Aunque no lo sabía, Walther Flemming observó realmente espermatozoides sometidos a meiosis en 1882, pero confundió este proceso con la mitosis. No obstante, Flemming observó que, a diferencia de lo que ocurre durante la división celular normal, los cromosomas se presentaban en pares durante el desarrollo de los espermatozoides. Esta observación, seguida en 1902 por la meticulosa medición de Sutton de los cromosomas en el desarrollo de los espermatozoides de saltamontes, proporcionó pistas definitivas de que la división celular en los gametos no era una mitosis normal. Sutton demostró que el número de cromosomas se reducía en la división celular de los espermatozoides, un proceso denominado división reductora. Como resultado de este proceso, cada gameto que Sutton observó tenía la mitad de la información genética de la célula original. Unos años más tarde, los investigadores J. B. Farmer y J. E. S. Moore informaron de que este proceso -conocido como meiosis- es el medio fundamental por el que los animales y las plantas producen gametos (Farmer & Moore, 1905).
El mayor impacto del trabajo de Sutton tiene mucho más que ver con la aportación de pruebas para el principio de selección independiente de Mendel que con cualquier otra cosa. En concreto, Sutton vio que la posición de cada cromosoma en la línea media durante la metafase era aleatoria, y que nunca había un lado materno o paterno consistente en la división celular. Por tanto, cada cromosoma era independiente del otro. Así, cuando la célula madre se separaba en gametos, el conjunto de cromosomas de cada célula hija podía contener una mezcla de los rasgos parentales, pero no necesariamente la misma mezcla que en otras células hijas.
Para ilustrar este concepto, considere la variedad derivada de sólo tres pares de cromosomas hipotéticos, como se muestra en el siguiente ejemplo (Hirsch, 1963). Cada par consta de dos homólogos: uno materno y otro paterno. Aquí, las letras mayúsculas representan el cromosoma materno, y las minúsculas el cromosoma paterno:
- Par 1: A y a
- Par 2: B y b
- Par 3: C y c
Cuando estos pares de cromosomas se reorganizan por medio de un ensamblaje independiente, pueden producir ocho combinaciones posibles en los gametos resultantes:
- A B C
- A B c
- A b c
- A b C
- a B C
- a B c
- a b C
- a b c
A El cálculo matemático basado en el número de cromosomas de un organismo también proporcionará el número de combinaciones posibles de cromosomas para cada gameto. En particular, Sutton señaló que la independencia de cada cromosoma durante la meiosis significa que hay 2n posibles combinaciones de cromosomas en los gametos, siendo «n» el número de cromosomas por gameto. Así, en el ejemplo anterior de tres pares de cromosomas, el cálculo es 23, lo que equivale a 8. Además, cuando se consideran todos los emparejamientos posibles de gametos masculinos y femeninos, la variación en los cigotos es (2n)2, lo que da como resultado unos números bastante grandes.
¿Pero qué pasa con el reordenamiento cromosómico en los humanos? Los humanos tienen 23 pares de cromosomas. Eso significa que una persona podría producir 223 gametos diferentes. Además, cuando se calculan las posibles combinaciones que surgen del emparejamiento de un óvulo y un espermatozoide, el resultado es (223)2 combinaciones posibles. Sin embargo, algunas de estas combinaciones producen el mismo genotipo (por ejemplo, varios gametos pueden producir un individuo heterocigoto). En consecuencia, la probabilidad de que dos hermanos tengan la misma combinación de cromosomas (suponiendo que no haya recombinación) es de aproximadamente (3/8)23, es decir, una entre 6.270 millones. Por supuesto, hay más de 23 unidades de segregación (Hirsch, 2004).
Aunque los cálculos del surtido aleatorio de cromosomas y la mezcla de diferentes gametos son impresionantes, el surtido aleatorio no es la única fuente de variación que proviene de la meiosis. De hecho, estos cálculos son números ideales basados en cromosomas que realmente permanecen intactos a lo largo del proceso meiótico. En realidad, el cruce entre cromátidas durante la profase I de la meiosis mezcla trozos de cromosomas entre pares homólogos, un fenómeno llamado recombinación. Dado que la recombinación se produce cada vez que se forman los gametos, podemos esperar que siempre se añada a los posibles genotipos predichos a partir del cálculo del 2n. Además, la variedad de gametos se vuelve aún más imprevisible y compleja si tenemos en cuenta la contribución del enlace génico. Algunos genes siempre se cosegregarán en los gametos si están fuertemente ligados, y por tanto mostrarán una tasa de recombinación muy baja. Mientras que el ligamiento es una fuerza que tiende a reducir el surtido independiente de ciertos rasgos, la recombinación aumenta este surtido. De hecho, la recombinación conduce a un aumento global del número de unidades que se ensamblan de forma independiente, y esto aumenta la variación.
Mientras que en la mitosis, los genes suelen transferirse fielmente de una generación celular a la siguiente; en la meiosis y la posterior reproducción sexual, los genes se mezclan. En realidad, la reproducción sexual amplía la variedad creada por la meiosis, porque combina las distintas variedades de los genotipos parentales. Así, debido al surtido independiente, la recombinación y la reproducción sexual, hay trillones de genotipos posibles en la especie humana.