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Auf der Rückseite seines Exemplars von Gärtners Versuche und Beobachtungen über die Bastarderzeugung im Pflanzenreich (1849) machte Mendel eine Reihe von Anmerkungen über die Merkmale verschiedener Varietäten aus Gärtners Erbsenexperimenten. Hier scheint Mendel sich bereits in der Vorbereitungsphase seiner Versuche befunden zu haben, da er unter den Varietäten von Pisum solche mit konstanten Merkmalen auswählte (d.h. solche, die nicht zwischen den Generationen variieren).
Ernst Benary war ein bekannter Züchter, der mit Mendels Experimenten vertraut war und von dessen gleichnamiger Firma Mendel Samen für die Abtei bestellte. Sein illustriertes Album (1876) widmet den Erbsen zwei Seiten, von denen eine eindrucksvoll drei der von Mendel für seine Experimente ausgewählten Merkmale darstellt: farbige und weiße Blüten, gelbe und grüne Hülsen, gerade und eingeschnürte Hülsen.
 Mendel verwendete 34 Sorten von Pisum sativum (Unterarten und Varietäten der Gartenerbse). Diese Pflanze war wegen ihrer großen Blüten und der Vielfalt an Varietäten (wie Länge und Farbe des Stängels, Größe und Form der Blätter, Stellung und Farbe der Blüten, Länge des Blütenstiels etc.) von anderen Biologen (z.B. Kölreuter in Deutschland bzw. Seton und Goss in England) als geeignet empfohlen worden. Darüber hinaus ist Pisum ein Selbstbestäuber (mit sich selbst fruchtbar).
Die bunten Originalzeichnungen der Pläne für die von Abt Napp im Garten der Abtei errichtete Gewächshausanlage zeigen Form und Größe des Glashauses, in dem Mendel seine Versuche an der Erbse durchführte.
Als absolut entscheidend für Mendels Experimente erwies sich, dass die von ihm ausgewählten Merkmale reinerbig waren, ein Punkt für dessen Bestätigung er zwei Jahre verwendete. Bei sorgfältiger Kontrolle seiner Experimente wurde ihm klar, dass manche Merkmale keine "sichere und scharfe Trennung zulassen, indem der Unterschied auf einem oft schwierig zu bestimmenden 'mehr oder weniger' beruht." Daher wählte er schließlich sieben Merkmale aus, welche "an den Pflanzen deutlich und entschieden hervortreten". Diese waren:
 1. Gestalt der reifen Samen (kugelrund oder rundlich, kantig oder runzelig)
2. Färbung der Samen (blassgelb, hellgelb, orange oder grün)
3. Färbung der Samenschale (weiß oder grau / graubraun / lederbraun, mit oder ohne violette Punktierung)
4. Form der reifen Hülsen (einfach gewölbt oder tief eingeschnürt und mehr oder weniger runzelig)
5. Farbe der unreifen Hülse (licht- bis dunkelgrün oder lebhaft gelb gefärbt)
6. Stellung der Blüten (achsenständig, d.h. längs des Stängels verteilt, oder endständig, am Ende des Stängels gehäuft)
7. Länge des Stängels (langer Stängel von 6-7 Fuß oder kurzer Stängel von 0,75 bis 1,5 Fuß)
Die entscheidende Bedeutung von Mendels Versuchen an der Erbse basiert auf folgenden grundlegenden Tatsachen: Merkmale oder Eigenschaften der Eltern werden als unveränderliche Einheiten, individuelle "Mendel-Faktoren" (die wir heute als "Gene" bezeichnen), an die folgenden Generationen nach konstanten Häufigkeitsverhältnissen weitergegeben. Jedes Individuum besitzt zwei komplette Sätze von Erbfaktoren, einen von jedem Elternteil. Es macht keinen Unterschied, welches der Merkmale vom männlichen und welches vom weiblichen Elternteil stammt: Der Beitrag ist in beiden Fällen gleich. Weiters kommen die Erbfaktoren manchmal zur Ausprägung, manchmal bleiben sie verborgen, aber nie gehen sie verloren. Im Allgemeinen (aber nicht immer) wird jede "Einheit" unabhängig von allen anderen "Einheiten" weitergegeben. Beispielsweise kann eine Erbse Samen bilden, die entweder rund und gelb sind, oder runzelig und gelb, oder rund und grün, oder runzelig und grün. Die Ausprägung dieser Merkmale innerhalb der Pflanzengenerationen erwies sich als variabel. Bestimmte Merkmale manifestierten sich häufiger als andere (sogar wenn sie in vorangegangenen Generationen in gleicher Häufigkeit aufgetreten waren).
Es scheint, dass bestimmte Merkmale (rezessiv oder verborgen) zu Gunsten anderer (dominant) nicht unmittelbar ausgeprägt werden. Kreuzt man zwei Pflanzen, so würde man erwarten, dass das Zahlenverhältnis der Merkmale in den daraus resultierenden Generationen 1:1 beträgt. Mendel jedoch beobachtete, auch bei Wiederholung der Versuche, dass ein Merkmal (das dominante) ungefähr drei mal häufiger auftrat als das andere (das rezessive). Das durchschnittliche Zahlenverhältnis in sorgfältig kontrollierten Experimenten betrug 3:1.
Mendels Experimente wurden über einen Zeitraum von sieben Jahren, von 1856 bis 1863, systematisch dokumentiert und 1865 berichtete er über die Ergebnisse in einem Vortrag vor dem Naturforschenden Verein in Brünn. Diese Arbeit wurde im darauf folgenden Jahr in den Berichten der Gesellschaft veröffentlicht. Ausgestellt sind die wichtigsten Seiten des Manuskripts und der gedruckten Version von Mendels "Versuchen" mit seinen epochalen Ergebnissen.
Mendel experimentierte auch mit Varietäten der Pflanze Hieracium (Habichtskraut). Die ausgewählten Merkmale erwiesen sich jedoch in den Hybriden als hochgradig instabil und die Ergebnisse passten in keiner Weise zu jenen, die er in den Versuchen mit Pisum sativum erhalten hatte. Im Notizblatt II, einem der zwei Fragmente von Mendels Notizblättern, vergleicht er die Ergebnisse seiner Experimente mit Pisum, Hieracium und Salix (Weide). Über die Interpretation von Mendels Notizblatt I wird viel debattiert. Die Notizen beinhalten eine Neuüberprüfung des Zahlenmaterials aus Kreuzungsexperimenten, welche Mendel vermutlich viele Jahre nach der Veröffentlichung der Versuche durchführte. Es ist schwierig, Mendels Überlegungen in diesen späteren Notizen genau nachzuvollziehen. Wir erfahren jedoch, dass Mendel Pflanzenexperimente nach der Veröffentlichung seiner ursprünglichen Arbeit fortsetzte und dass er sich weiterhin mit der Lösung des Rätsels der Fortpflanzung beschäftigte..
Zwischen 1866 und 1873 korrespondierte Mendel mit Carl Nägeli (1817-91), Professor der Botanik an der Universität München und einer Autorität in Sachen Pflanzenhybridisierung. Nägeli war überzeugt, dass Hybride generell instabil sind, und konnte somit der Theorie Mendels, dass die von den Eltern an die Hybriden weitergegebenen Merkmale konstant wären, nicht zustimmen. In dem Zeitraum, in welchem Mendel mit Nägeli korrespondierte, fallen auch die Experimente mit Hieracium, welche enttäuschenderweise Nägeli Recht zu geben schienen. Mendel beobachtete, was er "ein seltsames Verhalten der Hybride" bezeichnete, welches er nicht erklären konnte - z.B., dass Hieracium sowohl sexuelle als auch asexuelle Fortpflanzung zeigt (ein als Apomixis bekanntes Phänomen).
Die Bedeutung von Mendels Werk wurde erst dreißig Jahre nach der Publikation seiner zukunftsweisenden Arbeit erkannt, als Hugo de Vries 1900 in Holland, William Bateson 1902 in England, Franz Correns 1900 in Deutschland und Erich Tschermak 1901 in Österreich Mendels Vermächtnis anerkannten und ihn zum wahren Vater der klassischen Genetik ausriefen.
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Von Mendel zum menschlichen Genom-Projekt
Das Mendel Museum dankt Horace Freeland Judson sowie Jonathan Hodgkin und
Jirina Relichova für die Erstellung dieser Übersicht.
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