Det fødes 1,6 millioner tvillingpar i året, og de er en kunnskapsmessig gullgruve for forskere: Såkalt tvillingforskning gir muligheten til å undersøke når en persons egenskaper er et utslag av genetisk arv, og når egenskapene er blitt formet av påvirkninger fra miljøet omkring.
Eneggede tvillinger gir dessuten også muligheten til å undersøke uhyre nøyaktig hvordan menneskekroppen reagerer på å bli påvirket på en bestemt måte – fordi eneggede tvillinger genetisk er minimum 99,5 prosent like, kan den ene tvillingen bli utsatt for et forsøk mens den andre fungerer som kontrollperson.
VIDEO: Dra på i tvillinglandsbyen Cândido Godói
© BBC News
Eneggede tvillinger blir skapt når et befruktet egg deler seg spontant – man vet ikke hvorfor.
Nettopp dette faktumet utnyttet verdens eneste astronauttvillingpar. Scott Kelly tilbrakte et år på Den internasjonale romstasjonen mens tvillingbroren hans, Mark Kelly, ble på jorden.
Underveis ble de nøye overvåket av forskere for å avsløre hvordan menneskekroppen reagerer på å oppholde seg så lenge i verdensrommet, med høyt strålingsnivå og vektløshet.
Astronauter mister muskler
Mennesker er spesialbygd til å oppholde seg på Jorden der tyngdekraften trekker kroppen nedover: Tyngdekraften vedlikeholder blant annet kroppens muskler fordi det krever krefter å forflytte seg omkring, og den sørger for at kroppens væsker – blod og vann – er riktig fordelt.
I vektløs tilstand er det ingen kraft til å holde kroppen på plass. Derfor mister astronauter muskel- og benmasse og hoper opp væske i brystkasse og hode.
Men de synlige effektene er ikke de eneste endringene som skjer i kroppen gjennom lang tid i rommet.
Eneggede tvillinger som Mark og Scott Kelly kan f.eks. kaste lys over hvordan lange romferder påvirker menneskers fysikk.
Før, under og etter Scotts opphold i verdensrommet fikk Kelly-brødrene derfor tatt en rekke prøver fra slimhinner, urin, blod, spytt og avføring slik at forskerne kunne undersøke DNA-et og sjekke funksjonen til kroppens transportstoffer, slik som proteiner.
Muskelmasse, utholdenhet og fordeling av væske ble også registrert.
Prøvene ble analysert i Nasas forskningsprogram Human Exploration Research Opportunities, der forskere fra ti ulike prosjekter blant annet undersøkte om Scotts immunforsvar og gener endret seg under den lange romreisen.
Professor Susan Bailey ved det statlige universitetet i Colorado i USA undersøkte tvillingenes telomerer – de små proppene i hver ende av kromosomene som blir forkortet hver gang en celle deler seg.
Telomerene gir et grovt bilde av et menneskes biologiske alder, men de blir også kortere av stress. Derfor regnet forskerne med at Scotts telomerer ville forkortes raskere i verdensrommet.
Selv om eneggede tvillinger ser helt identiske ut, kan 0,5 prosent av genene være forskjellige.
Eneggede tvillinger er 0,5 % forskjellige
Eneggede tvillinger er skapt av samme arvemateriale og ser derfor svært like ut – men opptil en halv prosent av genene kan variere fra den ene til den andre.
Tvillinger som stammer fra det samme befruktede egget – såkalte eneggede tvillinger – er i utgangspunktet genetisk identiske fordi de er skapt av arvematerialet fra ett egg og én sædcelle.
Men allerede kort tid etter at egget har delt seg til to fostre, begynner de å utvikle ulikheter. F.eks. former fostervannet i livmoren linjene i de to fostrenes hender og fingre, og de har derfor ikke likt fingeravtrykk.
Ulikhetene vokser enda mer etter fødselen, idet den såkalte epigenetikken kommer inn: Den genetiske profilen blir forandret ganske lite av miljøet vi lever i og påvirkningene vi utsettes for.
Det gjelder også eneggede tvillinger, som genetisk sett f.eks. burde utvikle seg til å bli like høye – men hvis den ene tvillingen ikke får like mye næring som den andre, kan det oppstå markante forskjeller i høyde.
Til tross for ulike påvirkninger er det likevel bare 0,5 prosent av genene hos eneggede tvillinger som etter unnfangelsen kan utvikle seg forskjellig.
Forskeren Fred Turek ved Northwestern-universitetet brukte materiale fra romstasjonens toalett til forskningen sin: Han skulle analysere de bakteriene som lever inne i oss.
Tarmfloraen har blant annet stor betydning for hvordan kroppen bekjemper sykdommer, og forskerne vet bare svært lite om hvordan tarmfloraen reagerer under opphold i rommet.
Målet med den nye forskningen er å ruste NASA til neste etappe av romeventyret: årelange romferder – som en bemannet ferd til Mars på rundt tre år.
Tre hovedfunn fra studien
- Telomerer: Scotts telomerer ble overraskende nok lengre under romreisen. Forskere er i ferd med å undersøke hvorfor, men de mener at det kan henge sammen med at han trente mer og inntok færre kalorier. Mesteparten av Scotts telomerer ble imidlertid kortere igjen få timer etter at han kom tilbake.
- Gener: Scotts genaktivitet endret seg markant i rommet. Genaktiviteten styrer hvordan kroppen danner proteiner. 8,7 prosent av Scotts gener vendte ikke tilbake til utgangspunktet etter at han kom tilbake til jorden. Det er gener som blant annet henger sammen med immunforsvaret og med DNA-reparasjon.
- Immunsystem: Scott fikk en influensavaksine før, under og etter romreisen sin. Immunsystemet hans reagerte på samme måte som Marks gjorde.
Lykken sitter i genene
NASA er langt fra de eneste som interesserer seg for tvillingforskning. Vitenskapelige institutter på universiteter over hele verden er opptatt av å undersøke de nesten identiske menneskeparene i jakten på å avgjøre om arv eller miljø betyr mest for menneskers utvikling.
Etter å ha tilbrakt et år på iss kan scott kellys gener avsløre rommets virkning på kroppen.
Blant annet har forskere ved et av verdens mest kjente tvillingforsknings-institutter, Minnesota Center for Twin and Family Research, undersøkt om lykke bestemmes av genene.
Forskere undersøkte lykkenivået hos 1300 eneggede og toeggede tvillingpar ved hjelp av spørreskjemaer og fant frem til at sosial status, utdannelsesnivå, inntekter, samlivsstatus og religion bare hadde ganske liten betydning for hvor veltilpasset forsøkspersonene følte seg.
Halvparten av lykke-følelsen kunne til gjengjeld tilskrives genene ved at tvillingene seg imellom hadde likt lykkenivå – mest markant hos eneggede tvillinger – og at lykkefølelsen varierte mellom tvillingparene.
Da forskerne gjentok undersøkelsen ti år senere, kunne de se at omgivelsene – i motsetning til forventet – fikk mindre betydning for lykkefølelsen med årene: Nå ble cirka 80 prosent av tvillingenes lykkefølelse
bestemt av genene.
40% av alle tvillinger utvikler sitt eget innbyrdes språk som ingen andre forstår.
Også ideen om menneskets frie vilje er blitt testet av forskerne gjennom tvillingforskning. Ettersom de aller fleste tvillinger har vokst opp i samme hjem, kunne forskerne gå ut fra at tvillingene i forsøket var blitt oppdratt på samme måte religiøst, moralsk og sosialt og hadde hørt foreldrene snakke om de samme politiske overbevisningene ved middagsbordet.
Forskerne stilte tvillingene en rekke holdningsrelaterte spørsmål om for eksempel politisk overbevisning, og sammenlignet svarene fra eneggede tvillinger, som er nesten identiske, med svarene fra toeggede, som bare har rundt halvparten av DNA-et felles.
De eneggede tvillingenes svar var markant mer like, og derfor kunne forskerne konkludere med at holdninger i stor grad er bestemt av gener – over halvparten av tvillingenes politiske holdninger kunne forklares med deres genetiske profil.
Et område der forskerne til gjengjeld har visst lenge at miljøet har stor betydning, er levetid. Et usunt liv med fet mat, stress og forurensning går utover hjerte, lunger og blodårer – men det endrer også den genetiske profilen ved blant annet å slå av og på gener som er ansvarlige for forskjellige aldersrelaterte sykdommer.
Til tross for at de ble skilt, utviklet Jim-tvillingene seg veldig likt.
Tvillinger ble brukt til forsøk
I 1979 begynte et spesielt forsøk i Minnesota, USA. Umiddelbart etter fødselen ble eneggede tvillinger bortadoptert til forskjellige familier.
Formålet var å undersøke hvor likt de atskilte tvillingene ville utvikle seg. Et godt eksempel på separerte tvillinger er Jim-tvillingene, som møttes første gang da de var 39.
Da fant de flere slående likheter: Bl.a. har de samme navn, er skilt fra en Linda og gift med en Betty og har hatt en hund kalt Toy. Den enes sønn heter imidlertid James Allan, og den andres James Alan.
For å finne ut hvilke genetiske forandringer en usunn livsstil kan føre til, sammenlignet en forskergruppe ved King’s College i London genene hos 172 eneggede tvillinger mellom 32 og 80 år.
Forskerne oppdaget 490 genetiske forandringer hos tvillingene, og ved å krysse dem med forekomsten av aldersrelaterte sykdommer fant de frem til fire gener som er direkte koblet til kolesteroltall, lungefunksjon og overgangsalder.
Ved å teste personer for de fire genene lar det seg gjøre å forebygge sykdommene.
Registre samler tvillingdata
Siden den engelske antropologen Francis Galton gjennomførte den første klassiske tvillingundersøkelsen i 1875, har mange ulike forskningsprosjekter hatt tvillinger som kjerne, og i 2013 passerte antallet vitenskapelige artikler med stikkordet tvillinger 50 000.
Den store interessen for tvillingforskning ses blant annet ved at mange land har opprettet et eget tvillingregister. Verdens første av denne typen ble etablert i Danmark i 1953 og inneholder informasjon om 175 000 tvillinger født fra 1870 til 2009.
I dag har Nederland og Sverige verdens største nasjonale tvillingregistre med opplysninger om henholdsvis 255 000 og 216 000 tvillinger.
Gjennom nye forskningsprosjekter kan de komme med innlegg i den eldgamle diskusjonen om arv eller miljø betyr mest for menneskers utvikling, eller de kan avsløre hvordan ekstreme forhold, for eksempel i verdensrommet, eller nye medisiner påvirker menneskekroppen.