세포분열
모든 생물은 자신의 특징을 나타내는 설계도를 가지고 있습니다. 그 설계도는 몸을 이루는 기본 단위인 세포 속에 들어 있습니다. 이러한 설계도는 생물체가 죽더라고 그 생물체의 자손을 통해 계속 그 후손들에게 전해지게 됩니다.
체세포의 염색체는 모양과 크기가 같은 염색체가 두 개씩 짝을 이루고 있습니다. 이것을 상동염색체라고 합니다. 상동염색체는 짝을 이루는 염색체끼리 가지고 있는 유전자의 위치가 서로 같습니다. 이러한 상동 염색체 중 하나는 어머니에게서, 다른 하나는 아버지에게서 받은 것입니다. 사람은 46개의 염색체, 즉 23쌍의 상동염색체를 가지고 있는데, 이러한 염색체의 수는 생물마다 모두 다릅니다. 만약 염색체의 수가 같더라도 염색체의 모양, 크기 등에 따라 생물마다 그 생김새와 성질이 서로 다르게 나타납니다. 따라서 염색체의 수, 모양, 크기 등은 생물을 구성하는 데 매우 중요한 역할을 담당합니다.
남자와 여자의 상동 염색체를 비교해 보면 22쌍의 상동 염색체는 모양과 크기가 같으나 나머지 한 쌍이 다릅니다. 여자는 모양과 크기가 같은 X염색체 한 쌍을 가지고 있고, 남자는 한 개의 X 염색체와 한 개의 Y 염색체를 가지고 있습니다. 즉, 여자는 XX염색체, 남자는 XY염색체가 있습니다. 남녀의 성을 결정하는 X, Y 염색체를 성염색체라고 합니다. 그리고 이 성염색체를 제외한 나머지 44개의 염색체를 상염색체라 합니다.
만일 난자와 정자의 염색체 수가 체세포와 같다면, 정자와 난자가 수정할 때마다 새롭게 생겨나는 세포의 염색체 수는 항상 2배로 늘어날 것입니다. 그러나 모든 생물은 세대가 거듭되어도 염색체 수가 일정하게 유지됩니다. 이것을 생식 세포의 염색체 수는 체세포의 절반이라는 것을 알 수 있습니다.
생식 세포는 만들어질 때 염색체 수가 체세포의 반으로 줄어드는 과정을 거칩니다. 이러한 생식 세포가 만들어질 때의 분열 과정을 감수 분열이라고 합니다. 이렇게 생식 세포는 감수 분열에 의해 만들어지기 때문에 생식 세포들이 결합하여 만들어진 새로운 개체는 항상 어버이와 같은 수의 염색체를 가지게 됩니다. 그리고 감수 분열을 통해 1개의 세포에서 4개의 생식 세포가 생깁니다. 이 과정에서 생식 세포마다 다른 새로운 유전자 조합이 생겨납니다.
유전
우열의 법칙을 알아낸 멘델은 계속해서 황색인 순종의 완두와 녹색인 순종의 완두를 고배시켰습니다. 그리고 고배시켜 얻은 황색의 잡종 완두를 키워서 꽃이 피자마자 자화 수분을 시켰습니다. 그래서 얻은 완두, 즉 자손 제2대의 색깔을 조사하였습니다. 그 결과 자손 제 2대에서 얻은 완두 8,023개 중에서 6,022개는 황색 완두이고 2,001개는 녹색 완두였습니다. 황색 완두와 녹색 완두가 약 3:1의 비율로 나타났습니다. 그리고 멘델은 완두의 색깔말고 다른 대립 형질에 대해서도 실험하여 두 가지 형질이 3:1의 비유로 나타나는 것을 알아내었습니다.
이처럼 잡종인 자손 제1대를 자화 수분으로 교배하면 자손 제 1대에서 나타나지 않았던 열성의 형질이 자손 제 2대에서 나타납니다. 이때 모든 형질의 우성과 열성이 거의 3:1의 비율로 나타나는 것을 알 수 있습니다. 이것을 분리의 법칙이라고 합니다.
멘델은 분리의 법칙을 설명하기 위해 완두의 생식 세포에 각각의 형질을 나타내는 어떤 요소가 들어 있는 것이라고 생각했습니다. 멘델의 이런 생각을 여러 유전학자들이 연구한 결과, 유전자가 쌍으로 존재하고 있으며, 쌍을 이루고 있던 유전자는 생식 과정을 통해 분리되어 하나의 유전자만 생식 세포에 들어간다는 사실을 알게 되었습니다. 또한 수정을 통해 유전자가 다시 쌍을 이루게 된다는 것도 알게 되었습니다. 형질을 나타내는 유전자 쌍을 유전자형이라고 합니다. 그러면 완두 씨의 색깔 유전에서 황색을 나타내는 유전자를 Y, 녹색을 나타내는 유전자를 y라고 하면, 각 형질은 쌍으로 나타나므로 순정황색은 YY, 순종 녹색은 yy, 잡종 황색은 Yy의 유전자형으로 표시됩니다. 생식 세포는 어버이의 유전자를 하나씩 받으며, 생식 세포 두 개가 만나 자손의 유전형이 결정됩니다. 자손의 유전형이 결정되는 모든 경우를 생각해 보면 분리의 법칙을 설명할 수 있습니다.
즉 분리의 법칙은 자손 제1대에서 생식 세포를 만들 때 대립 형질을 나타내는 유전자가 분리되어 생식 세포로 나누어 들어가, 자손 제2대의 표현형이 일정한 비로 나타나는 법치이라고 설명할 수 있습니다.