1) 변이
대부분의 사람들은 다른 사람에게 아기의 출산을 알리려고 할 때 아기의 성별은 언급하지만 태어나는 것이 인간이라고는 굳이 규정해서 알릴 필요가 없습니다. 생명체의 한 가지 특징은 자기 자신과 같은 종류의 생명체를 재생산하는 데 있기 때문입니다. 코끼리는 아기 코끼리만을 만들고 참나무는 어린 참나무만을 생산합니다. 이러한 법칙에 예외는 타블로이드 신문에 매우 놀랍지만 의심스러운 이야기거리로 나오게 될 것입니다.
흔히 받아들이는 또 다른 법칙은 태어나는 자손이 관계없는 사람보다는 부모를 더 닮는다는 것입니다. 가족구성원을 살펴보면 이들 간에 약간의 공통적인 특징을 발견해낼 수 있습니다. 한 세대에서 다음 세대로의 형질의 전달을 유전(heredity)이라고 합니다. 그러나 아들과 딸들은 이들의 부모나 형재자매와 똑같은 복사본은 아닙니다. 유전된 유사성뿐만 아니라 또한 변이(variation)도 나타나게 됩니다. 농부들은 수천 년 동안 식물과 동물을 원하는 특징으로 품종개량하며 유전과 변이를 이용하여 왔습니다.
2) 유전자의 전달
유전학(genetics)은 유전과 유전적 변이에 관한 학문을 말합니다. 부모는 자손들에게 유전자(gene)라고 하는 유전 단위의 양식으로 암호화된 정보를 물려줍니다. 어머니와 아버지로부터 물려받은 유전자들이 부모와 우리의 유전적인 연결고리이며, 이것이 눈 색깔, 주근깨와 같은 특징을 공유하는 등의 가족간의 닮음을 설명합니다. 우리의 유전자는 수정란에서 발생하여 성인에 이를 때 생겨나는 특정 형질들을 프로그램하고 있습니다.
물려받는 정보는 각 유전자의 다른 DNA 뉴클레오타이드 서열의 형태로 전달됩니다. 대부분의 유전자는 세포가 특정 효소나 다른 단백질을 생성하도록 프로그램하는데, 이 단백질들의 기능이 축적되어 개체의 유전 형질이 나타나게 됩니다. 이처럼 형질이 DNA 형태로 프로그램된다는 것은 생물학에서 일관된 주제 중 하나입니다.
유전 형질의 전달은 정확한 DNA 복제가 분자적 기초이며 이러한 DNA 복제가 부모에서 자손으로 전달되는 유전자의 복사본을 만들어내는 것입니다. 동식물에서는 배우자(gemete)라고 불리는 생식세포가 유전자를 한 세대에서 다음 세대로 전달하는 운반체입니다. 수정하는 동안 수컷과 암컷의 배우자(정자와 난자)가 합쳐짐으로써 두 부모의 유전자가 모두 자손으로 전달됩니다.
미토콘드리아와 엽록체에 존재하는 아주 적은 양의 DNA를 제외하면 진핵세포의 DNA는 핵 안에서 있는 염색체로 응축되어 있습니다. 모든 생물종은 특유의 염색체 수를 갖고 있습니다. 에를 들면 사람은 배우자와 이들의 전구세포를 제외한 모든 체세포에 46개의 염색체를 가지고 있습니다. 각 염색체는 여러 단백질과 결합된 형태로 정교하게 감겨진 한 개의 기다란 DNA로 구성되어 있습니다. 한 개의 염색체는 수백에서 수천의 유전자를 포함하고 있는데 각 유전자는 DNA 분자 안의 특정 뉴클레오타이드 서열입니다. 염색체에서 유전자의 특정한 위치를 그 유전자의 좌위(locus)라고 합니다. 우리가 유전적으로 물려받은 재산(우리의 유전체)은 부모로부터 받은 염색체를 구성하는 유전자들과 기타 DNA로 구성되어 있습니다.
3) 무성생식과 유성생식의 비교
무성생식을 하는 생물들만이 자신과 유전적으로 동일한 자손을 만들 수 있습니다. 무성생식(asexual reproduction)에서는 하나의 개체가 유일한 부모이고 배우자가 합쳐지지 않고 자신의 모든 유전자의 복사본을 자손에게 전달합니다. 예를 들면 단세포 진핵생물들은 체세포분열에 의해 무성적으로 생식할 수 있는데 이때 DNA가 복사되고 두 딸세포에 똑같이 분배됩니다. 자손의 유전체는 사실상 어버이의 유전체의 복사본입니다. 몇몇의 다세포 생물도 무성생식을 할 수 있습니다. 자손의 세포는 어버이에서 체세포분열로 생겨나기 때문에 아비를 꼭 닮은 아들은 보통 어버이와 유전학적으로 똑같습니다. 무성생식하는 개체는 유전적으로 동일한 개체의 집단인 클론(clone)을 만듭니다. 돌연변이라고 하는 DNA 변화의 결과로써 무성생식하는 생물에서 유전적 차이가 가끔 발생하기도 합니다.
유성생식(sexual reproduction)에서는 두 명의 양친으로부터 자손이 생기는데 이는 두 양친으로부터 전달받은 독특한 유전자 조합을 갖게 됩니다. 클론과는 대조적으로 유성생식으로 생겨난 자손은 형제자매들 및 양친과 유전적으로 다릅니다. 그들은 똑같이 복사된 것이 아닌 가족의 닮음이라는 공통된 주제에서의 변이입니다. 유성생식의 중요한 결과로 유전적 변이가 생기기도 하는데 그 열쇠는 생식주기에서의 염색체의 행동에 있습니다.