Faits: A. Par jugement du 20 septembre 2006, le Tribunal pénal de la Gruyère a reconnu X._ coupable d'actes d'ordre sexuel avec un enfant, de tentatives d'actes d'ordre sexuel avec un enfant, de contrainte sexuelle, d'actes d'ordre sexuel commis sur une personne incapable de discernement ou de résistance et de viols sur les personnes de ses nièces, A._, née en 1987, et B._, née en 1988. Il l'a condamné à une peine de neuf ans de réclusion, sous déduction de la détention préventive subie. En outre, il l'a astreint à verser des indemnités civiles à ses nièces et à leur famille. B. Par arrêt du 15 mai 2008, la Cour d'appel pénal du Tribunal cantonal de l'Etat de Fribourg a admis l'appel du Ministère public cantonal et partiellement celui du condamné. Elle a abandonné les condamnations pour viols au préjudice de B._ et réduit la peine à huit ans de réclusion. Sur le plan civil, elle a estimé que seuls les parents des victimes, à l'exclusion du frère de celles-ci, avaient droit à une indemnité qu'elle a réduite à 10'000 fr. L'arrêt attaqué retient en substance les faits suivants: A partir du 1er avril 1993, X._ a commencé à commettre des attouchements sur ses deux nièces, A._, née en 1987, et B._, née en 1988. Il a d'abord caressé leur thorax et leurs seins, par-dessus les habits, puis par-dessous, à même la peau. Il a ensuite caressé leur sexe par-dessus le slip, puis par-dessous. Il leur a caressé et léché tout le corps, y compris leur sexe, et a introduit ses doigts dans leur vagin. Il leur a montré sa verge en érection et s'est masturbé devant elles jusqu'à éjaculation. Il a demandé à ses deux nièces qui se sont exécutées de lui caresser le pénis, de le masturber et de lui faire des fellations. La plupart du temps, il éjaculait dans un verre en présence des fillettes, leur demandant ensuite de boire son sperme. En 1997, X._ a fait subir l'acte sexuel à A._, la pénétrant, en présence de sa soeur B._. A plusieurs reprises, A._ s'est défendue. Elle a refusé de lécher le sexe de son oncle et de le masturber. Elle a aussi parfois refusé que leur oncle lui fasse des attouchements. Pour amener les fillettes à assouvir ses pulsions sexuelles, X._ les mettait en concurrence et leur promettait des cadeaux, tout en les enjoignant de garder le secret. Le plus souvent, il les isolait pour abuser d'elles. A une reprise au moins, il a utilisé la force, en tenant les bras de A._. Ces abus sexuels ont eu lieu depuis avril 1993 à raison d'une à quatre fois par semaine sur l'une ou l'autre ou sur les deux fillettes. Ils ont diminué, en 1998, lorsque la famille des deux fillettes a déménagé et pris fin respectivement en 2000 pour A._ et en 2001 pour B._. C. Contre cet arrêt cantonal, X._ dépose un recours en matière pénale devant le Tribunal fédéral. Il conclut, principalement, à son acquittement des préventions de viols, de tentatives d'actes d'ordre sexuel avec un enfant et de contraintes sexuelles et au prononcé d'une peine de vingt-quatre mois de privation de liberté; il sollicite également la réduction de l'indemnité pour tort moral allouée aux victimes, la suppression de toute indemnité à leurs parents et la réduction des frais et des dépens mis à sa charge. Subsidiairement, il conclut au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouveau jugement. En outre, il demande à être mis au bénéfice de l'assistance judiciaire. D. Invités à présenter leurs déterminations, le Ministère public ainsi que les époux Y._ et Z._ ont conclu au rejet du recours alors que la Cour d'appel pénal a renoncé à des observations.