Elke keer dat een van je cellen zich deelt, moet iets daarbinnen je hele genoom kopiëren — zo'n drie miljard baseparen — en dat nauwkeurig genoeg om daarna nog herkenbaar jijzelf te zijn. Dat gebeurt in enkele uren, zonder ook maar één vrije dag sinds je nog één enkele cel was, en het komt daarbij weg met een foutenpercentage waar de meeste door mensen ontworpen systemen alleen van kunnen dromen.
Een alfabet van vier letters met één strikte regel
DNA bestaat uit twee strengen die om elkaar heen gewonden zijn, elk een sequentie opgebouwd uit vier basen — A, T, C en G — en de strengen worden bijeengehouden doordat elke base zich altijd maar met één partner koppelt: A met T, C met G. Die regel is de hele truc. Ze betekent dat elke streng, op zichzelf, genoeg informatie bevat om zijn ontbrekende partner te herbouwen, omdat je altijd weet wat er tegenover elke letter moet komen. Eén enkele streng is niet de helft van de boodschap. Het is de hele boodschap, geschreven in een vorm die toevallig ook zijn eigen complement specificeert.
Ritsen openen, en dan beide helften tegelijk herbouwen
Een enzym genaamd helicase ritst de dubbele streng open, en DNA-polymerase beweegt langs elk van de twee gescheiden strengen om base voor base een nieuwe partner op te bouwen, waarbij het onderweg A aan T en C aan G koppelt. De twee oorspronkelijke strengen eindigen elk gekoppeld aan één gloednieuwe streng — daarom heet dit proces semiconservatief: elke voltooide kopie is half oud materiaal, half nieuw. Dat werd niet zomaar aangenomen; het werd in 1958 rechtstreeks bevestigd door Meselson en Stahl, die het oorspronkelijke DNA markeerden en, generatie na generatie, precies het gemengde oud-en-nieuw-patroon zagen dat het model voorspelde.
Zelfs zo snel kopiëren heeft nog een corrector nodig
DNA-polymerase schrijft niet alleen — het controleert onderweg zijn eigen werk, en vangt de meeste verkeerd gekoppelde basen op en corrigeert ze voordat het verdergaat. Tussen die correctiestap en aanvullende reparatiesystemen die de voltooide streng achteraf controleren, komt het uiteindelijke foutenpercentage uit op ongeveer één fout per miljard gekopieerde basen. Ter vergelijking: een mens die tekst met de hand overschrijft, maakt veel meer dan één fout per miljard tekens. Een moleculaire machine, werkend in het duister, op een schaal die geen hand kan evenaren, komt er nog altijd nauwkeuriger uit.
Waar we nog niet zeker van zijn
"Nauwkeuriger" betekent niet "foutloos", en dat is geen gebrek in het systeem — het is dragend. De zeldzame replicatiefouten die elke controle omzeilen, worden mutaties, en mutaties zijn de grondstof waarop evolutie draait. Een kopieerproces met een werkelijk perfect foutenpercentage zou een soort op de lange termijn niet veiliger maken; het zou juist het enige mechanisme wegnemen dat een populatie laat veranderen wanneer haar omgeving dat doet. De correctie staat laag afgesteld, niet op nul, en het feit dat het geen nul is, doet echt werk.