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."
Kiedy chodzę na imprezy, zwykle bardzo szybko ludzie dowiadują się, że jestem naukowcem i zajmuję się seksem. Wtedy zaczynają się pytania. Mają określony format. Zaczynają się od słów: "Znajomy powiedział mi...", a kończą: "Czy to prawda?" W większości przypadków na szczęście mogę udzielić odpowiedzi, ale czasami przyznaję: "Przepraszam bardzo, ale nie wiem, bo jestem innym rodzajem doktora".
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.
To znaczy: nie jestem lekarką, tylko biolożką zajmującą się anatomią porównawczą. Obserwuję różne gatunki zwierząt i badam, jak funkcjonują ich tkanki i organy w normalnych warunkach, ale nie zastanawiam się, jak naprawić coś, co jest nie tak, jak to robi wielu z was. Szukam więc różnic i podobieństw w ewolucyjnych rozwiązaniach problemów biologicznych.
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.
Jestem tutaj, by dowieść, że to zajęcie nie oznacza wcale tajemnej pracy w wieży z kości słoniowej, akademickiej izolacji. Jest to rozległa dziedzina badań obejmująca gatunki, typy tkanek i układy organów, która może prowadzić do wniosków mających bezpośrednie implikacje dla zdrowia ludzkiego. To odnosi się do mojego ostatniego projektu dotyczącego płci mózgu oraz moich poważniejszych badań dotyczących anatomii i funkcjonowania penisów. Teraz rozumiecie, dlaczego jestem duszą towarzystwa.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Chciałabym przytoczyć przykład z mojego badania dotyczącego penisów, aby pokazać, w jaki sposób wiedza z badań na temat jednego układu podsuwa wnioski na temat zupełnie innego układu. Jak wy pewnie od dawna wiecie, a ja musiałam wyjaśnić to ostatnio swojemu 9-letniemu dziecku, penisy służą do przenoszenia spermy od jednego osobnika do drugiego. Slajd, który widać za mną zaledwie dotyka problemu ich rozpowszechnienia wśród zwierząt. Zróżnicowanie anatomiczne jest ogromne. Istnieją umięśnione przewody, zmodyfikowane nogi czy płetwy, jak i spotykany u ssaków mięsisty, nadmuchiwany walec, który wszyscy znamy, a przynajmniej połowa z was zna.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
To ogromne zróżnicowanie bierze się stąd, że to bardzo efektywne rozwiązanie podstawowego problemu biologicznego, czyli skierowania spermy tak, by dotarła do komórek jajowych i stworzyła zygoty. W zasadzie penis nie jest konieczny do zapłodnienia wewnętrznego, ale w trakcie ewolucji takiego zapłodnienia zwykle pojawiają się penisy.
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.
Gdy o tym mówię, zwykle pojawia się pytanie: ''Co cię zaciekawiło w tym temacie?" Odpowiedź to: szkielety. Nigdy nie pomyślelibyście, że szkielety i penisy mają ze sobą wiele wspólnego. A to dlatego, że myślimy o szkieletach jako sztywnych systemach dźwigniowych, które wytwarzają prędkość lub siłę. Moje pierwsze doświadczenia w badaniach biologicznych, kiedy studiowałam paleontologię i dinozaury, były bezpośrednio związane z tą tematyką.
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.
Ale kiedy zaczęłam studiować biomechanikę, szukałam do pracy magisterskiej materiału, który poszerzyłby naszą wiedzę na temat funkcji szkieletu. Próbowałam różnych rzeczy. Wiele z nich nie wypaliło. Aż pewnego dnia zaczęłam myśleć o penisie ssaków. To naprawdę dziwna konstrukcja. Zanim zostanie użyty do zapłodnienia wewnętrznego, jego mechanika musi ulec dramatycznej zmianie. Zwykle to organ elastyczny. Łatwo się gnie. Ale zanim zostanie wykorzystany podczas kopulacji musi stać się sztywny, trudny do zgięcia. Co więcej, musi działać. Wadliwy system rozrodczy powoduje, że dany osobnik nie może mieć potomstwa i zostaje wykluczony z puli genowej.
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.
Pomyślałam sobie: "Oto problem, który woła o układ kostny". Nie taki jak ten, ale taki, bo z praktycznego punktu widzenia szkielet to system, który podtrzymuje tkankę i przewodzi siłę. A u zwierzęt takich jak ta dżdżownica, jak u większość zwierząt, tkanki nie są podtrzymywane za pomocą kości. Przypominają raczej wzmocnione balony wodne. Mają tak zwany szkielet hydrostatyczny. Szkielet hydrostatyczny opiera się na dwóch elementach. Funkcja podpierająca szkieletu wynika z interakcji między sprężonym płynem a otaczającą ścianą tkanki, trzymaną w napięciu i wzmacnianą przez włókniste białka. Ta interakcja jest kluczowa. Bez współdziałania obu czynników nie ma podpory. Jeśli mamy ciecz bez ściany, która ją otacza i utrzymuje ciśnienie, otrzymujemy coś na kształt kałuży. A jeśli mamy pustą ściankę bez utrzymującego ją w napięciu płynu, otrzymujemy mokrą ścierkę.
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.
Jeśli spojrzymy na przekrój penisa, ujrzymy wiele cech szkieletu hydrostatycznego. W centrum wypełniony jest gąbkowatą, uczestniczącą w erekcji tkanką, która wypełnia się płynem, w tym przypadku krwią, otoczoną ścianką tkankową, bogatą w sztywne białko strukturalne zwane kolagenem.
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.
Na początku projektu najlepszym wyjaśnieniem erekcji, jakie znalazłam, było to, że ściankę otacza gąbczasta tkanka, która wypełnia się krwią, wzrasta ciśnienie i penis staje się sztywny.
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.
To tłumaczyło też powiększanie się i miało sens: więcej płynu, tkanki się rozciągają, ale w zasadzie nie wyjaśniało to erekcji. To wyjaśnienie nie uwzględnia mechanizmu, który powoduje, że cała struktura staje się twarda. Nie istniały systematyczne badania tkanki ścianek. Wydawała mi się ona istotna dla szkieletu. Musiała więc być częścią wyjaśnienia.
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.
W tym momencie mój opiekun naukowy powiedział: "Czekaj! Nie tak szybko!" Słuchając mojego gadania przez 6 miesięcy chyba wreszcie zrozumiał, że serio podchodzę do penisa.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Kazał mi usiąść i ostrzegł. "Uważaj z tym. Ten projekt raczej nie ma szans" Bał się, że wpadnę w pułapkę. Brałam na warsztat krępującą społecznie kwestię, próbując udzielić odpowiedzi, która nikogo zbytnio nie zainteresuje. A to dlatego, że szkielety hydrostatyczne, który do tej pory odnajdowaliśmy w przyrodzie, miały te same podstawowe elementy. Wypełniający centrum płyn, otaczająca ścianka oraz wzmacniające ściankę włókna, układające się w krzyżujące się helisy wzdłuż długiej osi szkieletu.
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.
Obraz za mną przedstawia fragment tkanki w tego typu szkielecie z przecinającymi się helisami, wycięty tak, że widać powierzchnię ścianki. Strzałka wskazuje na długą oś. Widzicie właśnie dwie warstwy włókien, jedną niebieską, a drugą żółtą, ułożone w skierowane na lewo i prawo kąty. Widać tylko mały wycinek włókien, ale w szerszej perspektywie tworzą one helisy wzdłuż długiej osi szkieletu, coś jak mechanizm zasysający, do którego łatwo coś włożyć, ale nie wyciągnąć.
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.
Te szkielety zachowują się w pewien określony sposób, co przedstawię na przykładzie tego filmu. Oto model szkieletu, który wykonałam z kawałka materiału owiniętego wokół nadmuchanego balonu. Materiał został przecięty ukośnie. Widzicie, jak włókna oplatają helisy i mogą zmieniać ułożenie, kiedy szkielet się porusza. Więc szkielet jest elastyczny. Wydłuża się, skraca i łatwo się gnie, w odpowiedzi na siły wewnętrzne i zewnętrzne.
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.
Mój promotor obawiał się, że tkanka ścianki penisa okaże się taka sama jak w każdym szkielecie hydrostatycznym. "Co nowego wniesiesz? Co nowego wniesiesz do wiedzy na temat biologii?" Pomyślałam wtedy, że ma rację. Spędziłam wiele czasu rozmyślając o tym. Jedna rzecz mnie dręczyła, mianowicie, że sprawne penisy się nie trzęsą. mianowicie, że sprawne penisy się nie trzęsą. (Śmiech) Więc musi zachodzić tam coś ciekawego.
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.
Pobrałam tkankę ze ścianki, spreparowałam ją tak, by była sztywna, podzieliłam na części, umieściłam na szkiełkach, a następnie przyjrzałam się jej pod mikroskopem. Oczekiwałam rodzaju splątanych helis kolagenowych. Ale zobaczyłam to. Istnieje warstwa zewnętrzna i wewnętrzna. Strzałka wskazuje na pionową oś szkieletu.
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.
Bardzo mnie to zaskoczyło. Wszyscy, którym to pokazałam byli bardzo zaskoczeni. Dlaczego tak to wszystkich dziwiło? Otóż teoretycznie wiedzieliśmy, że istnieje inny sposób ułożenia włókien w szkielecie hydrostatycznym, mianowicie pod kątem zera stopni i 90 stopni w stosunku do pionowej osi struktury. Tyle że nikt dotąd nic takiego nie widział. A ja właśnie na to patrzyłam.
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.
Włókna leżące w takiej konfiguracji nadają szkieletowi zupełnie inne właściwości. Teraz pokażę model wykonany z dokładnie takich samych materiałów. Zrobiono go z takiej samej bawełny, z tego samego balona, przy tym samym ciśnieniu. Jedyna różnica polega na tym, że włókna są inaczej ułożone. W przeciwieństwie do skrzyżowanego modelu helisowego, ten model jest odporny na rozszerzanie i kurczenie oraz zginanie.
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.
Z tego wynika, że tkanki ściankowe spełniają o wiele ważniejszą funkcję niż tylko zasłanianie tkanek naczyniowych. Są one integralną częścią szkieletu penisa. Bez ścianki wokół tkanki odpowiedzialnej za erekcję, bez tego wzmocnienia, kształt zmieniłby się, ale powiększony penis nie byłby odporny na zgięcia i nie doszłoby do erekcji.
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.
Ta obserwacja niesie oczywiste implikacje medyczne również dla ludzi, ale jest również istotna w szerszym sensie, np. w projektowaniu protez, prostych robotów, praktycznie wszystkiego, przy czym zmiany kształtu oraz elastyczności są istotne.
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.
Podsumowując: dwadzieścia lat temu mój opiekun naukowy powiedział mi, kiedy poszłam na studia i oświadczyłam, że interesuję się anatomią, że "anatomia to martwa nauka". Nie mógł bardziej się mylić. Uważam, że jeszcze wiele możemy się nauczyć o zwyczajnej budowie i funkcjach naszego ciała. Nie tylko o genetyce i biologii molekularnej, ale także na tematy bliższe ciału. Nasz czas jest ograniczony. Bardzo często skupiamy się na jednej chorobie, jednym modelu, jednym problemie, ale doświadczenie pokazuje, że powinniśmy starać się wykorzystywać dokonania jednej nauki w drugiej i obserwować, do czego nas to zaprowadzi. Poza tym, jeśli odkrycia dotyczące bezkręgowców mogą nam pomóc zrozumieć system rozrodczy u ssaków, możliwe, że istnieje dużo więcej takich powiązań, czekających, aż ktoś je odkryje.
Thank you.
Dziękuję.
(Applause)
(aplauz)