Sembra impossibile, se si pensa ai milioni di cani che ci sono al mondo, e alle cucciolate che nascono continuamente, ma pare sia proprio così: solo oggi, per la prima volta, è stato documentata e confermata dal punto di vista genetico la nascita di gemelli identici tra i cani. Come un quadrifoglio. A documentare la curiosità è stato un veterinario in Sudafrica, nel 2014. I due cani, della cucciolata di un levriero irlandese e nati con parto cesareo, erano attaccati alla stessa placenta con due diversi cordoni ombelicali, e in due sacchi amniotici distinti, oltre ad apparire identici a occhio. Il veterinario, Kurt de Cramer, ha avuto il sospetto che si potesse trattare proprio della rarità in cui non gli era mai capitato di imbattersi. Per confermare che davvero si trattasse di gemelli omozigoti, cioè nati dalla divisione nelle primissime fasi dello sviluppo di un unico ovulo fecondato, ha chiesto la collaborazione di veterinari dell’università di Pretoria: è stata fatta l’analisi del loro Dna, e confrontata con quella dei fratelli della stessa cucciolata. Questo evento rappresenta un punto di svolta nella comprensione della biologia riproduttiva canina, evidenziando la possibilità, seppur estremamente rara, di un fenomeno precedentemente considerato quasi esclusivo di altre specie.
Il Mistero dei Gemelli Omozigoti Canini
Ovviamente si tratta del primo caso di gemellarità omozigote canina accertato con un test genetico, probabilmente non del primo in assoluto, ma è un fatto che nel mondo animale (e tra i cani in particolare) i gemelli identici - di fatto, cloni naturali - siano effettivamente una rarità. Noi esseri umani siamo l’eccezione: nascono gemelli identici ogni 250 gravidanze circa (mentre il tasso di gemellarità in generale è circa il 2 per cento) e in alcuni luoghi addirittura molti di più. In India, per esempio, nel villaggio di Mohammad Pur Umri, da tempo oggetto di studi da parte dei ricercatori, pare che un parto su 10 sia di gemelli omozigoti. Non è ancora chiaro se possano esserci ragioni genetiche, o ambientali, che “predispongono” la divisione dell’ovulo nelle primissime fasi dopo la fecondazione. Una teoria è che la maggiore frequenza di gemelli omozigoti nella nostra specie potrebbe derivare dalle caratteristiche del nostro ciclo riproduttivo, in particolare il fatto che la finestra fertile durante la quale l’ovocita può essere fecondato dura diversi giorni.
Il caso del levriero irlandese, documentato dal veterinario Kurt de Cramer del Rant en Dal Animal Hospital di Mogale City, nella provincia del Gauteng, in Sudafrica, è emblematico. Il veterinario stava eseguendo un taglio cesareo su una femmina di levriero irlandese che mostrava dolore e sforzo addominale nel procinto di partorire. L’operazione, di routine per de Cramer che esegue circa 900 parti cesarei all’anno, ha rivelato una sorpresa inattesa. «Ho notato che il cane lupo aveva un rigonfiamento insolito nell’utero», ha raccontato. In un primo momento, «ho pensato si trattasse di un eccesso di liquido attorno al feto. Poi, ho fatto un’incisione nell’utero del cane per estrarre il feto e con grande sorpresa ho trovato due feti». Entrambi i feti erano attaccati con cordoni ombelicali alla stessa placenta. «Quando mi sono reso conto che i cuccioli erano dello stesso sesso e che avevano segni molto simili, ho anche subito sospettato che potessero essere gemelli identici originati dal frazionamento di un embrione», dice de Cramer, non riuscendo a smettere di ammirare questa particolare scoperta (la prima in 26 anni di carriera, ndr.), dato che «c’erano anche altri cinque cuccioli vivi, apparsi come avviene normalmente, ognuno con la propria placenta, disposti in fila indiana nell’utero della madre».
Immediatamente il veterinario ha chiamato altri specialisti riproduttivi per confermare i suoi sospetti. I risultati dei prelievi di sangue, a due settimane dalla nascita, hanno confermato ciò che de Cramer aveva sospettato: il cane aveva dato alla luce due cuccioli geneticamente identici, il primo esempio conosciuto di cani gemelli monozigoti. I due cuccioli appaiono del tutto indistinguibili: presentano non solo lo stesso genere, ma anche la medesima composizione del manto, tanto da riportare sul muso e sul dorso delle macchie del tutto sovrapponibili. Ad oggi, non si hanno testimonianze, almeno a livello scientifico, di altri casi analoghi nell’universo dei cani. Esempi di gemelli omozigoti non sono del tutto rari fra altre specie animali come i cavalli, ma spesso non sopravvivono al parto.
La Biologia della Gemellarità: Monozigoti vs Dizigoti
In biologia, i gemelli sono definiti come gli individui nati durante lo stesso parto, anche se non nello stesso istante. L'incidenza delle gravidanze gemellari per la donna è dell'1-2% circa sul totale perché solitamente la donna ha gravidanze singole. Esistono due tipi principali di gemelli: monozigoti e dizigoti.
I gemelli monozigoti (detti anche gemelli monovulari, o omozigoti, o semplicemente gemelli identici) derivano da una singola cellula uovo fecondata da un solo spermatozoo. Durante le prime fasi della moltiplicazione cellulare, avviene la separazione dell'unica massa di cellule presente in quel momento in due masserelle separate, dette morule. I due gemelli risultano di sesso uguale e fortemente somiglianti nell'aspetto (avendo in particolare gli stessi occhi e capelli), dato che gli individui che originano da questo evento casuale possiedono un identico patrimonio genetico. Questi casi vengono studiati molto attentamente, rappresentando l'unico caso di identità genetica umana naturale, cioè di uguaglianza, fra individui distinti, di genotipo e DNA. Questa situazione permette di capire quanto l'ambiente influisca sullo sviluppo del comportamento di un individuo rispetto al patrimonio genetico.
I gemelli dizigoti (detti anche gemelli biovulari, o eterozigoti, o cosiddetti "gemelli diversi") sono più comuni, assommando circa ai 2/3 di tutti i parti gemellari. I gemelli dizigoti sono quindi fratelli che condividono l'utero materno durante lo stesso periodo di gravidanza. La fecondazione avviene per la presenza contemporanea di due ovuli nella stessa tuba, che pertanto vengono fecondati da due spermatozoi diversi. La credenza per cui il gemello che esce per primo dall'utero materno è anagraficamente più vecchio ma presenta in realtà un'età biologica minore è sbagliata, in quanto non appena un ovulo viene fecondato e si deposita nell'utero, quest'ultimo si chiude al mondo esterno, per impedire qualsiasi contaminazione del feto. L'evento è causato dalla divisione tardiva dell'embrione, dopo il tredicesimo giorno dalla fecondazione.
Differenze nelle gravidanze gemellari e multiple
L'Incidenza della Gemellarità: Fattori Umani e Animali
Non così rari, come si pensava, però, per quanto riguarda i gemelli. Probabilmente nella maggior parte dei casi muoiono, perché essendo attaccati alla stessa placenta uno non riceve abbastanza ossigeno e muore. C’è poi anche il fatto che, forse, veterinari, allevatori e proprietari non sono allenati a riconoscere gli indizi della gemellarità: un’unica placenta per due cuccioli o, in altre parole, una placenta in meno rispetto al loro numero.
La nascita di gemelli siamesi è comunque un'eventualità molto rara, dall'incidenza statistica di circa 1:120 000. In passato questa situazione portava quasi sempre a morti premature, a causa delle malformazioni degli organi interni, anche se è noto il caso di Lazzaro e Giovanbattista Colloredo, gemelli siamesi del XVII secolo che vissero diversi decenni. Le casistiche cambiano a seconda delle parti corporee dove i gemelli risultano uniti e degli organi che essi condividono, solitamente vengono distinti quelli che non coinvolgono il cuore e l'ombelico.
Un tipo di gemelli recentemente scoperto sono i gemelli bizigoti o sesquizigoti. Questi gemelli nascono da una cellula uovo fecondata da due spermatozoi. Il primo caso conosciuto è quello di due gemelli francesi nati nel 2002, un maschio e un ermafrodita (nato con entrambi i sessi), cresciuto come una donna. Il secondo caso è stato riconosciuto in Australia nel 2019 con due bambini bizigoti, un maschio e una femmina. Come spiegato al New England Journal of Medicine, i medici hanno prelevato dei campioni dalle due sacche amniotiche, per indagare sul genoma dei gemelli durante la gravidanza. I risultati hanno rivelato una situazione insolita: i gemelli erano semi-identici, poiché due spermatozoi avevano fecondato un singolo ovocito. Dopo la fecondazione, i cromosomi dei due spermatozoi e del singolo ovocito si sono raggruppati in tre «pacchetti genetici»: uno conteneva cromosomi di entrambi gli spermatozoi, ovvero due gruppi di materiale genetico del padre, ma nessuno dalla madre. Mentre l’ovulo fecondato si divideva e il gruppo di cellule cresceva, il «pacchetto» che conteneva solo cromosomi dei due spermatozoi si è distrutto. Alcune delle cellule di entrambi gli embrioni contenevano due cromosomi X, mentre altre cellule contenevano un cromosoma X e un cromosoma Y.
Da un parto possono nascere anche più di due gemelli, nel caso che più di due feti portino a termine una singola gravidanza. In questo caso si parla di parti plurigemellari. I gemelli tra di loro possono essere gemelli identici o fraterni. Il primo caso mondiale della nascita di sette gemelli è quello degli statunitensi gemelli McCaughey, di Carlisle, nell'Iowa, nati al Medical Center di Des Moines, il 19 novembre 1997. Il primo caso mondiale di sestupli viventi è invece dei sudafricani Rosenkowitz, nati a Città del Capo l'11 gennaio 1974. Lo stesso giorno, sei anni dopo, 11 gennaio 1980, è avvenuto il primo parto esagemellare italiano (e secondo al mondo), all'ospedale Careggi di Firenze: i sei gemelli Giannini, di Soci, in provincia di Arezzo. L'unico caso di parto di otto gemelli sopravvissuti all'infanzia è quello dei gemelli Suleman. Sono nati il 26 gennaio 2009 in Bellflower, California da Nadya Suleman in seguito al trasferimento di dodici embrioni. I loro nomi sono Noah, Maliyah, Isaiah, Nariyah, Jonah, Josiah, Jeremiah, e Makai (sei maschi e due femmine).
Il 13 giugno 1971 a Sydney, Australia, da Geraldine Brodrick, nacquero nove gemelli (nonuplets). Nessuno dei cinque maschi e quattro femmine sopravvisse. Riguardo ai parti gemellari è da menzionare Valentina Vasil'eva, la prima moglie di Fëdor Vasil'ev. È nota per essere stata la donna ad avere partorito il maggior numero di figli, ben 69. Diede alla luce 16 paia di gemelli, ebbe 7 parti trigemellari e 4 quadrigemellari fra il 1725 e il 1765, per un totale di 27 parti.
Restano controversi i legami tra l'uso dell'acido folico per la prevenzione dei DTN (Difetti del Tubo Neuronale) e un possibile aumento del tasso di gravidanze gemellari. Un alto tasso di parti gemellari è stato osservato anche in altri luoghi del mondo, tra cui Igbo-Ora in Nigeria, Kodinji, situato in Kerala, India, e Mohammadpur Umri, situato nell'Uttar Pradesh, in India. In uno studio sui record di maternità, su 5.750 donne Hausa che vivono nella savana in Nigeria, ci sono stati 42 parti gemellari ogni mille nascite, di cui 2 trigemini. Il 26% dei gemelli era monozigote. L'incidenza di nascite multiple, che era di circa cinque volte superiore a quella osservata in qualsiasi popolazione occidentale, era significativamente più bassa di quella di altri gruppi etnici che vivono nel clima caldo e umido della parte meridionale del paese.
I ricercatori sospettano che una gravidanza su otto inizi come multipla, ma che solo un singolo feto venga portato a termine, mentre l'altro muore nelle prime fasi della gravidanza. Questa condizione viene chiamata sindrome dei "gemelli evanescenti", poiché un feto non si sviluppa e svanisce.
Studi sui Gemelli: Strumenti per Comprendere Geni e Ambiente
Negli studi sui gemelli, il metodo principale è la comparazione tra monozigoti (MZ) e dizigoti (DZ). I gemelli MZ, detti anche gemelli identici, poiché si sviluppano dallo stesso zigote (cellula uovo fecondata), possiedono lo stesso corredo genetico. Gli studi di genetica comportamentale condotta sui gemelli prendono in esame una qualche caratteristica fenotipica (cioè manifesta) di un gemello MZ (come ad esempio una patologia di sospetta origine genetica) e la si confronta con la frequenza con cui appare anche nell’altro gemello (utilizzando quindi campioni formati da numerose coppie di gemelli MZ). Se un disturbo è spiegato interamente dal fattore genetico, entrambi i gemelli MZ manifesteranno tendenzialmente il disturbo. La probabilità misurata statisticamente è chiamata tasso di concordanza per il disturbo. Pertanto, se un disturbo è interamente determinato dai geni, il tasso di concordanza tra i gemelli MZ dovrebbe tendere al 100 per cento. Il tasso di concordanza per il disturbo tra gemelli dizigoti (DZ) tenderà invece attorno al 50 per cento.
Ad esempio, supponiamo che il tasso di concordanza per il disturbo X per i gemelli MZ sia del 48%, mentre il tasso di concordanza per i gemelli DZ sia del 17%. Questi tassi di concordanza ci dicono due cose. In primo luogo, poiché il tasso di concordanza per i gemelli MZ è considerevolmente superiore rispetto a quello per i gemelli DZ, abbiamo prove che il disturbo X è trasmesso geneticamente. È tuttavia importante tenere in considerazione che i fattori ambientali potrebbero non essere gli stessi tra i gemelli MZ e gemelli DZ. Mentre l’ambiente è un fattore generalmente condiviso tra gemelli MZ, potrebbe non esserlo tra gemelli DZ: l’aspetto fisico di un gemello DZ potrebbe agevolarlo nelle relazioni sociali a differenza del gemello con diverso aspetto fisico.
Tristemente famosa rimane la figura di Josef Mengele, che nel campo di concentramento di Auschwitz effettuò esperimenti sui gemelli, reclutati tra i bambini prigionieri. Un altro esempio di studio di genetica comportamentale, reso possibile dal confronto tra gemelli monozigoti e gemelli dizigoti è quello delle caratteristiche del sonno. Nel 2008, uno studio italiano, unico al mondo, condotto da Luigi De Gennaro dell'Università degli studi di Roma La Sapienza, ha comparato l'attività cerebrale durante il sonno tra gemelli MZ e DZ, evidenziando che l'attività cerebrale durante il sonno non-REM dipende al 96 per cento da fattori genetici (e quindi al 4 per cento da altri fattori, probabilmente di tipo ambientale e/o biologico).
Mark Kelly, astronauta, è rimasto per uno studio dal 2015 per un anno a terra perché il fratello gemello Scott Joseph Kelly, è stato designato per la missione della stessa durata nella Stazione spaziale internazionale, assieme al cosmonauta russo Mikhail Kornienko. La partenza è avvenuta il 27 marzo 2015. Questo studio mira a comprendere gli effetti a lungo termine del volo spaziale sulla fisiologia umana, utilizzando la genetica quasi identica dei fratelli Kelly come base di confronto.