Meselson-Stahl-Experiment, das erste Experiment, das definitiv bewies, dass die DNA-Replikation (Replikation) semikonservativ verläuft [M. Meselson u. F.W. Stahl Proc. Natl. Acad. Sci. USA 44 (1958) 671-682]. DNA, in der alle Stickstoffatome der Basen aus dem Isotop ¹⁵N bestehen, ist ein wenig schwerer als "normale" DNA, in der die Basen nur ¹⁴N enthalten. Der Unterschied in der Schwebedichte reicht aus, um ¹⁴N- und ¹⁵N-markierte DNA durch Zentrifugation in einem Cäsiumchloridgradienten zu trennen.

E. coli wurde über mehrere Generationen in einem Medium gezüchtet, das isotopenreines ¹⁵NH

als einzige Stickstoffquelle enthielt, bis die gesamte DNA mit ¹⁵N markiert war. ¹⁵N-markierte DNA besitzt eine Schwebedichte von 1,744g/ml, während diejenige von ¹⁴N-markierter DNA 1,704g/ml beträgt. Wenn die Replikation konservativ verlaufen würde (d.h. eine Tochterzelle die intakte Elternduplex und die andere Tochterzelle eine Duplex aus zwei neu synthetisierten Strängen enthält), dann wären in einem Medium, das ¹⁴NH

enthält, nach einer Zellteilungsphase zwei DNA-Spezies mit den Schwebedichten 1,704 und 1,744g/ml vorhanden. Wenn der Vorgang der Replikation semikonservativ ist (d.h. jeder Strang der Elternduplex dient als Matrize für die Synthese seines Partners), dann liegt nach einer Zellteilungsphase in Gegenwart von ¹⁴NH

alle Tochter-DNA als ¹⁴N : ¹⁵N-Hybride mit einer mittleren Schwebedichte vor. In Gegenwart von ¹⁴NH

erscheint nach einer Zellteilungsphase anstelle der Bande für ¹⁵N-markierte DNA eine einzige Bande des ¹⁴N : ¹⁵N-Hybrids (Schwebedichte 1,725g/ml). Die Bande für ¹⁴N-markierte DNA (Schwebedichte 1,704g/ml) tritt erst in der zweiten Zellteilungsphase auf (Abb.).

Meselson-Stahl-Experiment. Die DNA-Banden in den analytischen Ultrazentrifugenröhrchen werden durch UV-Licht sichtbar gemacht. →G zeigt die Beschleunigungsrichtung aufgrund der Schwerkraft (Zentrifugalfeld) an.