk naar links en naar rechts lopen. Als dit niet slechts een kleine uitsnede was, zouden deze vezels in spiralen lopen rondom de lange as van het skelet – ... net als een Chinese vingerpuzzel, waarin je vinger vast komt te zitten.
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.
Die skeletten hebben een aantal bijzondere eigenschappen die ik in een filmpje zal demonstreren. Het is een modelskelet dat ik maakte van een stuk stof gewikkeld rond een opgeblazen ballon. De stof is diagonaal op de weefrichting gesneden. Je ziet dat de vezels in spiralen rond de ballon lopen en die vezels veranderen van richting wanneer het skelet beweegt. Het skelet is dus flexibel. Het verlengt zich, verkort zich, en buigt heel makkelijk in respons op interne of externe krachten.
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.
De zorg van mijn afstudeerbegeleider was: stel dat het wandweefsel van de penis op alle andere hydrostatische skeletten lijkt, wat ga je dan bijdragen? Welk nieuw inzicht draag je bij aan ons begrip van biologie? En ik dacht: "Ja, daar zegt hij zo wat." Dus ik dacht hier lang over na. Iets anders wat me dwars zat, was dat wanneer ze functioneren, penissen niet wiebelen. (Gelach) Daar was vast iets interessants aan de gang.
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.
Dus ik ging wandweefsel verzamelen, prepareerde het zodat het overeind was, verdeelde het over een aantal prepareerglaasjes en stopte het onder een microscoop om het te bekijken, in de verwachting gekruiste spiralen van een of andere soort collageen te zien. In plaats daarvan zag ik echter dit. Er is een buitenlaag en een binnenlaag. De pijl laat de lengterichting zien van het skelet.
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.
Ik stond echt versteld. Iedereen die ik dit liet zien, stond versteld hierover. Waarom? Dat komt omdat we allemaal theoretisch weten dat er een andere manier was om vezels in een hydrostatisch skelet te positioneren, namelijk met vezels op 0 graden en vezels op 90 graden ten opzichte van de lange as. Het punt is, dat niemand dit ooit had gezien in de natuur. Nu keek ik ernaar.
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.
Die vezels in precies deze positionering maken dat het skelet zich heel anders gedraagt. Ik laat je een model zien dat van precies dezelfde materialen is gemaakt: dezelfde soort doek. dezelfde ballon, dezelfde interne spanning. Het enige verschil is dat de vezels anders gepositioneerd zijn. En je ziet dat, in tegenstelling tot het gekruiste spiralenmodel, dit model uitzetting en contractie weerstaat en niet makkelijk buigt.
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.
Dat vertelt ons dat wandweefsel zoveel meer doet dan enkel het vasculaire weefsel bedekken. Het is een integraal deel van het penis-skelet. Als de wand rondom het erectieweefsel er niet zou zijn, als het niet op deze manier versterkt was, dan zou de vorm veranderen, maar de gezwollen penis zou gemakkelijk buigen, en erectie zou simpelweg niet werken.
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.
Het is een observatie met voor de hand liggende medische toepassingen bij mensen, maar het is volgens mij ook relevant in bredere zin, voor het ontwerpen van protheses, zachte robotten, vrijwel alles waar veranderingen van vorm en stijfheid belangrijk zijn.
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.
Opsommend: twintig jaar geleden vertelde een studieadviseur me, toen ik tijdens mijn bezoek aan de universiteit mijn interesse in anatomie kenbaar maakte: "Anatomie is een dode wetenschap!" Hij had er niet verder naast kunnen zitten. Ik geloof echt dat we nog veel te leren hebben over de normale structuur en functie van ons lichaam. Niet alleen over de genetica en moleculaire biologie, maar helemaal hier in het vleesgedeelte van het spectrum. We hebben te maken met tijdsbeperkingen. We richten ons vaak op één ziekte, één model, één probleem, maar mijn ervaring suggereert dat we de tijd zouden moeten nemen om ideeën breed toe te passen tussen systemen en gewoon te kijken waarheen ons dat leidt. Immers, als ideeën over ongewervelde skeletten ons inzicht kunnen bieden in voortplantings-systemen van zoogdieren, zouden er nog vele andere wild-productieve verbanden kunnen liggen wachten op ontdekking.
Thank you.
Dank je wel.
(Applause)
(Applaus)