Diane Kelly: Czego nie wiedzieliśmy o anatomii penisa

Z anatomią jeszcze nie skończyliśmy. Mamy już ogromną wiedzę na temat genomiki, proteomiki oraz biologii komórkowej, jednak Diane Kelly na konferencji TEDMED udowadnia, że istnieją pewne podstawowe fakty na temat ludzkiego ciała, które dopiero powoli odkrywamy. Dobry przykład: jak działa erekcja u ssaków?

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".

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.

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.

(Śmiech)

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.

(Śmiech)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

(Śmiech)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Dziękuję.

(aplauz)