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Molto più frequente è il caso in cui due gemelli si sviluppano a partire da due diverse cellule uovo fecondate, il che presuppone che in un ciclo la donna abbia prodotto più ovuli. Tra una fecondazione e quella successiva possono trascorrere diverse ore o addirittura giorni. Dal punto di vista genetico i gemelli dizigoti sono diversi come qualsiasi altra coppia di fratelli. Ciascuno dei due ha un sacco amniotico e una placenta tutti per sé. Nel corso della gravidanza, tuttavia, le placente possono anche arrivare a presentarsi come un tutt'uno, nonostante ciascuna continui ad alimentare un solo feto.
In rarissimi casi può accadere anche che, pur essendo dizigoti, i due gemelli risultino da un'unica cellula uovo. È quel che succede quando una cellula uovo possiede due nuclei, ciascuno dei quali viene fecondato da un diverso spermatozoo. In tal caso i due feti avranno lo stesso patrimonio genetico materno e due differenti patrimoni genetici paterni.
Per appurare se due gemelli sono monozigoti o dizigoti l'ideale è sottoporsi a un'ecografia nel primo trimestre. Se il corion è uno solo i gemelli saranno sicuramente monozigoti. Trascorso il primo trimestre, chiarire questo aspetto diviene sempre più difficile, visto che a partire dalla 16a settimana circa corion e amnios sono troppo ravvicinati per poter essere distinti con l'ecografo.