Wiem, że przeżył pan w Warszawie całe życie (z przerwami na staże i wykłady zagraniczne), a całe życie naukowe na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Czy w domu rodzinnym były tradycje przyrodnicze?

Moi rodzice nie byli warszawiakami z urodzenia. Matka urodziła się w Łodzi i przyjechała do Warszawy na studia. Skończyła historię, a później była historykiem sztuki i pracowała w Akademii Sztuk Pięknych, po wojnie jako dyrektor biblioteki. Po przejściu na emeryturę opracowywała różne materiały dotyczące historii ASP. Zmarła „na posterunku”, odwieziona stamtąd karetką do szpitala, w wieku osiemdziesięciu sześciu lat. Ojciec, urodzony w Żytomierzu, w r. 1918 przedostał się z Kijowa do Warszawy. Brał udział w wojnie bolszewickiej, po czym skończył studia i pracował w Banku Handlowym. Podczas drugiej wojny światowej początkowo internowany w Rumunii, a następnie przewieziony do oflagu w Niemczech, wrócił w 1945 r. Oboje rodzice byli wielkimi miłośnikami sztuki i literatury, mama pracowała wśród artystów, to kształtowało atmosferę mojego dziecinnego domu.

Co wpłynęło na Pana przyrodnicze zainteresowania i kiedy się one pojawiły?

Późno. W szkole średniej interesowałem się wszystkim „po trochu”. Zastanawiałem się: może polonistyka, może dziennikarstwo? Ale piszę powoli i gdybym był dziennikarzem, konieczność pisania na określony termin niewątpliwie spowodowałaby nerwicę. Nie miałem zainteresowań naturalistycznych. Ostatecznie zdecydowała lektura dwu książek. Jedna to był podręcznik akademicki embriologii Emila Godlewskiego, druga – mała książeczka popularnonaukowa o embriologii eksperymentalnej. Opisano w niej pierwsze eksperymenty dokonywane na klasycznym obiekcie doświadczeń embriologicznych – jeżowcach oraz prace niemieckiego biologa Hansa Spemanna na zarodkach płazów. To były początki poznawania zmian zachodzących w zarodku wskutek oddziaływań różnych jego części na siebie. Za te badania Spemann w 1935 r. dostał Nagrodę Nobla. Rozwojem płazów zajmował się także Anglik John Gurdon, który dostał Nagrodę Nobla dwa lata temu razem z Japończykiem Shinya Yamanaka. Gurdon badał relacje jąder komórkowych zarodka z cytoplazmą. Interesowało go pytanie, czy jądro pobrane z komórki zarodka w późniejszym stadium rozwoju, albo z larwy, i umieszczone w komórce jajowej, z której usunięto jej własne jądro, będzie mogło znowu zainicjować proces rozwoju.

W sytuacji, kiedy było już w jakimś stopniu zmienione, niejako przygotowane do funkcjonowania w określonej tkance?

Tak. W każdej tkance jądra komórkowe funkcjonują w sposób specyficzny dla niej, aktywne są określone geny. Okazało się, że można eksperymentalnie zawrócić historię tego jądra do stadium wyjściowego.

Kiedy wybierał Pan studia, wspomniane książki wykraczały, jak rozumiem znacznie, poza program szkolny?

Tak, ale elementy embriologii były w programie szkolnym. Podręcznik Godlewskiego zawierał liczne rysunki, pokazujące jak zmieniają się zarodki różnych zwierząt: wypuklenia, fałdowania, pojawianie się zawiązków narządów… To jakoś bardzo podziałało na moją wyobraźnię. Druga książka opisywała możliwości ingerowania w rozwój embrionalny i wyjaśniania mechanizmów rozwojowych, a nie tylko opisywania przekształceń. O tym nie uczono w szkole, ale muszę powiedzieć, że miałem bardzo dobrą nauczycielkę biologii, panią dr Wandę Karpowicz, przedwojenną absolwentkę UW. Byłem dobrze przygotowany do studiów biologicznych.

I to zaowocowało?

Pierwsze lata były bardzo trudne, ponieważ wprowadzono obowiązkową obecność nie tylko na ćwiczeniach, ale na wszystkich wykładach; do tego program był bardzo obszerny, mieliśmy pięćdziesiąt kilka godzin zajęć tygodniowo, niektóre kończyły się późno wieczorem. Na Uniwersytecie Warszawskim zabrakło bardzo wielu przedwojennych wykładowców i angażowano młodych ludzi do prowadzenia zajęć. Będąc studentem III roku, w wieku 19 lat, zostałem zastępcą asystenta i uczyłem rówieśników, a nierzadko osoby starsze ode mnie. Poza zajęciami moi studenci byli moimi kolegami.

Od początku myślał Pan o embriologii?

Co do tego byłem zdecydowany, ale nie było łatwo urzeczywistnić tę decyzję. Po wojnie nikt na naszym wydziale nie zajmował się embriologią zwierząt. Kierownikiem Zakładu Zoologii, gdzie byłem zastępcą asystenta, potem asystentem, był prof. Zdzisław Raabe, który zajmował się pierwotniakami, więc nie mógł mnie wprowadzić w embriologię. Zaproponował mi robienie pracy magisterskiej u prof. Augusta Dehnela, który przed wojną pracował w Katedrze Anatomii Porównawczej Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie zajmowano się embriologią ptaków i gadów. Po wojnie został zatrudniony w UMCS w Lublinie i zajął się biologią dziko żyjących małych ssaków na terenie Puszczy Białowieskiej. Na początku lat 50. stworzył w Białowieży stację badawczą, przekształconą później w Zakład Badania Ssaków PAN. Dzisiaj jest to jeden z ważniejszych, w skali światowej, instytutów zajmujących się dziko żyjącymi ssakami. W tym wyjątkowym miejscu, jakim jest Puszcza Białowieska, robiłem pracę magisterską.

Z embriologii?

W pewnym stopniu tak. Badałem zjawisko obumierania zarodków w czasie ciąży u ryjówki aksamitnej, krewniaka kreta i jeża. Obroniłem magisterium, opublikowałem dwie prace, które zawierały sporo nowych wiadomości na temat rozrodu tego gatunku, ale nie byłem w pełni usatysfakcjonowany tym kierunkiem badań. Doszedłem do przekonania, że w gruncie rzeczy niewiele zdołam się dowiedzieć o rozrodzie i rozwoju embrionalnym tych zwierząt, badając – często już martwe – zwierzęta odłowione w lesie. Jeździłem rowerem do puszczy w nocy, kiedy ryjówki aksamitne są aktywne, z tzw. lampą czołową, której używałem chodząc w owym czasie trochę po jaskiniach, i wybierałem z pułapek żywe ryjówki. Niestety nie udało nam się hodować ich w laboratorium, były bardzo delikatne, padały. Utwierdziłem się w zainteresowaniu embriologią, ale doszedłem do wniosku, że chciałbym studiować rozwój embrionalny zwierząt, które można hodować, o których rozrodzie i rozwoju już trochę wiadomo. Takim gatunkiem jest na przykład mysz.

To było zainteresowanie embriologią eksperymentalną?

Tak. Embriologię eksperymentalną kręgowców uprawiano wtedy głównie na płazach i ptakach, a prac na zarodkach ssaków było dosłownie kilka. Trudno eksperymentować na zarodkach ssaków, ponieważ tylko przez pierwszych kilka dni po zapłodnieniu komórki jajowej zarodek, wędrując wzdłuż jajowodu, nie jest bezpośrednio związany z matką. Wkrótce po znalezieniu się w macicy zagnieżdża się w niej i od tej pory możliwości ingerowania w jego rozwój, bez przerwania ciąży, są bardzo ograniczone. W owym czasie nie było jeszcze nawet odpowiednich pożywek, umożliwiających hodowanie tych najwcześniejszych zarodków poza organizmem matki – in vitro.

Czy pamięta Pan moment, ten pierwszy krok na drodze jeszcze przez nikogo nieprzebytej?

Nikt mi nie podsunął gotowego projektu badawczego. Niedługo po magisterium trafiłem w literaturze na interesującą hipotezę, którą można było sprawdzić, przeszczepiając zarodki pobrane z jednej samicy myszy do drugiej. Musiałem sam się nauczyć tej techniki, bo w Polsce tego nie robiono, a doniesień zagranicznych też było niewiele. Przeprowadzając ten eksperyment, uszkodziłem przypadkiem jeden zarodek. Jedna z dwu komórek, które powstają w wyniku pierwszego podziału zygoty, została zniszczona. Pomyślałem: spróbuję przeszczepić ten uszkodzony zarodek i zobaczę, jak się będzie dalej rozwijał. Okazało się, że po kilku dniach rozwinął się normalnie zbudowany zarodek, tylko o połowę mniejszy. Uznałem tę obserwację za bardzo interesującą, a samo doświadczenie warte powtórzenia, ale już w sposób zamierzony i ściśle kontrolowany. I z tych doświadczeń powstał mój doktorat. Wykazałem w nim, że z jednej z dwóch pierwszych komórek, na jakie dzieli się zygota, może rozwinąć się normalnie zbudowana mysz. Było to drugie takie doświadczenie wykonane na ssakach – kilka lat wcześniej Niemiec Friedrich Seidel opisał w krótkiej publikacji urodzenie się dwóch królików z podobnie uszkodzonych zarodków.

To był pierwszy krok, ale od tej pory zajmuje się Pan nadal potencją rozwojową i losami komórek we wczesnych zarodkach. Kiedy komórki zaczynają się różnić od siebie?

Mój pierwszy eksperyment wykazał, że jedna z dwóch pierwszych komórek zarodka potrafi stworzyć cały organizm. Wskazywało to, że w tym stadium „role nie są jeszcze rozpisane”. Inni badacze wykazali później, że rozdzielając te dwie pierwsze komórki można uzyskać bliźnięta jednojajowe. W przyrodzie bliźnięta jednojajowe powstają jednak w inny sposób. Moja publikacja ukazała się w 1959 roku, a więc 55 lat temu, ale pytanie, kiedy i dzięki czemu komórki zarodka zaczynają się różnić, interesuje mnie nadal i co pewien czas powracam do niego, badając losy komórek pochodzących z coraz starszych zarodków. Jak długo pojedyncza komórka w zarodku ma jeszcze zdolności podobne do tej swojej „komórki-matki”, czyli zapłodnionej komórki jajowej (zygoty)? W 2010 r. udało nam się pokazać, że jedna z szesnastu komórek zarodka, czyli komórka powstała po czterech podziałach zygoty, może się rozwinąć w normalną mysz. Taka komórka jest bardzo mała, stanowi mniej więcej 6 procent masy zapłodnionej komórki jajowej i sama nie byłaby już w stanie wykształcić ciała zarodka, a jednocześnie błon płodowych i łożyska. Stosujemy pewien wybieg, polegający na tym, że otacza się ją komórkami pomocniczymi o zdwojonej liczbie chromosomów. One doskonale wykonują swoje zadanie w tkankach pomocniczych, ale nie wchodzą w skład ciała zarodka, który zbudowany jest wyłącznie z komórek wywodzących się z tej jednej, małej komórki diploidalnego (tzn. mającego normalną liczbę chromosomów) zarodka. Nasza dawniejsza obserwacja, że z zarodków zbudowanych początkowo z komórek diploidalnych i tetraploidalnych rozwijają się normalne diploidalne płody, a komórki tetraploidalne zachowują się jedynie w błonach płodowych, posłużyła innym autorom do opracowania metody uzyskiwania zwierząt bezpośrednio z zarodkowych komórek macierzystych. Ale to już inna historia. Istotne jest to, że kiedy zarodek składa się z szesnastu komórek i każda z nich ma już określoną rolę, tzn. ma budować albo ciało płodu, albo pomocnicze tkanki pozazarodkowe, można ją zmusić do tego, żeby zmieniła swój los. Czyli ta komórka ma ciągle jeszcze zdolność (potencję) do różnicowania się w obu kierunkach i może z niej powstać cały osobnik, podobnie jak z zygoty.

Warto, jak myślę, podkreślić, że pierwsze doświadczenia robił Pan w Polsce, gdzie nie było tradycji embriologii eksperymentalnej, kontaktując się ze światem głównie poprzez lektury.

Jakoś sobie poradziłem, działając trochę metodą „prób i błędów”. Po Październiku wkroczyły do Polski fundacje Rockefellera i Forda, można było uzyskać stypendium na staż zagraniczny. Dostałem stypendium Rockefellera i w 1960 roku pojechałem do Wielkiej Brytanii (konkretnie do Walii), do prof. F.W.R. Brambella, który zajmował się rozrodem i rozwojem embrionalnym ssaków i który pomógł mi opublikować pracę doktorską w „Nature” jeszcze przed obroną na Uniwersytecie Warszawskim, co nastąpiło jesienią 1959 r. Przyjęli mnie w Walii bardzo dobrze (i chyba z ciekawością – pierwszy stypendysta zza „żelaznej kurtyny”), a profesor Brambell zaakceptował moje plany badawcze. Idąc drogą rozpoczętą doktoratem, chciałem sprawdzić zdolności regulacyjne zarodków ssaków poprzez łączenie ze sobą dwóch kilkukomórkowych zarodków. Interesowało mnie, co z nich powstanie, czy zrośnięte będą się rozwijać niezależnie, czy też może utracą swoją wyjściową indywidualność i ich dalszy rozwój zostanie podporządkowany jednemu planowi budowy na bazie podwójnej liczby komórek. Okazało się, że z tak zespolonych zarodków powstaje jeden osobnik, a ponieważ zbudowany jest z komórek wywodzących się z dwóch odrębnych zarodków, nazywa się go chimerą.

W nawiązaniu do chimer z mitologii greckiej?

Tak, ale mityczne chimery greckie zbudowane były z części ciała zwierząt należących do różnych gatunków, a moje doświadczenia polegały na agregacji dwóch zarodków jednego gatunku. Takie mysie chimery są normalnie zbudowane, a anomalie zdarzają się tylko u hermafrodytów (obojnaków) i dotyczą układu rozrodczego. Osobniki hermafrodytyczne powstają wtedy, gdy zespolone zarodki różnią się pod względem płci genetycznej, która jest określona w momencie zapłodnienia, zależnie od tego, czy plemnik wprowadził do komórki jajowej chromosom X czy chromosom Y. Co ciekawe, takich osobników było bardzo mało, chociaż powinny występować z częstością 50%, ponieważ zarodki są agregowane losowo, a częstość występowania zarodków obu płci oscyluje około 1:1. W grupie uzyskanych przeze mnie zwierząt dominowały natomiast samce. Kończąc swoje stypendium, zdążyłem w 1961 roku opublikować w „Nature” badania nad chimerami – z taką hipotezą, że w większości przypadków, jeżeli w zarodku chimerowym współwystępują komórki genetycznie męskie i żeńskie, dominuje partner męski i rozwijają się osobniki z układem rozrodczym męskim.

To były prace pionierskie?

Zupełnie pionierskie. Jeszcze jedna osoba na świecie prowadziła podobne badania i uzyskała podobne rezultaty, ale opublikowała wstępne doniesienie rok po ukazaniu się mojej publikacji. Po powrocie do Polski kontynuowaliśmy te badania z dr Ewą Mystkowską bardziej precyzyjnymi metodami.

Czy przewidywania najczęściej się potwierdzają, czy też bywają zaskoczenia kierujące myśl w inną stronę?

Zaskoczenia się zdarzają, ale to w znacznym stopniu zależy od wiedzy, jaką dysponujemy przy formułowaniu pytań i stawianiu hipotez. Podam jeden przykład. W końcu lat sześćdziesiątych zainteresowaliśmy się tym, czy bez udziału plemnika można sztucznie pobudzić komórkę jajową do rozwoju. U wielu zwierząt partenogeneza (dzieworództwo) występuje naturalnie, na ogół przemiennie z rozmnażaniem płciowym, ale u ssaków nie. Wykazaliśmy (publikacja w „Nature” w 1970 r.), że jeśli pobudzi się komórki jajowe myszy prądem elektrycznym albo innymi bodźcami, to powstają zarodki, które mogą nawet rozpocząć organogenezę, czyli tworzenie narządów, ale na początku drugiej połowy ciąży niezmiennie obumierają. Wielu badaczy podjęło tę problematykę, pragnąc wyjaśnić, czego takim zarodkom brakuje do dalszego rozwoju. Okazało się, że u ssaków – inaczej niż u innych kręgowców – do normalnego rozwoju niezbędne jest, aby w diploidalnym komplecie chromosomów obecne były haploidalne zespoły chromosomów obu rodziców, tzn. jeden pochodzący z komórki jajowej, drugi z plemnika (w zarodkach partenogenetycznych wszystkie chromosomy pochodzą z komórki jajowej). Wyjątkowość ssaków – i tego właśnie się nie spodziewano – polega na tym, że podczas powstawania komórek płciowych niektóre geny – inne u samic i inne u samców – ulegają nieznacznym modyfikacjom, tzw. napiętnowaniu (ang. imprinting). To zjawisko jest bardzo charakterystyczne i właściwe tylko ssakom. Zostało ono już dobrze zbadane, dzisiaj wiemy, jakie geny podlegają takiemu tymczasowemu napiętnowaniu – także u człowieka.

Uzyskanie chimer potwierdziło hipotezę dotyczącą ogromnych zdolności regulacyjnych zarodków ssaków, a badania nad nimi wyjaśniły mechanizm wielu procesów rozwojowych. Co jest teraz głównym pytaniem embriologii ssaków?

Wiemy już stosunkowo dużo o zarodku w okresie jego swobodnego rozwoju, kiedy nie nawiązał jeszcze kontaktu z tkankami macicy. Poznaliśmy – choć ciągle jeszcze niedostatecznie – molekularny mechanizm różnicowania się trzech pierwszych linii komórkowych, które pojawiają się w zarodku. Umiemy w ten rozwój ingerować, wykonując wiele rozmaitych zabiegów. Ale jeśli chcemy poznać późniejsze efekty rozwojowe takich zabiegów, zarodki muszą rozwijać się in vivo, w macicy matki. Próby hodowli in vitro są od dawna podejmowane, ale ciągle nie przynoszą satysfakcjonujących rezultatów.

Jak widzi Pan swoją dalszą drogę, no i dalszy rozwój embriologii ssaków, mając w dotychczasowym tak znaczny udział?

Przypomnę, że zaczynałem swoje badania ponad pół wieku temu, w czasach kiedy „podwójna spirala” Cricka i Watsona jeszcze nie została opisana. To była zupełnie inna epoka. Embriologia ssaków zajmowała się opisywaniem rozwoju, zarodki badano metodami histologicznymi i prostymi metodami cytologicznymi, embriologia eksperymentalna była w powijakach. Teraz możemy wykonywać precyzyjne zabiegi na komórce jajowej i na zarodkach – przeszczepiamy komórki między zarodkami, możemy z komórki jajowej usuwać jej jądro i na to miejsce wprowadzić jądro z innej komórki, podwajać liczbę chromosomów itd. Niesłychanie rozwinęły się biologia komórki i immunologia, a metody tych dyscyplin znalazły szerokie zastosowanie w embriologii. Przełomowe znaczenie miało wprowadzenie metod biologii molekularnej. Możemy badać, jakie geny są odpowiedzialne za określone procesy rozwojowe, kiedy zaczynają działać i pod wpływem jakich czynników. Ze względu na pogłębienie badań nad rozwojem zarodkowym o metody molekularne oraz rozszerzenie zakresu badań na inne zjawiska rozwojowe, niezwiązane z powstawaniem nowego osobnika, choćby takie jak regeneracja, tę dziedzinę badań określa się obecnie często jako biologię rozwoju. Generalnie: obecnie badając zjawiska rozwojowe, normalne lub zaburzone i prowadzące do powstania jakiś anomalii, badamy cały ciąg zjawisk – od genu czy genów, które są ich źródłem, poprzez poziom komórkowy, do ostatecznego efektu morfologicznego czy fizjologicznego.

A czy w związku z niesłychanie dynamicznym rozwojem biologii komórki i biologii rozwoju nie zainteresowały Pana ostatnio jakieś nowe zagadnienia?

Tak, zainteresowaliśmy się zarodkowymi komórkami macierzystymi, które – nota bene – wykryto dzięki rozwojowi embriologii eksperymentalnej. Komórki macierzyste – zarodkowe i indukowane – to wielka przyszłość biologii rozwoju, a także medycyny regeneracyjnej. My, wierni myszom, włączyliśmy się w badania nad mysimi zarodkowymi komórkami macierzystymi i mamy już pierwsze interesujące obserwacje. Szczęśliwie pomysłów i pracy nam nie brakuje.