Termodinamiğin Birinci Yasası: Evrende madde ve enerji süreklidir; yaratılamaz ve yok edilemez; şekil değiştirebilir; ancak, özü asla değişmez.

Termodinamiğin İkinci Yasası: Her enerji dönüşümünde, enerjinin bir bölümü işe yaramayacak derecede dağınık duruma gelir. Evrende sürekli olarak enerji dönüşümü olduğuna göre; evren, sürekli olarak düzensizliğe doğru gider.

Sürekli düzensizliğe doğru giden cansız doğa içinde canlı doğa, düzen kurmaya ve kurduğu düzeni korumaya; yani, bir denge kurmaya (homeostaz) ve bu dengeyi korumaya çalışır. Ancak düzeni kurmak ve koruyabilmek için enerji kullanmak zorundadır. Gerekli olan bu enerji güneşten gelir. Bitkiler güneş ışığının emerler. Bu ışık karbondioksiti şekere dönüştürmekte kullanılır. Şekeri yapmak için enerji gerektiğine göre, şekerin çözülmesi de enerjiyi geriye verecektir. Bitkiler ve hayvanlar, şekeri oksijenle yakarak çözerler; böylece, karbondioksit ve enerji serbest kalır. Bitki ve hayvanlar üretilen bu enerjiyi kullanarak düzeni korurlar.

Düzeni yaratmak için plâna gerek vardır.

Hücreler, önceden var olan bir plânı izleyerek düzen kurarlar. Düzen kurmaya başlamadan önce, nasıl bir düzenin kurulucağına ilişkin bilginin olması gerekir. Düzen sürekli olacaksa, bu bilginin gelecek nesillere hatasız olarak aktarılması da gerekir. Bir hücreye, eksiksiz bir canlı hücre olması için; atomlarını, moleküllerini, zincirlerini, yapılarını hatasız olarak düzenlemesini öğreten ve bu sürecin devamlılığını sağlamak için gelecek kuşaklara aktarılan bilgi nasıl birşeydir?

Hücre yapımı için gerekli bilgi; harita, plân ya da taslak niteliğindedir. Bir rehber, bir kitap, bir broşür de denebilir. Bu rehber, canlı üretme makinesinin anlayabileceği eksiksiz bir bilgi anahtarı olmalıdır. Bu bilgi “gen” denilen yapılarda şifrelenmiştir ve bu özel yapılar sayesinde nesilden nesile geçer.

Gregor Mendel 1860’larda, genlerin kalıtımla bozulmadan, bölünmeden, karışmadan diğer nesillere aktarıldığını buldu. Genler, her biri organizmanın belirli bir özelliğini içeren ve kalıtımla yavruya aktarılan küçük bilgi paketleridir. 1920’lerde Thomas Hunt Morgan, genlerin hücrede çekirdeğin içinde yerleşmiş olduklarını buldu.

Hücre bölünürken önce çekirdeğin bölündüğü daha önceden biliniyordu. Bu iki bilgi birleştirilince, bir hücrenin servetini oğul hücreler arasında eşit bölüştürme işlevinin çekirdekte başladığı anlaşıldı. Dahası, mikroskopla çekirdek içinde iplik gibi yapılar olduğu görüldü ve bunlara kromozom denildi.

Kromozomlar, çekirdek bölünmeden önce kendilerini bir kat artırıyorlar ve her kromozom dizini bir oğul hücrenin içine yerleşiyordu. Bu düzenleme yüzünden, kromozomların genlerin yuvaları olduğu düşünüldü. Morgan, genlerin kromozom ipliklerinin etrafında top top sarılmış olduklarını kanıtladı.

Daha sonra bilim insanları, kromozomların (genler) nelerden yapılmış olduklarını araştırmaya başladı. Oswald Avery 1940’ların başında pnömoniye (penisilin bulunmadan önce en büyük ölüm nedenlerinden biriydi) neden olan bakterilerle çalışıyordu. Çalışmaları sırasında, ölü pnömoni bakterilerinin hastalık yapma özelliklerini, bu özelliğe sahip olmayan canlı bakterilere geçirebildiklerini gördü. Bu özellik bir kere geçince artık kalıcı oluyor ve bir zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek kuşakları bile hastalık yapabiliyordu. Bu, tehlikeli ölü bakterilerin canlı ve zararsız bakterileri tehlikeli bir hale getirebilmeleri demekti. Hastalığa neden olabilme kapasitesi, bir ya da bir grup özellikten kaynaklanır. Bu özellikler, genler tarafından kontrol edilir ve kalıtımla geçirilirler.

Avery, ölü bakterilerin parçalandıklarını, vücutlarının bilgi taşıyan kimyasal maddeler çıkardığını, canlı bakterilerin de bunları besin olarak kullandıklarını düşündü. Yani genler, canlı bakterilere girip onların kalıtımlarını belirliyorlardı. Bakteriler bu tip çalışmalar için uygun materyaldir. Hızlı üredikleri için, birçok kuşakta kalıtım özelliklerini izlemek olanaklıydı. Avery, ölü bakterilerden aldığı bir molekül karışımına DNA’yı bozan bir enzim ekledi. DNA’nın bozulması, karışımın zararsız bakterileri zararlı bakterilere çevirme yeteneğine son verdi. Böylece, zararsız bakterileri hastalık yapan bakteriye çeviren maddenin DNA olduğu kanıtlandı.