Jedes Mal, wenn sich eine deiner Zellen teilt, muss etwas darin dein gesamtes Genom kopieren – rund drei Milliarden Basenpaare –, und zwar genau genug, dass du hinterher noch erkennbar du selbst bist. Das erledigt sie in Stunden, ohne einen einzigen freien Tag, seit du eine einzelne Zelle warst, und dabei kommt sie mit einer Fehlerrate davon, von der die meisten technischen Systeme nur träumen können.
Ein Vier-Buchstaben-Alphabet mit einer strikten Regel
DNA besteht aus zwei umeinander gewundenen Strängen, jeder eine Sequenz aus vier Basen – A, T, C und G –, und die Stränge halten zusammen, weil jede Base immer nur mit genau einem Partner paart: A mit T, C mit G. Das ist der ganze Trick. Es bedeutet, dass jeder Strang für sich allein genug Information enthält, um seinen fehlenden Partner wiederaufzubauen, weil man immer weiß, was jedem Buchstaben gegenüberstehen muss. Ein einzelner Strang ist nicht die halbe Botschaft. Er ist die ganze Botschaft, geschrieben in einer Form, die zufällig auch ihr eigenes Gegenstück festlegt.
Erst entzippen, dann beide Hälften gleichzeitig neu aufbauen
Ein Enzym namens Helikase entzippt den Doppelstrang, und die DNA-Polymerase bewegt sich entlang jedes der beiden getrennten Stränge und baut Base für Base einen frischen Partner auf, wobei sie A mit T und C mit G paart. Die beiden ursprünglichen Stränge landen am Ende jeweils gepaart mit einem brandneuen Strang – weshalb dieser Vorgang semikonservativ genannt wird: Jede fertige Kopie ist zur Hälfte altes, zur Hälfte neues Material. Das wurde nicht einfach angenommen; es wurde 1958 direkt von Meselson und Stahl bestätigt, die die ursprüngliche DNA markierten und Generation für Generation genau das gemischte Muster aus Alt und Neu beobachteten, das das Modell vorhersagte.
So schnelles Kopieren braucht trotzdem einen Korrekturleser
Die DNA-Polymerase schreibt nicht einfach nur – sie prüft dabei ihre eigene Arbeit und fängt die meisten falsch gepaarten Basen ab, um sie zu korrigieren, bevor sie weitermacht. Zwischen diesem Korrekturschritt und zusätzlichen Reparatursystemen, die den fertigen Strang danach abpatrouillieren, landet die endgültige Fehlerrate bei etwa einem Fehler pro einer Milliarde kopierter Basen. Zum Vergleich: Ein Mensch, der von Hand Text abschreibt, macht weit mehr als einen Fehler pro Milliarde Zeichen. Eine molekulare Maschine, die im Dunkeln arbeitet, in einem Maßstab, den keine Hand erreichen kann, kommt trotzdem genauer heraus.
Wo wir uns noch nicht sicher sind
„Genauer“ heißt nicht „fehlerfrei“, und das ist kein Makel des Systems – es trägt aktiv zum Ganzen bei. Die seltenen Kopierfehler, die jede Kontrolle durchrutschen, werden zu Mutationen, und Mutationen sind das Rohmaterial, mit dem Evolution arbeitet. Ein Kopiervorgang mit einer wirklich perfekten Fehlerrate wäre für eine Art über lange Zeiträume nicht sicherer; er würde den einen Mechanismus entfernen, der einer Population erlaubt, sich zu verändern, wenn sich ihre Umwelt ändert. Die Korrekturlesung ist niedrig eingestellt, nicht auf null, und die Tatsache, dass sie nicht null ist, leistet echte Arbeit.