3D animation af tvillinger i maven

Tvillinger løser genetiske gåder

Enæggede tvillinger er de perfekte forsøgspersoner, fordi de genetisk set er næsten identiske. Det giver forskere mulighed for at besvare spørgsmålet om, hvorvidt arv eller miljø betyder mest: Sidder lykke og holdninger i vores gener, eller er de et produkt af vores omgivelser? De ens kroppe giver også en unik chance for at undersøge, hvilken effekt ekstremer som årelange rumrejser har på mennesker.

Enæggede tvillinger er de perfekte forsøgspersoner, fordi de genetisk set er næsten identiske. Det giver forskere mulighed for at besvare spørgsmålet om, hvorvidt arv eller miljø betyder mest: Sidder lykke og holdninger i vores gener, eller er de et produkt af vores omgivelser? De ens kroppe giver også en unik chance for at undersøge, hvilken effekt ekstremer som årelange rumrejser har på mennesker.

Shutterstock

Der fødes 1,6 millioner tvillingepar om året, og de er en vidensmæssig guldgrube for forskere: Den såkaldte tvillingeforskning giver mulighed for at undersøge, hvornår en persons egenskaber er et udslag af den genetiske arv, og hvornår de er blevet formet af påvirkninger fra det omgivende miljø.

Enæggede tvillinger giver ovenikøbet også mulighed for meget nøjagtigt at undersøge, hvordan menneskekroppen reagerer på at blive påvirket på en bestemt måde – fordi de enæggede tvillinger genetisk er minimum 99,5 procent ens, kan den ene tvilling udsættes for forsøget, mens den anden fungerer som kontrolperson.

VIDEO: Tag på besøg i tvillinge-landsbyen Cândido Godói

Enæggede tvillinger bliver skabt, når et befrugtet æg deler sig spontant – forskerne ved ikke hvorfor.

Netop dette faktum udnyttede verdens eneste astronauttvillingepar. Scott Kelly tilbragte et år på Den Internationale Rumstation, ISS, mens hans tvillingebror, Mark Kelly, blev på Jorden.

Undervejs blev de nøje overvåget af forskere for at afsløre, hvordan menneskekroppen reagerer på at opholde sig så længe i det voldsomme rummiljø med højt strålingsniveau og vægtløshed.

Astronauter mister muskler

Mennesker er specialbyggede til at opholde sig på Jorden, hvor tyngdekraften trækker kroppen nedad: Tyngdekraften vedligeholder bl.a. kroppens muskler, fordi det kræver kræfter at bevæge sig rundt, og den sørger for, at kroppens væsker – blod og vand – er korrekt fordelt.

I vægtløs tilstand er der ingen kraft til at holde kroppen på plads. Derfor mister astronauter muskel- og knoglemasse og ophober væske i deres brystkasse og hoved.

Men de synlige effekter er ikke de eneste ændringer, kroppen undergår gennem lang tid i rummet.

tvillinger, Mark Kelly, Scott Kelly

Enæggede tvillinger som Mark og Scott Kelly kan fx kaste lys over, hvordan meget lange rumrejser påvirker menneskers fysik.

© Robert Markowitz/NASA

Inden, undervejs og efter Scotts ophold i rummet fik Kelly-brødrene derfor taget en række prøver fra slimhinder, urin, blod, spyt og afføring, for at forskerne kunne undersøge deres dna og tjekke funktionen af kroppens transportstoffer, såsom proteiner.

Deres muskelmasse, udholdenhed og fordeling af væske blev også registreret.

Prøverne blev analyseret i NASA’s forskningsprogram Human Exploration Research Opportunities, hvor forskere fra ti forskellige projekter bl.a. undersøgte, om Scotts immunforsvar og gener ændrede sig under den lang rumrejse.

Professor Susan Bailey fra Colorado State University undersøgte tvillingernes telomerer – de små propper i hver ende af kromosomerne, som bliver forkortet, hver gang en celle deler sig.

Telomererne giver et groft billede af et menneskes biologiske alder, men bliver også kortere af stress. Derfor forventede forskerne, at Scotts telomerer ville forkortes hurtigere i rummet end Marks på Jorden.

gravid, tvillinger, 3D

Enæggede tvillinger kan udvikle sig forskelligt i morens mave, bl.a. ved at de indtager forskellige mængder af mad.

© Claus Lunau / Shutterstock

Enæggede tvillinger er 0,5 % forskellige

Enæggede tvillinger er skabt af det samme arvemateriale og ser derfor meget ens ud – men op til en halv procent af deres gener kan variere fra den ene til den anden.

Tvillinger, som stammer fra det samme befrugtede æg – såkaldte enæggede tvillinger – er som udgangspunkt genetisk identiske, fordi de er skabt af arvematerialet fra ét æg og én sædcelle.

Men allerede kort tid efter at ægget har delt sig til to fostre, begynder de at udvikle forskelligheder. Fx former fostervandet i livmoderen linjerne på de to fostres hænder og fingre, så de ikke har ens fingeraftryk.

Forskellighederne vokser endnu mere efter fødslen, hvor den såkaldte epigenetik kommer i spil: Vores genetiske profil bliver forandret ganske lidt af det miljø, vi lever i, og de påvirkninger, vi udsættes for.

Det gælder også enæggede tvillinger, som fx genetisk set burde udvikle sig til at være lige høje – men hvis den ene tvilling ikke får lige så meget næring som den anden, kan markante forskelle i højde opstå.

På trods af forskellige påvirkninger er det dog kun 0,5 procent af de enæggede tvillingers gener, som efter undfangelsen kan udvikle sig forskelligt.

Forskeren Fred Turek fra Northwestern University brugte til sin undersøgelse af astronaut-tvillingerne materiale fra rumstationens toilet: Han skulle analysere de bakterier, som lever inden i os.

Tarmfloraen har bl.a. stor betydning for, hvordan kroppen bekæmper sygdomme, og forskerne ved kun meget lidt om, hvordan tarmfloraen reagerer under ophold i rummet.

Målet med den nye forskning er at ruste NASA til næste etape af rumeventyret: årelange rumrejser – fx en bemandet mission til Mars, der vil tage ca. tre år.

Tre hovedfund fra undersøgelsen

  • Telomerer: Scotts telomerer blev overraskende nok længere under rumrejsen. Forskere er i gang med at undersøge hvorfor, men de mener, at det kan hænge sammen med, at han dyrkede mere motion og indtog færre kalorier. Størstedelen af Scotts telomerer blev dog kortere igen inden for få timer efter hans hjemkomst.
  • Gener: Scotts gen-aktivitet ændrede sig markant i rummet. Gen-aktiviteten styrer, hvordan kroppen danner proteiner. 8,7 % af Scotts gener vendte ikke tilbage til udgangspunktet efter hans tilbagevenden til jorden. Det er gener, der blandt andet hænger sammen med immunforsvaret og DNA-reparation.
  • Immunsystem: Scott fik en influenzavaccine før, under og efter sin rumrejse. Hans immunsystem reagerede på samme måde, som Marks gjorde.

Lykken sidder i generne

NASA er langtfra de eneste, som interesserer sig for tvillingeforskning. Videnskabelige institutter på universiteter verden over er dedikeret til at undersøge de næsten identiske menneskepar i jagten på at afgøre, om arv eller miljø betyder mest for menneskers udvikling.

Scott Kelly i rummet

Efter at have tilbragt et år på iss kan scott kellys gener afsløre rummets virkning på kroppen.

© Mark Sowa/NASA

Bl.a. har forskere ved et af verdens mest kendte tvillingeforsknings-institutter, Minnesota Center for Twin and Family Research, undersøgt, om lykke bestemmes af generne.

Forskere undersøgte lykkeniveauet hos 1300 enæggede og tveæggede tvillingepar ved hjælp af spørgeskemaer og fandt frem til, at social status, uddannelsesniveau, indkomst, ægteskabelig status og religion kun havde ganske lille betydning for, hvor veltilpasse forsøgspersonerne følte sig.

Halvdelen af lykkefølelsen kunne til gengæld tilskrives generne, ved at tvillingerne indbyrdes havde ens lykkeniveau – mest markant hos de enæggede tvillinger – og at lykkefølelsen varierede tvillingeparrene imellem.

Da forskerne gentog undersøgelsen ti år senere, kunne de se, at omgivelserne modsat deres forventning fik mindre betydning for lykkefølelsen med årene:

Nu blev ca. 80 procent af tvillingernes lykke bestemt af generne.

40% af alle tvillinger udvikler deres eget indbyrdes sprog, som ingen andre kan forstå.

Også ideen om menneskets frie vilje er blevet afprøvet af forskerne gennem tvillingeforskning. Siden langt de fleste tvillinger er vokset op i det samme hjem, kunne forskerne gå ud fra, at tvillingerne i forsøget var blevet opdraget på den samme måde religiøst, moralsk og socialt og havde hørt forældrene tale om de samme politiske overbevisninger ved middagsbordet.

Forskerne stillede tvillingerne en række holdningsprægede spørgsmål om fx politisk overbevisning og sammenlignede svarene fra de enæggede tvillinger, som er næsten genetisk identiske, med svarene fra de tveæggede, som kun har cirka halvdelen af deres dna tilfælles.

De enæggede tvillingers svar var markant mere ens, og derfor kunne forskerne konkludere, at holdninger i høj grad er bestemt af gener – over halvdelen af tvillingernes politiske holdninger kunne forklares med deres genetiske profil.

Et område, hvor forskere omvendt længe har vidst, at miljøet har stor betydning, er levetid – et usundt liv med fed mad, stress og forurening går ud over hjerte, lunger og blodårer – men det ændrer også den genetiske profil ved bl.a. at tænde eller slukke for gener, som er ansvarlige for forskellige aldersrelaterede sygdomme.

Jim-tvillingerne, tvillinger, enæggede

Trods adskillelse udviklede Jim-tvillingerne sig meget ens.

© Nancy L. Segal

Tvillinger blev brugt til forsøg

I 1979 begyndte et særligt forsøg i Minnesota, USA. Umiddelbart efter fødslen blev enæggede tvillinger bortadopteret til forskellige familier.

Formålet var at undersøge, hvor ens de adskilte tvillinger ville udvikle sig. Et godt eksempel på separerede tvillinger er Jim-tvillingerne, som mødtes første gang, da de var 39.

Her fandt de flere slående ligheder: Bl.a. har de samme navn, er skilt fra en Linda og gift med en Betty og har haft en hund kaldet Toy. Den enes søn hedder dog James Allan, og den andens James Alan.

For at finde ud af, hvilke genetiske forandringer en usund livsstil medfører, sammenlignede et forskerhold fra King’s College i London generne hos 172 enæggede tvillinger mellem 32 og 80 år.

Forskerne opdagede 490 genetiske forandringer hos tvillingerne, og ved at krydse dem med forekomsten af aldersrelaterede sygdomme fandt de frem til fire gener, som er direkte koblet til kolesteroltal, lungefunktion og overgangsalder.

Ved at teste personer for de fire gener kan sygdommene forebygges.

Registre samler tvillingedata

Siden den engelske antropolog Francis Galton i 1875 gennemførte den første klassiske tvillingeundersøgelse, har mange forskelligartede forskningsprojekter haft tvillinger som omdrejningspunkt, og i 2013 oversteg antallet af videnskabelige artikler med ordet “twins” 50.000.

Den store interesse for tvillingeforskning ses bl.a. ved, at mange lande har oprettet et særligt tvillingeregister. Verdens første af slagsen blev etableret i Danmark i 1953 og indeholder informationer om 175.000 tvillinger født fra 1870 til 2009.

I dag har Holland og Sverige verdens største nationale tvillingeregistre med oplysninger om henholdsvis 255.000 og 216.000 tvillinger.

Gennem nye forskningsprojekter kan de komme med indlæg i den ældgamle diskussion om, hvorvidt arv eller miljø betyder mest for menneskers udvikling, eller kan afsløre, hvordan ekstreme forhold fx i rummet eller ny medicin påvirker menneskekroppen.