DNA, כרומוזומים וגנים
בגרעין של כמעט כל תא בגוף נמצא חומר התורשה — DNA. זו מולקולה ארוכה מאוד, בצורת סולם מפותל שנקרא סליל כפול. אם היו פורשים את ה־DNA שבתא אחד של אדם, אורכו היה מגיע לכשני מטרים, והוא דחוס בתוך גרעין זעיר.
ה־DNA מאורגן בכרומוזומים. בכל תא בגוף האדם יש 46 כרומוזומים, שמסודרים ב־23 זוגות: כרומוזום אחד מכל זוג הגיע מהאם, והשני מהאב. קטע של DNA שנושא הוראה לתכונה מסוימת נקרא גן. הגנים הם כמו מתכונים: הם מורים לתא איזה חלבונים לייצר, והחלבונים קובעים איך התא נראה ומה הוא עושה.
את מבנה הסליל הכפול פענחו ב־1953 ג׳יימס ווטסון ופרנסיס קריק, בעזרה חשובה של תצלומי קרני רנטגן שצילמה המדענית רוזלינד פרנקלין.
ניסויי האפונה של מנדל
באמצע המאה ה־19 גידל הנזיר גרגור מנדל אלפי צמחי אפונה בגינת המנזר. הוא הכליא, כלומר הזריע זה עם זה, צמחים בעלי פרחים סגולים וצמחים בעלי פרחים לבנים. בדור הראשון של הצאצאים כל הפרחים היו סגולים. התכונה ״לבן״ נעלמה, לכאורה.
אבל כשהזריע מנדל את הצאצאים האלה זה עם זה, בדור השני חזרו הפרחים הלבנים — בערך צמח לבן אחד על כל שלושה סגולים. מכך הסיק מנדל שכל תכונה נקבעת על ידי זוג ״גורמים״, אחד מכל הורה, ושיש גורם שולט שמסתיר גורם אחר. היום אנחנו קוראים לגורמים האלה גנים, או ליתר דיוק — גרסאות שונות של גן, שנקראות אללים.
שולט ונסגר
לכל גן יש שני עותקים, אחד מכל הורה. אם שני העותקים שונים, לפעמים רק אחד מהם בא לידי ביטוי. הגרסה שבאה לידי ביטוי נקראת שולטת, והגרסה שמוסתרת נקראת נסגרת. נהוג לסמן גרסה שולטת באות גדולה (S) וגרסה נסגרת באות קטנה (s).
אצל האפונה, הגרסה לפרח סגול שולטת. צמח עם SS או Ss יהיה סגול, ורק צמח עם ss יהיה לבן. כך מוסבר הדור השני של מנדל: כששני הורים Ss מוסרים כל אחד גרסה אחת באקראי, יש סיכוי של רבע לקבל ss — פרח לבן. ההרכב הגנטי נקרא גנוטיפ, והתכונה הנראית לעין נקראת פנוטיפ.
רוב התכונות של בני אדם, כמו גובה, צבע עור ואפילו צבע עיניים, מושפעות מגנים רבים יחד, ולא מגן אחד. לכן אי אפשר תמיד לחזות אותן בדיוק כמו את צבע הפרח באפונה.
מוטציות, סביבה ומין
לפעמים נוצר שינוי ברצף ה־DNA, וזו מוטציה. רוב המוטציות לא משפיעות כלל, חלקן גורמות למחלות, ומעטות מועילות. מוטציות הן מקור חשוב לשונות בין יצורים חיים, ובזכותן מינים יכולים להשתנות לאורך דורות רבים.
הגנים אינם הסיפור כולו. הסביבה משפיעה מאוד: גובה תלוי גם בתזונה, וכושר תלוי גם באימון. תאומים זהים, שיש להם אותם גנים, יכולים להיות שונים בתכונות רבות.
זוג כרומוזומים אחד קובע את המין: לנקבה יש שני כרומוזומי X, ולזכר יש X ו־Y. האם תמיד מוסרת X, והאב מוסר X או Y — ולכן הסיכוי לבן או לבת הוא בערך חצי.