Hoewel hij het niet wist, heeft Walther Flemming in 1882 spermatozoa waargenomen die meiose ondergingen, maar hij verwarde dit proces met mitose. Flemming merkte echter wel op dat chromosomen tijdens de ontwikkeling van spermatozoa in paren voorkomen, in tegenstelling tot chromosomen bij gewone celdeling. Deze waarneming, in 1902 gevolgd door Sutton’s nauwgezette meting van chromosomen bij de ontwikkeling van spermacellen van sprinkhanen, leverde definitieve aanwijzingen dat celdeling in geslachtscellen niet gewoon mitose was. Sutton toonde aan dat het aantal chromosomen werd verminderd bij de celdeling van spermatozoën, een proces dat reductiedeling wordt genoemd. Als gevolg van dit proces had elke gameet die Sutton observeerde de helft van de genetische informatie van de oorspronkelijke cel. Een paar jaar later meldden onderzoekers J.B. Farmer en J.E.S. Moore dat dit proces – ook bekend als meiose – het fundamentele middel is waarmee dieren en planten geslachtscellen produceren (Farmer & Moore, 1905).
De grootste invloed van Sutton’s werk heeft veel meer te maken met het leveren van bewijs voor Mendel’s principe van onafhankelijk assortiment dan met iets anders. In het bijzonder zag Sutton dat de positie van elk chromosoom op de middellijn tijdens de metafase willekeurig was, en dat er nooit een consistente maternale of vaderlijke kant van de celdeling was. Daarom was elk chromosoom onafhankelijk van het andere. Bij de scheiding van de oudercel in geslachtscellen kon de set chromosomen in elke dochtercel dus een mengsel van de ouderlijke eigenschappen bevatten, maar niet noodzakelijkerwijs hetzelfde mengsel als in andere dochtercellen.
Om dit concept te illustreren, beschouw de variëteit die uit slechts drie hypothetische chromosomenparen wordt afgeleid, zoals in het volgende voorbeeld (Hirsch, 1963). Elk paar bestaat uit twee homologen: een maternale en een paternale. Hier stellen hoofdletters het maternale chromosoom voor, en kleine letters het vaderlijke chromosoom:
- Paar 1: A en a
- Paar 2: B en b
- Paar 3: C en c
Wanneer deze chromosomenparen door onafhankelijk assortiment worden herschikt, kunnen zij in de resulterende gameten acht mogelijke combinaties opleveren:
- 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 wiskundige berekening op basis van het aantal chromosomen in een organisme zal ook het aantal mogelijke combinaties van chromosomen voor elke gameet opleveren. Sutton wees er met name op dat de onafhankelijkheid van elk chromosoom tijdens de meiose betekent dat er 2n mogelijke combinaties van chromosomen in gameten zijn, waarbij “n” het aantal chromosomen per gameten is. In het vorige voorbeeld van drie chromosomenparen is de berekening dus 23, wat gelijk is aan 8. Bovendien, als je alle mogelijke paren van mannelijke en vrouwelijke gameten in aanmerking neemt, is de variatie in zygoten (2n)2, wat resulteert in enkele tamelijk grote getallen.
Maar hoe zit het met chromosoomreassortment bij mensen? Mensen hebben 23 paar chromosomen. Dat betekent dat één persoon 223 verschillende gameten kan voortbrengen. Bovendien, als je de mogelijke combinaties berekent die uit de paring van een eicel en een zaadcel voortkomen, is het resultaat (223)2 mogelijke combinaties. Sommige van deze combinaties leveren echter hetzelfde genotype op (zo kunnen meerdere gameten een heterozygoot individu voortbrengen). Bijgevolg is de kans dat twee broers en zussen dezelfde combinatie van chromosomen hebben (ervan uitgaande dat er geen recombinatie plaatsvindt) ongeveer (3/8)23, of één op 6,27 miljard. Natuurlijk zijn er meer dan 23 segregerende eenheden (Hirsch, 2004).
Hoewel de berekeningen van het toevallige aanbod van chromosomen en de vermenging van verschillende gameten indrukwekkend zijn, is het toevallige aanbod niet de enige bron van variatie die voortkomt uit meiose. In feite zijn deze berekeningen ideale getallen, gebaseerd op chromosomen die gedurende het meioseproces intact blijven. In werkelijkheid vermengt crossing-over tussen chromatiden tijdens profase I van de meiose stukjes chromosoom tussen homologe paren, een fenomeen dat recombinatie wordt genoemd. Omdat recombinatie telkens optreedt wanneer gameten worden gevormd, kunnen we verwachten dat dit altijd zal bijdragen tot de mogelijke genotypen die uit de 2n-berekening worden voorspeld. Bovendien wordt de verscheidenheid aan gameten nog onvoorspelbaarder en complexer als we de bijdrage van genoverbinding in aanmerking nemen. Sommige genen zullen altijd cosegregeren in gameten als ze nauw verbonden zijn, en zij zullen daarom een zeer lage recombinatiesnelheid vertonen. Terwijl koppeling een kracht is die ertoe neigt het onafhankelijke assortiment van bepaalde eigenschappen te verminderen, verhoogt recombinatie dit assortiment. In feite leidt recombinatie tot een algehele toename van het aantal eenheden dat onafhankelijk assembleert, en dit vergroot de variatie.
Terwijl bij mitose de genen in het algemeen getrouw van de ene celgeneratie op de volgende worden overgedragen, raken bij meiose en de daaropvolgende sexuele voortplanting de genen door elkaar. Seksuele voortplanting vergroot in feite de variëteit die door meiose wordt gecreëerd, omdat zij de verschillende variëteiten van ouderlijke genotypen samenvoegt. Dus, als gevolg van onafhankelijk assortiment, recombinatie, en seksuele voortplanting, zijn er triljoenen mogelijke genotypen in de menselijke soort.