Los humanos somos metazoos, es decir, estamos compuestos por muchas células. En la mayor parte de nuestras células hay un núcleo que contiene el «esquema» para todo el individuo. Ese esquema se almacena en ADN (ácido desoxirribonucleico); el ADN y sus complementos de proteínas asistentes y orgánulos conforman el ordenador molecular que contiene la memoria necesaria para construir un organismo individual.
Las proteínas son maquinarias moleculares que pueden realizar funciones increíblemente complejas. Son los agentes de la vida; el ADN es la plantilla que guía la fabricación de esos agentes.
El ADN en las células eucariotas está dispuesto en dos hebras entrelazadas —la «doble hélice»— y empaquetado firmemente en una estructura compleja llamada cromatina, que se distribuye en cromosomas dentro del núcleo celular. Con algunas excepciones, como los glóbulos rojos de la sangre y algunas células inmunitarias especializadas, el ADN de cada célula del cuerpo está completo y es idéntico. Los investigadores estiman que el genoma —todo el conjunto de las instrucciones genéticas— humano está compuesto por aproximadamente treinta mil genes. Los genes son características heredables; a menudo se ha definido un gen como un segmento de ADN que contiene el código para una proteína o proteínas. Ese código puede transcribirse para dar lugar a una hebra de ARN (ácido ribonucleico); a continuación, los ribosomas emplean el ARN para traducir las instrucciones originales del ADN y sintetizar proteínas. (Algunos genes realizan otras funciones, como fabricar los constituyentes de ARN de los ribosomas).
Muchos científicos creen que el ARN fue la molécula codificadora de la vida original, y que el ADN es una elaboración posterior.
Aunque la mayor parte de las células de un individuo contienen un ADN idéntico, a medida que la persona crece y se desarrolla, ese ADN se expresa en formas diferentes dentro de cada célula. Es así como diferentes células embrionarias dan lugar a tejidos diferentes.
Cuando el ADN se transcribe en ARN, muchas secciones de nucleótidos que no codifican proteínas, llamadas intrones, se eliminan de los segmentos de ARN. Los segmentos que quedan se empalman entre sí; codifican proteínas y se llaman exones. En un cierto fragmento de ARN recién transcrito, esos exones pueden empalmarse de formas diferentes para producir proteínas diferentes. Por tanto, un único gen puede producir proteínas diferentes en momentos diferentes.
Las bacterias son pequeños organismos unicelulares. Su ADN no se almacena en un núcleo sino que está disperso por el interior de la célula. Su genoma no contiene intrones, sólo exones, lo que las convierte en criaturas muy elegantes y compactas. Las bacterias pueden comportarse como organismos sociales; variedades diferentes cooperan y compiten entre sí para encontrar y usar recursos en su ambiente. En la naturaleza, las bacterias frecuentemente se reúnen para crear biofilms; puede que conozca esas «ciudades» por la sustancia que aparece sobre las verduras en la nevera. Los biofilms también pueden existir en sus intestinos, sus tractos urinarios y en sus dientes, donde en ocasiones causan problemas; y ecologías especializadas de bacterias protegen su piel, su boca y otras áreas de su cuerpo. Las bacterias son extremadamente importantes y aunque algunas producen enfermedades, muchas otras son necesarias para nuestra existencia. Algunos biólogos creen que las bacterias son la raíz de todas las formas de vida y que las células eucariotas —nuestras propias células, por ejemplo— derivan de antiguas colonias de bacterias. En ese sentido, podríamos ser simplemente naves espaciales para bacterias.
Las bacterias intercambian pequeños bucles circulares de ADN llamados plásmidos. Los plásmidos complementan el genoma bacteriano y les permiten responder con rapidez a amenazas externas, como los antibióticos. Los plásmidos forman una biblioteca universal que bacterias de diferentes tipos pueden usar para vivir de forma más eficiente.
Las bacterias y casi todos los organismos pueden sufrir ataques de virus. Los virus son pequeños fragmentos, generalmente encapsulados, de ADN o ARN que no pueden reproducirse por sí mismos. En lugar de eso, secuestran la maquinaria reproductiva celular para fabricar nuevos virus. En las bacterias, los virus se llaman bacteriófagos («devoradores de bacterias») o simplemente fagos. Muchos fagos transportan material genético entre anfitriones bacterianos, como también hacen algunos virus en animales y plantas.
Es posible que los virus se originasen a partir de segmentos de ADN que pueden desplazarse en el interior de las células, tanto dentro de un cromosoma como entre cromosomas. Los virus son, en esencia, segmentos errantes de material genético que han aprendido a «vestirse con un traje espacial» y abandonar la célula.