内乱や戦争による政府の統制喪失などが社会の崩壊につながるように、細胞の制御や規制の喪失も腐敗や死につながる。しかし、細胞には何千もの構成要素を監督する司令塔は存在しない。司令塔に近いのは遺伝子かもしれない。遺伝子が持つ最も重要な情報のひとつに、タンパク質の作り方がある。DNAは遺伝子の情報を含み、タンパク質の作り方をコードしており、RNAを介してタンパク質が合成される。遺伝子にはコード配列と非コード配列があり、これらが細胞の働きや環境と相互作用し、遺伝子のネットワークを形成している。生命のプロセスはDNAの青写真に基づいているが、細胞は民主主義的であり、時間と環境に応じて遺伝子の活性化が調整される。

遺伝学の分子生物学的基盤の解明は、現代生物学を変革したが、その老化との関係はどうだうか？DNAの遺伝子が細胞のプログラムを指定しているのなら、なぜそのプログラムは永遠に動き続けないのだろうか？問題は、DNAそのものが時間とともに変化し、劣化していくことである。

DNAの塩基配列を決定できるようになった今、突然変異は常に起こっていることがわかる。多くの突然変異は観察可能な影響を及ぼさないか、冗長な遺伝子や他の遺伝子の補償によって無視される。しかし、他の突然変異は有害であり、不正確なタンパク質が生産されることがある。このような変異が集まると、細胞は劣化し、最悪の場合、がんなどの疾患を引き起こす可能性がある。がんと老化は密接に関係している。どちらも生物学的な制御不能から生じるものであり、その最終的な原因は、DNAの変化による遺伝子の突然変異であることが多い。

要するに、細胞は生殖細胞系列では進化を可能にする程度の変異を許容し、体細胞では多くの変異を許容しないようにバランスを取らなければならない。突然変異は生物の多様性をもたらし、進化を促進するが、不正確な変異は老化や疾患を引き起こす可能性がある。

放射線生物学の研究は1945年の広島・長崎への原子爆弾投下後、その重要性が認識され、アメリカ政府もこの分野に強い関心を寄せるようになった。その結果、放射線生物学の研究施設が設立された。

一連の研究で、紫外線がDNA上の隣接する二つのチミンを結びつけ、DNAを不活性化することを発見した。さらに、彼らは紫外線照射後にDNAからチミン二量体が消失し、切除修復と呼ばれるメカニズムによってDNAが修復されることを示された。

切除修復は、可視光線がバクテリアに紫外線の影響を逆転させることができることも発見され、さらにチミン二量体を修復するメカニズムが明らかにされた。これらの研究により、細胞は損傷を受けたDNAを修復する能力を持つことが立証された。

DNAは日常的に攻撃を受けており、その損傷が修復される仕組みが解明された。DNAの構造変化や突然変異が細胞内で起こる頻度が明らかになった。このような損傷が修復されないと、ゲノム全体の情報が崩壊し、細胞の機能が失われたり、がんなどの疾患が引き起こされる可能性がある。

また、DNAの修復メカニズムも研究され、切断されたDNA鎖が適切に再結合されるプロセスが解明された。この修復プロセスは、細胞内の無傷のDNAをガイドとして使用し、切断されたDNA鎖を正確に再構築することで行われる。さらに、DNAを複製する際に生じるミスマッチを修正する酵素の働きも解明され、これによって細胞内でのDNAの正確性が維持されることが示された。

DNA修復は生命に不可欠であり、多くの生物に共通する機構である。DNA損傷が修復されないと、老化やがんなどの疾患が引き起こされる可能性が高い。DNA修復酵素はゲノムの歩哨として機能し、DNA損傷を感知して修復する。また、DNA修復機構に欠陥があると、老化が加速し、がんなどの疾患のリスクが高まる。DNA損傷応答は、DNA損傷に対する細胞の反応であり、その損傷が老化やがんなどの疾患に影響を与える。

DNA修復にはp53などの重要なタンパク質が関与しており、DNA損傷応答の中心的な役割を果たしている。ゾウやクジラのような大型動物は、人間の100倍もの細胞を持つことがある。これは細胞のひとつが突然変異を起こす可能性がはるかに高いことを意味する。しかし、これらの大型哺乳類は驚くほど癌になりにくく、私たちとほぼ同じか、それ以上に長生きする。人間は両親からp53遺伝子を1コピーずつ受け継ぐが、ゾウは20コピー持っていることが判明した。そのためゾウの細胞はDNA損傷に非常に敏感で、DNA損傷が検出されると自殺する。

遺伝子は最終的に生命の全過程を制御している。すなわち、いつ、どれだけの量のタンパク質を作るか、細胞が生き続けるか、突然分裂を止めるか、細胞が周囲の栄養素をどの程度感知し、それに反応するか、異なる分子や細胞が互いにどのようにコミュニケーションするかなどである。しかし、ゲノムの使われ方はDNAの塩基配列だけに依存しているわけではないということだ。DNAはヒストンと呼ばれる古代のタンパク質と緊密な複合体として存在しており、DNAとヒストンの両方が環境によって変化し、遺伝子の使われ方に影響を及ぼす。