Walther Flemmingは1882年に実際に減数分裂を行う精子を観察しましたが、本人は知りませんでしたが、このプロセスを有糸分裂と間違えていました。 しかし、フレミングは、通常の細胞分裂とは異なり、精子の発生過程で染色体が2本1組で発生することに気づいた。 この観察に続き、1902年にはサットンがバッタの精子細胞の発生における染色体を丹念に測定し、配偶子の細胞分裂が通常の有糸分裂とは異なることを示す決定的な手がかりを得たのである。 サットンは、精子の細胞分裂において、還元分裂と呼ばれるプロセスで染色体の数が減少することを証明したのである。 その結果、サットンが観察した各精子は、元の細胞の2分の1の遺伝情報を持つようになった。 数年後、J. B. ファーマーとJ. E. S. ムーアは、このプロセス（別名、減数分裂）が動物や植物が配偶子を作る基本的な手段であると報告した（ファーマー & ムーア、1905年）。
サットンの研究の最大のインパクトは、何よりもメンデルの独立同種の原理に対する証拠を提供したことにある。 具体的には、サットンは、メタフェース中の各染色体の正中線での位置はランダムであり、細胞分裂の際に母方、父方の一貫性がないことを見抜いたのである。 従って、各染色体は互いに独立していたのです。 したがって、親細胞が配偶子に分離するとき、各娘細胞の染色体セットには親の形質が混在している可能性があるが、必ずしも他の娘細胞と同じように混在しているとは限らない。
この概念を説明するために、次の例のように、たった3つの仮想的な染色体対から得られる品種を考えてみましょう(Hirsch, 1963)。 各対は母方と父方の2本の相同染色体からなる。 大文字が母方、小文字が父方の染色体です。
- ペア1: Aとa
- ペア2: Bとb
- ペア3: Cとc
これらの染色体対が独立にシャッフルされて、得られる配偶子には8通りの組み合わせがあり得ます。
- 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の8つの組合せ。 生物の染色体数から数学的な計算をすると、各配偶体の染色体の組み合わせの可能性も出てくる。 特に、サットンは、減数分裂の際に各染色体が独立することは、配偶子における染色体の組み合わせが2n通りあることを意味し、「n」は配偶子あたりの染色体数であると指摘している。 したがって、先ほどの3本の染色体対の例では、23本となり、8本になる計算です。 さらに、男女の配偶子の組み合わせの可能性をすべて考慮すると、接合子の変異は (2n)2 となり、かなり大きな数字になります。
しかし、人間の染色体再配列はどうでしょうか。 ヒトは23対の染色体を持っています。 つまり、一人の人間が223種類の配偶子を作ることができるのです。 また、卵子と精子の対から生まれる可能な組み合わせを計算すると、(223)2の組み合わせの可能性があります。 しかし、これらの組み合わせの中には、同じ遺伝子型を生み出すものもあります（例えば、いくつかの配偶子からヘテロ接合体の個体が生まれることもあります）。 その結果、2人の兄弟が同じ組み合わせの染色体を持つ確率は（組み換えがないと仮定して）約（3/8）23、つまり62億7000万分の1です。 もちろん、23本以上の分離単位が存在する(Hirsch, 2004)。
染色体のランダムアソートと異なる配偶子の混合という計算は印象的ですが、ランダムアソートだけが減数分裂から生じる変異の原因ではありません。 実際、これらの計算は、減数分裂の過程で実際に染色体がそのまま残っていることを前提とした理想的な数字です。 実際には、減数第一分裂の前段階において、染色体間の交差が起こり、相同染色体間の染色体の断片が混ざり合いますが、これは組換えと呼ばれる現象です。 組換えは配偶子が形成されるたびに起こるので、2nの計算から予測される遺伝子型の可能性に常に加わることが予想される。 さらに、遺伝子の連鎖の寄与を考えると、配偶子の多様性はさらに予測不可能で複雑なものになる。 ある種の遺伝子は、その連結が強固であれば必ず配偶子に共食いし、したがって非常に低い組換え率を示すことになる。 連鎖はある形質の独立した取り合わせを減らす傾向がある力であるが、組換えはこの取り合わせを増加させる。 有糸分裂では、遺伝子は一般に1つの細胞世代から次の世代へと忠実に移されるが、減数分裂とそれに続く有性生殖では、遺伝子が混ざり合ってしまうのである。 有性生殖は、親の遺伝子型の異なる品種を組み合わせるので、実際には減数分裂で作られた品種を拡大する。 このように、独立した詰め合わせ、組み換え、有性生殖によって、ヒトという種には何兆通りもの遺伝子型が存在するのである。