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."
Когда я хожу на вечеринки, то обычно проходит немного времени, чтобы люди обнаружили, что я — врач, изучающий секс. И начинаются ко мне вопросы. И обычно вопросы имеют типичную формулировку. Они начинаются фразой: «Друг мне сказал...», и заканчиваются словами: «Это правда?» И в большинстве случаев я рада, что могу ответить на эти вопросы, но иногда мне приходится признать: «Мне жаль, правда, но я не знаю, потому что я доктор другого рода».
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.
Да, дело в том, что я не врач-практик, я занимаюсь сравнительной биологией и изучаю анатомию. Моя работа заключена в том, чтобы изучать много разных видов животных и пытаться понять, как их ткани и органы работают, когда у них всё хорошо, а не разбираться, как починить что-то, когда оно сломалось, как ломается у многих из вас. Я ищу схожести и отличия в вариантах решений, которые они развили для решения фундаментальных биологических задач.
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.
И сегодня я расскажу, что эти проблемы не высосаны из пальца в наших университетах, а наоборот, обширное изучение живых видов, типов тканей и систем в организмах, может породить идеи, имеющие прямое влияние на здоровье людей. Это верно как для моего недавнего проекта о различиях работы мозга в зависимости от пола, и для моего более зрелого исследования об анатомии и функции пенисов. И теперь вы понимаете, почему со мной так весело на вечеринках.
(Laughter)
(Смех)
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.
Итак, я сегодня приведу пример, взятый из моего исследования пенисов, чтобы показать, как знание, полученное в процессе изучения одного органа, даёт ростки идей для совершенно других открытий. Как все вы в зале уже знаете — мне пришлось объяснять это моему отпрыску на прошлой неделе — пенис — устройство, которое переносит сперму от одного индивидуума к другому. Слайд позади меня только поверхностно отражает, насколько широко они распространены у животных. Их разновидностей бесчисленное количество. Можно найти мышечные трубки, видоизменённые ноги, модифицированные плавники, в также бескостные надуваемые цилиндры млекопитающих, с которыми мы все с вами знакомы, ну, или половина из вас знакома.
(Laughter)
(Смех)
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.
Мне кажется, что мы имеем такое количество разновидностей, потому что это наиболее эффективное решение для очень простой, но важной биологической проблемы, которая состоит в доставке сперматозоида к месту встречи с яйцеклеткой и образования зиготы. Да, и пенис не нужен для внутреннего оплодотворения, но когда внутреннее оплодотворение эволюционирует, часто появляются и пенисы.
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.
Самый частый вопрос ко мне, когда я начинаю рассказывать что-то, такой: «Что заставило вас заинтересоваться этим вопросом?» А ответ такой — скелеты. Вы вряд ли думаете, что скелеты и пенисы имеют очень много общего между собой. А это потому, что мы привыкли думать о скелетах как о системе жёстких рычагов, которые отвечают за силу и скорость. И моё первое вторжение в биологическое исследование, ещё изучавшей палеонтологию динозавров студенткой, было связано напрямую с вопросами скелетов.
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.
Но, поступив в аспирантуру на биомеханику, я очень хотела найти тему диссертации, которая бы расширила наши знания о функции скелета. Я попробовала много всего разного. Многое не прижилось. Но однажды я начала задумываться о пенисах млекопитающих. Это, действительно, очень странная штуковина. Перед использованием для внутреннего оплодотворения, механика его поведения должна кардинально измениться. Большую часть времени это гибкий орган. Он легко гнётся. Но перед началом его использования во время совокупления, он должен стать жёстким, чтобы его нельзя было согнуть. А к тому же он должен работать. Половая система, которая не функционирует, производит особь, не имеющую потомства, а такая особь следовательно выбрасывается прочь из генофонда.
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.
И я подумала: «Вот есть проблема, которая буквально взывает к системе скелета, не такой как эта, а как вот эта — потому что функционально скелет — это любая система, которая поддерживает ткани и передаёт силу. И я уже тогда знала, что животные, как этот земляной червь, правда, многие животные, не поддерживают свои ткани путём насаживания их на кости. Вместо этого они больше напоминают укреплённые шарики с водой. Они пользуются скелетами, которые мы называем гидростатичными. Гидростатичный скелет состоит из двух элементов. Поддержка, как от скелета, происходит за счёт взаимодействия жидкости под давлением внутри и окружающей эту жидкость стенок тканей, которые находятся в тонусе и укрепляются фибропротеинами. Это взаимодействие жизненно важно. Если одного из этих составляющих не будет, не будет поддержки. Если есть жидкость, но нет стенок вокруг неё, чтобы поддерживать давление в жидкости, то получится лужа. А если есть только стенка, но без жидкости, которая своим давлением натягивает стенку, то получится маленькая мокрая тряпочка.
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.
Если посмотреть на пенис в разрезе, то в нём множество признаков гидростатичного скелета. В нем есть центральная часть губкообразной эректильной ткани, которая наполняется жидкостью — в нашем случае кровью — окружённой стенками ткани органа, который богат жёстким по структуре белком, называемым коллаген.
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.
Но когда я начинала это исследование, лучшим объяснением, которая я могла найти для эрекции пениса, было, что стенки окружают губчатую ткань, губчатая ткань наполняется кровью, давление возрастает и вуаля! Он встал!
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.
Это объяснило мне увеличение размера. Логично: больше жидкости — ткани расширяются, но это не объясняло процесс эрекции. В этом объяснении не было ничего о механизме отвердевания органа до степени невозможности согнуть его. И никто не вглядывался в стенки тканей. Поэтому я подумала, что стенка тканей важна для скелетов. В ней должна быть скрыта часть объяснения.
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.
И как раз на этом этапе мой куратор сказал: «О! Притормози! Помедленнее» Наверное, после моих разговоров на эту тему в течение шести месяцев, я думаю, он наконец понял, что я очень серьёзно настроена в отношении пенисов.
(Laughter)
(Смех)
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.
Итак, он усадил меня и предупредил: «Будь осторожна на этом пути. Я не уверен, что этот проект срастётся». Он беспокоился, что я попаду в ловушку. Я взваливала на себя занятие общественно стыдным вопросом, ответ на который, как он думал, может быть совершенно неинтересным. И всё потому что у всех гидростатичных скелетов, которые мы нашли в природе до того момента, есть одни и те же элементы. Есть жидкость в центре, окружающая стенка, укрепляющие волокна в стенке, собранные в пересекающиеся спирали вокруг длинной оси скелета.
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.
На картинке за мной показан кусок ткани органа одного из таких пересекающихся спиральных скелетов, разрезанный так, что вы видите поверхность стенки. Стрелкой показана ось. Видны два слоя тканей, один синим, а второй жёлтым, которые располагаются под левым и правым углами. И если бы мы не смотрели на только маленькую часть этой ткани, то увидели бы, что эти ткани продолжаются спирально вокруг длинной оси скелета — что-то вроде китайской ловушки для пальцев, когда вы засовываете пальцы внутрь, а они сразу застряли.
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.
Эти скелеты имеют очень определённый набор действий, который я продемонстрирую в фильме. Это модель скелета, которую я сделала из куска материала, натянутого на надутый шарик. Материал имеет срезы под косым углом. Как видно, волокна закручиваются спирально, и они могут переориентироваться, если скелет движется, что приводит к гибкости скелета. В ответ на внутреннее или внешнее воздействие он очень легко удлиняется, укорачивается и гнётся.
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.
Беспокойство моего куратора касалось ткани стенки пениса — вдруг она такая же, как и во всех других гидростатичных скелетах. Что же ты тогда принесёшь нового? Какое новое знание ты дашь нам в области биологии? И я подумала: «Да, в его словах есть здравая мысль». Я потратила много-много времени, раздумывая над этим. И одна вещь меня продолжала беспокоить: когда пенисы функционируют, они не ёрзают. (Смех) Следовательно, что-то там было интересное.
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.
И я двинулась вперёд: собрала ткани стенок органа, подготовила, чтобы пенис встал, разрезала его и положила на стёклышки, а потом засунула под микроскоп, чтобы рассмотреть, заранее ожидая увидеть спиральные нити коллагена в разных вариациях. Но вместо этого я увидела это. Это внешний слой и внутренний слой. Стрелка показывает продольную ось скелета.
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.
Я была очень удивлена. Все, кому я это показала, тоже удивились. А почему все были удивлены? А потому, что мы теоретически знали, что может быть другой способ распределения тканей в гидростатичном скелете, когда нити тканей расположены под нулевым углом или под углом в 90 градусов относительно продольной оси структуры. Но загвоздка в том, что никто до сего момента в природе этого не наблюдал. А я вот смотрю на такой образец.
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.
Эти волокна в этой определённой раскладке дают скелету очень, ну, совершенно другую механику. Я покажу вам модель, сделанную из точно такого же материала. Итак, сделано из такого же куска хлопка, такой же надувной шарик, такое же давление внутри. Но одно отличие: волокна в материале расположены по-другому. И вы видите, что в отличие от спирального расположения волокон, эта модель сопротивляется расширению и сжатию, сопротивляется сгибанию.
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.
И нам это даёт вот что: стенки тканей органа заняты гораздо бо́льшим, чем просто покрытием стенок сосудов. Они являются наиважнейшей частью скелета пениса. Если бы стенки вокруг эректильной ткани не было, если бы стенка не была устроена именно так, то изменилась бы форма, возбуждённый пенис не сопротивлялся бы сгибанию, и эрекция бы просто не срабатывала.
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.
Это моё наблюдение имеет непосредственное применение в медицине, но применимо и в широком смысле — в дизайне протезов, мягких роботов, в общем, ко всему, где изменение формы и жёсткость каркаса структуры важны.
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.
В итоге: двадцать лет назад куратор в колледже сказал мне, когда я пришла и сообщила, что мне интересна анатомия: «Анатомия — это мёртвая наука». Но как он жутко ошибался. Я верю, что нам ещё есть что изучать о здоровых устройствах и их работе в наших телах. Не только на уровне генетики или молекулярной биологии, но вот здесь, на уровне мясных тканей. У нас есть лимит времени. Мы часто фокусируемся на одной болезни, на одной модели, одной проблеме, но мой опыт подсказывает, что сто́ит тратить время, чтобы применять идеи широко и на разные системы, а потом смотреть, куда нас это выведет. И в заключение, если идеи о скелете беспозвоночных могут дать нам озарение о репродуктивной системе млекопитающих, то могут быть и другие продуктивные взаимосвязи, прячущиеся где-то и ожидающие, пока их найдут.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)