Diane Kelly: Was wir über Penisanatomie nicht wussten

Anatomie ist noch lange nicht am Ende. Wir wissen unglaublich viel über Genomik, Proteomik und Zellbiologie, aber Diane Kelly beweist uns bei TEDMED eindrucksvoll, dass es viele Grundlagen über den menschlichen Körper gibt, die wir noch nicht kennen. Konkretes Beispiel: Wie funktioniert die Erektion bei Säugetieren?

Wenn ich auf einer Party bin,

dauert es üblicherweise nicht lange,

bis die Leute herausgefunden haben,

dass ich Wissenschaftlerin bin und Sex untersuche.

Und dann kommen die Fragen.

Und die Fragen folgen alle demselben Muster.

Sie beginnen immer mit:

"Ein Freund hat mir erzählt...",

und dann enden sie immer mit

"stimmt das etwa?"

Und meistens

kann ich die Fragen sogar beantworten,

aber manchmal muss ich einfach sagen,

"Tut mir wirklich leid,

aber das weiß ich nicht,

denn ich bin keine solche Ärztin."

Das heißt, ich bin keine Medizinerin,

sondern komparative Biologin, die Anatomie erforscht.

Ich schaue mir viele verschiedene Tierspezies an

und versuche die Funktionsweise ihrer Gewebe und Organe herauszufinden,

wenn alles noch funktioniert,

anstatt herauszufinden,

wie man Dinge repariert, wenn sie nicht mehr funktionieren,

wie es so viele von Ihnen tun.

Und ich suche nach den Ähnlichkeiten und Unterschieden

in den Lösungen, die sich für grundlegende

biologische Probleme entwickelt haben.

Heute möchte ich darlegen,

dass dies gar kein

esoterisches, weltfremdes Vorhaben ist,

welches wir an unseren Universitäten vorfinden,

sondern dass breite Studien

über Spezies, Gewebearten und Organapparate

zu Erkenntnissen führen können,

die direkte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben.

Und das trifft sowohl auf mein aktuelles Projekt zu,

in dem es um Geschlechterunterschiede im Gehirn geht,

als auch meine etwas reifere Arbeit

über die Anatomie und Funktion von Penissen.

Und jetzt wissen Sie auch, wieso ich auf Parties gern gesehener Gast bin.

(Lachen)

Heute werde ich Ihnen ein Beispiel

aus meiner Penis-Forschung geben,

um Ihnen zu zeigen, wie Wissen,

das beim Untersuchen eines Organapparats gewonnen wird,

Erkenntnisse für einen ganz anderen liefern kann.

Dem Publikum muss ich es ja wohl nicht weiter erklären –

letzte Woche musste ich es meiner Neunjährigen erklären –

Penisse sind Strukturen, die Spermien von einem

Individuum zu einem anderen transportieren.

Und auf der Folie hinter mir

sehen Sie nur einen winzigen Teil

der zahlreichen Varianten in der Tierwelt.

Die anatomische Variation ist enorm.

Es gibt Muskelschläuche, modifizierte Beine, modifizierte Flossen,

und natürlich den fleischigen, aufpumpbaren Zylinder der Säugetiere,

mit dem wir alle vertraut sind –

oder zumindest die Hälfte von Ihnen.

(Lachen)

Und diese unglaubliche Vielfalt sehen wir,

weil sie eine sehr effektive Lösung

für ein sehr grundlegendes biologisches Problem ist,

denn die Spermien müssen in der Lage sein,

zu den Eiern zu gelangen und Zygoten formen zu können.

Der Penis selbst wird für interne Befruchtung gar nicht gebraucht,

aber wenn die Evolution interne Befruchtung entwickelt,

bringt das oft den Penis mit sich.

Und die häufigste Frage, wenn ich anfange, darüber zu reden, ist:

"Woher kommt denn dein Interesse für dieses Feld?"

Und die Antwort sind Skelette.

Man würde nicht annehmen, dass Penisse und Skelette

sehr viel miteinander zu tun haben.

Das liegt nämlich daran, dass wir bei Skeletten gern an

steife Hebelsysteme denken,

die Geschwindigkeit oder Kraft bewirken.

Und meine ersten Ausflüge in biologische Forschung

zur Dinosaurier-Paläontologie in meinem ersten Studium

lagen voll und ganz in diesem Bereich.

Aber als ich im Aufbaustudium Biomechanik studierte,

wollte ich ein Dissertationsprojekt finden,

das unser Wissen über Skelettfunktionen wirklich erweitern würde.

Ich verfolgte eine Menge Ansätze.

Und einiges davon ging nicht gut aus.

Aber eines Tages begann ich,

über den Säugetierpenis nachzudenken.

Und er hat wirklich eine seltsame Struktur.

Bevor er für die interne Befruchtung einsatzbereit ist,

muss sein mechanisches Verhalten sich erst

auf dramatische Weise ändern.

Die meiste Zeit ist er ein flexibles Organ.

Leicht zu biegen.

Aber bevor er zur Kopulation zum Einsatz

gebracht wird,

muss er fest werden,

schwer zu verbiegen.

Und dann muss er immer noch funktionieren.

Ein reproduktives System, das beim Einsatz versagt,

produziert ein Individuum, das sich nicht fortpflanzen kann,

und das Individuum wird dann aus dem Genpool geworfen.

Also dachte ich mir: "Dieses Problem

schreit nahezu nach einem Skelettsystem –

nicht einem wie diesem,

eher einem wie diesem –

denn von der Funktion her

ist ein jedes System ein Skelett,

das Gewebe stabilisiert und Kräfte überträgt.

Und ich wusste bereits, dass Tiere wie der Regenwurm hier,

oder sogar die meisten Tiere

ihre Gewebe nicht stabilisieren,

indem sie sie über Knochen spannen.

Sie haben eher den Charakter von verstärkten Wasserbomben.

Sie haben ein Skelett, das wir Hydroskelett nennen.

Und ein Hydroskelett

verwendet zwei Elemente.

Die Stützfunktion des Skeletts wird durch ein Zusammenspiel

einer unter Druck stehenden Flüssigkeit

und einer sie umgebenden Gewebewand hergestellt,

die durch Faserproteine verstärkt und unter Spannung gehalten wird.

Und dieses Zusammenspiel ist essentiell.

Ohne beide Elemente funktioniert die Unterstützung nicht.

Eine Flüssigkeit

ohne eine Wand, die sie umgibt

und den Druck aufrechterhält,

ist eine Pfütze.

Und hat man nur die Wand

ohne Flüssigkeiten darin, die die Wand unter Spannung setzen,

hat man einen feuchten Lappen.

Schaut man sich einen Penis im Querschnitt an,

sieht man viele der typischen Merkmale

eines Hydroskeletts.

Es gibt eine zentrale Region

von schwammigen Schwellkörpern,

die sich mit Flüssigkeit füllen – in diesem Fall Blut –

und von einer Gewebewand umgeben sind,

die mit einem steifen Strukturprotein namens Kollagen angereichert ist.

Aber als ich dieses Projekt begann,

war die beste Erklärung, die ich für die Erektion finden konnte, die,

dass die Wand diese schwammigen Gewebe umgibt

und die schwammigen Gewebe sich mit Blut füllen,

der Druck sich erhöht und – voilà! – der Penis erigiert ist.

Und das erklärte für mich auch die Vergrößerung –

klar: mehr Flüssigkeiten, mehr expandierende Gewebe –

aber es erklärte die Erektion nicht wirklich.

Denn es gab in dieser Erklärung keinen Mechanismus,

der diese Struktur schwer zu biegen machte.

Und niemand hatte sich die Wandgewebe systematisch angeschaut.

Also dachte ich mir, in Skeletten sind Wandgewebe wichtig.

Sie müssen Teil der Erklärung sein.

Und das war der Moment,

an dem mein Studienbetreuer sagte:

"Moooment! Moment mal. Warte mal."

Denn nach sechs Monaten, die ich darüber geredet hatte,

hatte er wohl endlich kapiert,

dass es mir mit dieser Penis-Sache ernst war.

(Lachen)

Also musste ich mich setzen und er warnte mich.

Er sagte: "Sei vorsichtig, wenn du diesen Weg wählst.

Ich weiß nicht, ob das Projekt funktionieren wird."

Denn er hatte Angst, dass ich geradewegs in eine Falle lief.

Ich nahm mir eine sozial befremdliche Frage vor

mit einer Antwort, die er für nicht

sonderlich interessant hielt.

Und das lag daran, dass

jedes Hydroskelett,

das wir bis dato in der Natur gefunden hatten,

über dieselben Grundelemente verfügte.

Es hatte die Flüssigkeit in der Mitte,

die sie umgebende Wand,

und die verstärkenden Fasern in der Wand

waren in einer Kreuzhelixform

um die Längsachse des Skeletts angeordnet.

Das Bild hinter mir

zeigt ein Stück solchen Gewebes

in einem der Kreuzhelix-Skelette.

Sie sehen in diesem Schnitt die Wandoberfläche.

Die Pfeile zeigen die Längsachse an.

Und Sie können zwei Faserschichten sehen,

eine ist blau, die andere gelb,

die schräg nach links und rechts ausgerichtet sind.

Und wenn wir uns nicht nur ein kleines Segment anschauen würden,

würden wir sehen, wie die Fasern in Helixform

um die Längsachse des Skeletts verlaufen –

ein bisschen wie eine Fingerfalle,

wo man die Finger reinsteckt und sie dann steckenbleiben.

All diese Skelette haben besondere Verhaltensmuster,

die ich in einem Film demonstrieren werde.

Es ist ein Modellskelett,

das ich aus einem Stück Stoff gemacht habe,

das um einen aufgeblasenen Ballon gewickelt ist.

Der Stoff ist diagonal geschnitten.

Sie können also die Helixform der Fasern sehen,

und diese Fasern ordnen sich bei der Skelettbewegung neu an,

das Skelett ist also flexibel.

Es verlängert oder verkürzt sich und ist leicht biegbar,

wenn externe oder interne Kräfte darauf wirken.

Mein Betreuer hatte die Sorge,

dass das Wandgewebe des Penis

einfach dem anderer Hydroskelette entspräche.

Wie wird dein Beitrag aussehen?

Was für eine neue Sache trägst du

zu unserem biologischen Wissen bei?

Und ich dachte mir: "Ja, da hat er verdammt recht."

Also dachte ich darüber sehr, sehr lange nach.

Und eine Sache störte mich immer weiter,

und zwar, wenn sie funktionieren,

dann wackeln Penisse nicht.

(Lachen)

Da musste also etwas Interessantes passieren.

Ich machte mich also daran, Wandgewebe zu gewinnen,

bereitete es so auf, dass es erigiert war,

schnitt es auf und präparierte es so,

damit ich es mir unter dem Mikroskop anschauen konnte,

überzeugt davon, eine Art Kreuzhelixform aus Kollagen vorzufinden.

Aber stattdessen sah ich dies.

Es gibt eine äußere und eine innere Schicht.

Der Pfeil zeigt die Längsachse des Skeletts an.

Das überraschte mich sehr.

Alle, denen ich das zeigte,

waren darüber wirklich überrascht.

Wieso waren alle darüber überrascht?

Weil wir wussten, dass es theoretisch

noch eine andere Art gab,

Fasern in einem Hydroskelett anzuordnen,

und zwar mit Fasern, die mit 0° und 90°

entlang der Längsachse der Struktur verlaufen.

Doch niemand hatte es je zuvor in der Natur gesehen.

Und jetzt hatte ich so etwas vor mir.

Diese Fasern in dieser Ausrichtung

verleihen dem Skelett ein sehr, sehr anderes Verhalten.

Ich werde Ihnen ein Modell zeigen,

das aus denselben Materialien gemacht ist.

Es ist also aus demselben Baumwollgewebe,

demselben Ballon, mit demselben Innendruck.

Der einzige Unterschied ist der,

dass die Fasern anders angeordnet sind.

Und hier sehen Sie, dass im Gegensatz zur Kreuzhelix

das Modell dem Ziehen und Stauchen widersteht,

wie auch dem Verbiegen.

Das sagt uns, dass die

Wandgewebe viel mehr Funktionen haben,

als nur die Gefäßgewebe zu bedecken.

Sie sind ein fester Teil des Penisskeletts.

Wenn die Wand um das erektile Gewebe nicht da wäre,

wenn sie nicht so verstärkt wäre,

dann würde sich die Form ändern,

aber der geschwollene Penis wäre biegsam

und die Erektion würde einfach nicht funktionieren.

Diese Beobachtung hat offensichtliche medizinische

Anwendungen bei Menschen,

aber ich denke, sie ist auch in einem weiteren Sinne wichtig,

wenn es um das Design von Prothesen, weichen Robotern geht,

im Prinzip allem,

wo Änderungen in der Form und Steifheit wichtig sind.

Ich fasse zusammen:

Vor zwanzig Jahren

sagte mir ein Studienbetreuer,

als ich an der Uni auftauchte und sagte:

"Ich bin irgendwie an Anatomie interessiert",

"Anatomie ist eine tote Wissenschaft."

Er hätte nicht weiter daneben liegen können.

Ich glaube fest, dass wir noch viel zu lernen haben,

was die normale Struktur und Funktion unserer Körper angeht.

Nicht nur über seine Genetik und Molekularbiologie,

sondern am fleischigen Ende der Skala.

Unsere Zeit ist begrenzt.

Oft konzentrieren wir uns auf eine Krankheit,

ein Modell, ein Problem,

aber meine Erfahrung sagt mir,

dass wir uns die Zeit nehmen sollten,

Ideen systemübergreifend anzuwenden,

einfach um zu schauen, wohin wir so kommen.

Denn wenn uns Ideen über wirbellose Skelette

Erkenntnisse über

die reproduktiven Systeme von Säugetieren geben können,

dann warten vielleicht viele andere verrückte und produktive

Verbindungen da draußen darauf, von uns gefunden zu werden.

Danke.

(Beifall)