Jeho hlavním přínosem byla teorie zárodečné plasmy, podle níž (v mnohobuněčném organismu) dochází k dědičnosti pouze prostřednictvím zárodečných buněk – gamet, jako jsou vajíčkové buňky a spermie. Jiné buňky těla – somatické buňky – nefungují jako činitelé dědičnosti. Efekt je jednosměrný: zárodečné buňky produkují somatické buňky a nejsou ovlivněny ničím, co se somatické buňky naučí, a tedy ani žádnou schopností, kterou tělo během svého života získá. Genetická informace nemůže přejít z somy do zárodečné plasmy a dále do další generace. To se označuje jako Weismannova bariéra. Tato myšlenka, pokud je pravdivá, vylučuje dědičnost získaných vlastností, jak ji navrhl Jean-Baptiste Lamarck.
Weismann je dnes velmi obdivován. Ernst Mayr ho považoval za nejvýznamnějšího evolučního myslitele mezi Darwinem a evoluční syntézou v letech 1930-40 a byl „jedním z velkých biologů všech dob“.
Weismann se narodil jako syn středoškolského učitele Johanna (Jeana) Konrada Weismanna (1804–1880), absolventa antických jazyků a teologie, a jeho manželky Elise (1803–1850), rozené Lübbrenové, dcery okresního radního a starosty von Stade, 17. ledna 1834 ve Frankfurtu nad Mohanem. Měl typické buržoazní vzdělání z 19. století, od čtyř let dostával lekce hudby a od čtrnácti let lekce kreslení a malování od Jakoba Beckera (1810–1872) na Frankfurter Städelsche Institut. Jeho učitel klavíru byl oddaným sběratelem motýlů a seznámil ho se sbíráním imaga a housenek. Studium přírodních věd však nepřicházelo v úvahu vzhledem k nákladům a omezeným pracovním vyhlídkám. Rodinný přítel Friedrich Wöhler (1800–1882) doporučil studium medicíny. Nadace z dědictví Weismannovy matky mu umožnila studium v Göttingenu. Po maturitě v roce 1856 napsal disertační práci o syntéze kyseliny hippurové v lidském těle.
Ihned po univerzitě se Weismann ujal místa asistenta na Städtische Klinik (městské klinice) v Rostocku. Weismann úspěšně předložil dva rukopisy, jeden o kyselině hippurové u býložravců a jeden o obsahu soli v Baltském moři, a získal dvě ceny. Práce o obsahu soli ho odradila od toho, aby se stal chemikem, protože měl pocit, že mu chybí apoteózní přesnost.
Po studijní návštěvě vídeňských muzeí a klinik vystudoval medicínu a v roce 1868 se usadil ve Frankfurtu s lékařskou praxí. Během války mezi Rakouskem, Francií a Itálií v roce 1859 se stal vrchním lékařským důstojníkem v armádě. Během volna prošel severní Itálií a Tyrolským hrabstvím. Po studijním volnu v Paříži pracoval s Rudolfem Leuckartem na univerzitě v Gießenu. Do Frankfurtu se vrátil jako osobní lékař vyhnaného velkovévody Stephana Rakouského na hradě Schaumburg v letech 1861 až 1863.
Od roku 1863 byl privatdozent ve srovnávací anatomii a zoologii; od roku 1866 mimořádný profesor; a od roku 1873 do roku 1912 řádný profesor, první držitel křesla v zoologii a ředitel zoologického ústavu na univerzitě Alberta Ludwiga ve Freiburgu v Breisgau. V roce 1912 odešel do důchodu.
Jeho syn, skladatel Julius Weismann, se narodil v roce 1879.
Příspěvky k evoluční biologii
Na počátku Weismannova zaujetí evoluční teorií je jeho zápolení s křesťanským kreacionismem jako možnou alternativou. Ve své práci Über die Berechtigung der Darwin’schen Theorie (O zdůvodnění Darwinovy teorie) srovnává kreacionismus a evoluční teorii a dochází k závěru, že mnoho biologických faktů lze bezproblémově začlenit do evoluční teorie, ale zůstávají záhadné, pokud jsou považovány za výsledek aktů stvoření.
Weismann po této práci přijímá evoluci jako fakt na stejné úrovni jako základní předpoklady astronomie (např. heliocentrismus). Weismannův postoj k mechanismu dědičnosti a jeho roli pro evoluci se během jeho života měnil. Lze rozlišit tři období.
Weismannovu práci o demarkaci mezi zárodečnou linií a somou lze jen stěží ocenit, pokud nebereme v úvahu práci (většinou) německých biologů během druhé poloviny 19. století. To byla doba, kdy se začaly chápat mechanismy buněčného dělení. Eduard Strasburger, Walther Flemming, Heinrich von Waldeyer a Belgičan Edouard Van Beneden položili základ cytologie a cytogenetiky 20. století. Strasburger, vynikající botanický fyziolog tohoto století, zavedl termíny nukleus a cytoplasma. Řekl, že „nová buněčná jádra mohou vzniknout pouze z dělení jiných buněčných jader“. Van Beneden objevil, jak se chromozomy kombinovaly při meióze, během produkce gamet, a objevil a pojmenoval chromatin. Walther Flemming, zakladatel cytogenetiky, pojmenoval mitózu a vyslovil „omne nucleus e nuclei“ (což znamená totéž jako Strasburgerovo výrok). Objev mitózy, meiózy a chromozomů je považován za jeden ze sta nejdůležitějších vědeckých objevů všech dob a za jeden z deseti nejdůležitějších objevů v buněčné biologii.
Meióza byla objevena a poprvé popsána ve vejcích mořských ježků v roce 1876 Oscarem Hertwigem. Znovu byla popsána v roce 1883, na úrovni chromozomů, Van Benedenem v Ascarisových vejcích. Význam meiózy pro reprodukci a dědičnost však poprvé popsal v roce 1890 Weismann, který poznamenal, že k přeměně jedné diploidní buňky na čtyři haploidní buňky jsou nezbytné dvě buněčné divize, pokud je třeba zachovat počet chromozomů. Práce dřívějších cytologů tak položila půdu pro Weismanna, který obrátil svou mysl k důsledkům pro evoluci, což byl aspekt, kterým se cytologové nezabývali. To vše se odehrálo předtím, než byla práce Mendela znovuobjevena.
Weismann začíná přesvědčením, stejně jako mnoho dalších vědců 19. století, mezi nimi i Charles Darwin, že pozorovaná variabilita jedinců jednoho druhu je způsobena dědičností sportů (Darwinův termín). Věřil, jak bylo napsáno v roce 1876, že transmutace druhů je přímo způsobena vlivem prostředí. Napsal také, „pokud je každá variabilita považována za reakci organismu na vnější podmínky, za odchylku dědičné vývojové linie, vyplývá z toho, že žádná evoluce nemůže nastat bez změny prostředí.“ (to se blíží modernímu použití konceptu, že změny prostředí mohou zprostředkovat selektivní tlaky na populaci, a tak vést k evoluční změně.) Weismann také použil klasickou Lamarckianovu metaforu použití a nepoužívání orgánu.
Weismannovo první odmítnutí dědičnosti získaných vlastností bylo v přednášce z roku 1883 nazvané „O dědičnosti“ („Über die Vererbung“). Opět, stejně jako ve svém pojednání o stvoření vs. evoluci, se pokouší vysvětlit jednotlivé příklady oběma teoriemi. Například existenci nemnoživých kast mravenců, jako jsou dělníci a vojáci, nelze vysvětlit dědičností získaných znaků. Teorie zárodečného plasmu to naopak dělá bez námahy. Weismann použil tuto teorii k vysvětlení původních Darwinových příkladů pro „užití a nepoužívání“, jako je tendence mít degenerovaná křídla a silnější nohy u domestikovaných vodních ptáků.
Weismann pracoval na embryologii vajíček mořských ježků a v průběhu této práce pozoroval různé druhy dělení buněk, konkrétně dělení rovníkové a redukční, termíny, které razil (Äquatorialteilung a Reduktionsteilung resp.).
Jeho teorie zárodečné plazmy uvádí, že mnohobuněčné organismy se skládají ze zárodečných buněk obsahujících dědičnou informaci a somatických buněk, které vykonávají běžné tělesné funkce. Zárodečné buňky nejsou ovlivněny ani vlivy prostředí, ani učením nebo morfologickými změnami, ke kterým dochází během života organismu, přičemž informace se po každé generaci ztrácí. Tato myšlenka byla osvětlena a vysvětlena znovuobjevením práce Gregora Mendela v prvních letech 20. století (viz Mendelovo dědictví).
Myšlenka, že zárodečné buňky obsahují informace, které přecházejí do každé generace neovlivněné zkušeností a nezávislé na somatických (tělesných) buňkách, se začala označovat jako Weismannova bariéra a je často citována jako definitivní ukončení Lamarckovy teorie a dědičnosti získaných vlastností. Lamarck tvrdil, že dědičnost vlastností získaných úsilím nebo vůlí.
Weismann prováděl experiment s usekáváním ocasů patnácti stovkám krys, opakovaně po dvacet generací, a uváděl, že žádná krysa se v důsledku toho nikdy nenarodila bez ocasu. Uvedl, že „pět generací uměle zmrzačených rodičů vyprodukovalo 901 mláďat, a přesto se neobjevil jediný příklad rudimentárního ocasu nebo jiné abnormality orgánu“. Weismann si byl vědom omezení tohoto experimentu a dal jasně najevo, že se do experimentu pustil právě proto, že v té době existovalo mnoho tvrzení, že zvířata zdědila zmrzačení (odkazuje na tvrzení, že kočka, která přišla o ocas, měla početné potomky bez ocasu). Objevila se také tvrzení, že se Židé narodili bez předkožky. Žádné z těchto tvrzení podle něj nebylo podloženo spolehlivými důkazy, že rodič byl ve skutečnosti zmrzačen, takže existovala naprosto věrohodná možnost, že modifikovaní potomci byli výsledkem mutovaného genu. Účelem jeho pokusu bylo tvrzení o zděděném zmrzačení uložit k ledu. Výsledky byly v souladu s Weismannovou teorií o zárodečné plazmě.
V roce 1908 mu byla udělena Darwinova-Wallaceova medaile Linnean Society of London.