1983年春天的一个傍晚，位于旧金山附近鲸鱼座（Cetus）公司的生物化学家凯利•穆利斯（KaryMullis）下班后开车回家，他家在加州静谧的安德森峡谷。旧金山湾区正开始埋下一门新科学的种子，那就是生物技术。分子生物学家已经知道，如何利用酶来打开DNA分子，以及如何把来自无关生物的基因插入DNA分子。但是克隆细菌来制造新一批基因，要求可观的人力，而细菌培养只能产生少量的目标DNA。穆利斯开车走在128号公路上的时候，反复地考虑这个问题。他想起曾经读到过一种生活在温泉里的细菌，它体内的酶在高温下仍有活性，而其他大部分酶在那种温度下都熔化了。回到自家小屋之前，凯利•穆利斯已经有了一个想法，这一想法将给生物学带来彻底的变革。

1966年，著名的微生物生态学家托马斯•布罗克（ThomasBrock）和助教哈德森•弗里兹（HudsonFreeze)在黄石国家公园滚热的蘑菇泉泉水中发现了一种细菌。他们把这个菌种命名为水生栖热菌（Thermusaquaticus），简称Taq，并送了一份细菌培养物到华盛顿附近的国家微生物保藏中心。不少微生物学家研究了这种嗜热菌和它的酶类，但Taq似乎也没什么用。穆利斯觉得，Taq实际上具有至关重要的特性。

在接近93℃时，DNA就变得不稳定了，双链会分开，或者说DNA变性了，分成了两条单链，不再是通常见到的那种标准形态的双螺旋。回到实验室，穆利斯加热DNA混合物，让分子变性，然后加入被称为引物的DNA片段，还加上了他从Taq菌里提取出来的DNA聚合酶。接着，穆里斯把混合物温度降到大约68℃，这个温度下，DNA聚合酶开始利用原有的DNA链和引物来合成新的DNA拷贝。通过反复给混合物加热、降温，穆利斯能在20分钟里合成出一百万个新DNA的拷贝，在30分钟里合成出十亿个。分子生物学家把这种从较小的、单个的DNA片段来合成数百万个DNA拷贝的过程叫作扩增。Taq菌的DNA聚合酶是穆利斯发明的关键，因为这个酶能耐受反复加热到极高的温度，然后在降低温度（其实仍然是高温）后还能执行DNA合成的步骤。

这个新的过程被称为聚合酶链式反应（PCR）。PCR让人们能分析研究零星的微生物DNA碎片。迈克尔•克莱顿（MichaelCrichton）在他1990年出版的小说《侏罗纪公园》里，把握住了PCR的非凡潜力。在这部小说里，科学家扩增了保存在古代珑泊里的恐龙DNA。虽然PCR能够扩增已经在自然界休眠若干年的DNA片段，但是《侏罗纪公园》电影演的，重新构建出一套完整的已灭绝的基因组看起来不太真实，因为克隆缺失部分的DNA很容易出错。如今，计算机程序能计算出所缺失的DNA片段的可能的碱基序列，来填补受损DNA上的缺口。随着这些程序能力的提升，科学家们在重建已灭绝生物的DNA时将具有越来越高的准确性。

电视罪案剧里的角色说，“我们需要加急检测DNA"，苦恼的实验室技术人员几分钟内就在电脑屏幕上通过DNA比对获得了坏人的名字（同时还有近照）。这些场景描述了PCR在分析生物材料上的力量，但事实上，完整的PCR澡作花的时间更长。技术人员得先准备DNA-引物一聚合酶的混合物。要有一台可进行加热、冷却的机器，也就是热循环仪。扩增DNA片段至少需要两个小时。接下来，科学家必须测定DNA亚单位或者说碱基的序列，若是用到自动测序仪，就还得再用上24个小时。如果没有这种仪器，人工测序会需要3周的时间。

食品药品监督管理局（FDA）和其他政府机构已将PCR用于案件侦破。2009年初，FDA开始进行一次食物产品的召回，这次召回包含了3900种花生酱产品，它们被怀疑是造成全国范围内沙门氏菌爆发、并导致700人生病和9人死亡的元凶。微生物学家利用PCR来扩增产品中细菌的DNA，并测定了病原体的独特序列。这种所谓的DNA指纹图谱，带领疾控中心（CDC）的调查员来到了佐治亚州布莱克利的一个制造厂。工厂屋顶有渗漏，这会使被带有沙门氏菌的鸟粪污染的雨水直接落到食物生产设备上，还可能直接就落到了花生酱里。现在，微生物学家就可以追踪来自人粪便样本的单个病原体菌株，可以定位到某个特殊的农场，包装线上的某个班次，甚至具体某块农田。

实时PCR出现了，这是一种更快捷的分析样本的方式，以避免罪案变得陈旧，线索难觅。进行实时PCR的过程中，监测器可检测到在热循环仪中扩增DNA时越来越多DNA的形成。这和传统PCR不一样，传统PCR还需要另外几天来分析热循环仪步骤的终产物。实时PCR已在对抗全球性偷猎行业的行动中发挥协助作用，这一行业会对濒危动物的兽皮、毛皮、内脏、角、羽毛和外壳还有鱼子酱进行交易。偷猎嫌犯衣服上极小的动物血滴，就能帮助解决一个案件。检测黑市上贩卖的象牙，已能将象牙定位到非洲的特定象群里，有时候还能定位到特定的家系里。

凯利•穆利斯因为开发出PCR技术，获得了1993年的诺贝尔化学奖。过了不久，这位不可思议的穆利斯先生，参加了一场运动，质疑HIV引发艾滋病的观点。