자연계열 2번

(가) DNA는 A(아데닌), C(시토신), G(구아닌), T(티민)의 네 종류 염기들로 쌍을 이루어 이중 나선형 구조를 가지고 있다. DNA에 포함된 염기의 배열에 의해 유전정보가 암호화되어 있으며, 이는 DNA 복제 과정을 통해 자손에게 전달된다. 모든 생명체는 DNA 복제 과정 중의 오류를 교정하기 위한 DNA 교정 기능을 가지고 있다. DNA 복제 과정 중, DNA의 이중 나선형 구조에 잘못된 염기가 들어가게 되면 즉시 잘못된 염기를 제거하고 적합한 염기를 끼워 넣는다. DNA의 복제를 담당하는 DNA 중합 효소는 시험관 내에서 $\displaystyle 10^{-5}$의 확률로 염기쌍 결합의 오류를 일으키는데, 생명체 내에서는 여러 효소들에 의해 이루어지는 DNA 교정 기능으로 인하여 실제 오류 확률은 $\displaystyle 10^{-10}$으로 줄어들게 된다. 예를 들어, 박테리아는 자신의 DNA를 복제하여 2개의 박테리아로 분열하는데, DNA 복제 과정에서 오류가 생기면 DNA 염기 서열에 변화가 나타나 돌연변이가 발생하게 된다. 일반적인 돌연변이의 확률은 대단히 낮으나 DNA 교정 기능에 손상이 발생한 경우 돌연변이가 급격히 증가한다.

박테리아 A의 배양 도중 어느 한 시점에 DNA 교정 기능이 상실된 돌연변이 박테리아 B가 단 한 마리 발생하였다.

박테리아 A의 복제 오류는 무시할 수 있을 만큼 작지만, 교정 기능이 상실된 박테리아 B는 DNA를 복제할 때마다 1개의 복원 불가능한 오류를 생성한다.

박테리아 B는 DNA에 누적된 복제 오류의 수가 10개 이상이 되면 박테리아 S가 된다.

박테리아 A, B, S의 DNA 복제와 분열에 소요되는 시간은 1회당 30분으로 동일하다.