DNA-Veränderungen treten hauptsächlich aufgrund natürlicher Fehler auf, die während des DNA-Replikationsprozesses auftreten. Sie können auch auftreten, wenn ein oder mehrere Umweltfaktoren auf die DNA einwirken. DNA-Veränderungen werden unabhängig von ihrer Herkunft als Mutation bezeichnet.
Alle DNA besteht aus vier verschiedenen Basen: Thymin (T), Cytosin (C), Adenin (A) und Guanin. Diese Basen verbinden sich zu sogenannten Basenpaaren. Zusammen mit Zucker- und Phosphatmolekülen bilden diese Paare die Nukleotide, aus denen der Doppelhelix-DNA-Strang besteht, und Unterschiede in den Basenpaarsequenzen erzeugen genetische Varianz.
Normalerweise beginnt der Prozess bei der DNA-Replikation mit einem Protein namens DNA-Helikase. Dieses Protein bricht die Bindungen zwischen den Basen und trennt dadurch das DNA-Molekül in zwei Stränge. Ein zweites Protein, die DNA-Polymerase, kopiert jeden einzelnen DNA-Strang, sodass ein neues doppelsträngiges DNA-Molekül gebildet werden kann. Ein Fehler in der Kopie passiert etwa alle Milliarde Basen oder noch seltener.
Wie der natürliche DNA-Replikationsprozess zeigt, benötigt die DNA, dass die chemischen Bindungen zwischen den vier primären Basen stabil sind. Einige Chemikalien und andere Umweltfaktoren, wie Strahlung, haben die Fähigkeit, die Nukleotidbasen so zu verändern, dass sie andere Nukleotidbasen nachahmen. Wenn dies passiert, wird die veränderte Base bei der Replikation der DNA im Wesentlichen mit einer anderen Base verwechselt. Das Ergebnis ist, dass die Basen falsch paaren und eine Mutation auftritt.
Die meisten Evolutionisten, von denen Charles Darwin vielleicht der berühmteste war, glaubten, dass sich Arten aufgrund von DNA-Veränderungen anpassen. Die Theorie ist, dass genetische Mutationen, die von Vorteil sind, schließlich häufig werden. Zum Beispiel könnte eine genetische Mutation dazu geführt haben, dass einige Giraffen ihre berühmten langen Hälse entwickelt haben. Diejenigen mit längerem Hals haben möglicherweise besseren Zugang zu Nahrung in höheren Lagen und könnten daher mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben und das mutierte Gen weitergeben.
Auch wenn einige DNA-Veränderungen von Vorteil sein können, sind es viele nicht. Krebs zum Beispiel, eines der bemerkenswertesten Beispiele für DNA-Mutationen, ist vielerorts eine der Haupttodesursachen. Aus diesem Grund haben sich viele Wissenschaftler bemüht, mehr über den DNA-Replikationsprozess und die Behandlung genetischer Erkrankungen durch Gentherapie zu erfahren. Auch das Wissen über DNA-Veränderungen führt zu einigen Kontroversen, beispielsweise bei den Abtreibungen von Föten, die positiv auf bestimmte genetische Krankheiten getestet wurden. Umwelt- und Gesundheitsschützer haben auch die Auswirkungen von Chemikalien untersucht, die von Menschen hergestellt werden, und haben sich bemüht, die Substanzen und Praktiken zu regulieren, die nachweislich DNA-bezogene Gesundheitsprobleme verursachen.