ヒトのDNAは塩基数が約30億個であり、遺伝子は約2万個と考えられている。(暗記しなくていい。)
DNAの複製では、2本鎖が1本ずつに別れ、それぞれ鋳型になって複製される。これをDNAの半保存的複製(はんほぞんてきふくせい、semiconservative replication)という。
DNAの半保存的複製の仮説は、メセルソンとスタールの実験で証明された。
まず、基準として、あらかじめ通常の窒素14Nをふくむ培地で、大腸菌を培養しておく。この基準とはべつに、もう一種類、重窒素15Nをふくむ培地を、次のように用いる。
(1) 
大腸菌を培養する際、区別のため、重窒素15Nをふくむ塩化アンモニウム(15NH4Cl)を窒素源とする培地で、培養して増殖させる。
すると、大腸菌の窒素原子に、すべて重窒素15Nだけをふくむ大腸菌が得られる。
まず、この大腸菌を保存しておく。理由は、もうひとつの基準とするため。
(2) 
さらに、15Nだけをふくむ大腸菌を、ふつうの窒素14Nをふくむ培地に移して培養して、分裂1回目・2回目・・・といった分裂ごとにDNAを抽出するため遠心分離機で遠心分離して、DNAの比重を調べる。
塩化セシウム(CsCl)溶液を加えた試験管を遠心分離機に取り付け、高速回転させると、試験管の底ほど塩化セシウム濃度が高くなるという密度勾配が出来る。
このときDNAを混ぜておくと、DNAの密度とつりあう溶液の密度の位置に、DNAが集まる。
こうして、DNAの質量のわずかな違いを検出できる。
結果
・ 1回分裂後のDNAからは、15Nと14Nを半々にふくむDNAだけが得られ、重さは中間の重さだった。
・ 2回分裂直後のDNAからは、15N-14Nの半々のDNAと、14NだけをふくむDNAが、1:1の割合で得られた。
重さは、14NだけをふくむDNAが、もっとも軽い。
・ 3回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が3:1だった。
・ 4回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が7:1だった。
・ n回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が 2n-1:1 だった。
中間の重さのDNAは、何世代たっても消滅しなかった。
この実験によって、DNAの半保存的複製は証明された。
アカパンカビは、糖といくつかのビタミンなどを加えただけの培地(最小培地、minimal medium)で育成できる。アメリカのビードルとテータムは、アカパンカビにX線や紫外線などの放射線を当てて、DNAを変化させ、突然変異させた。
突然変異したものの中には、最小培地だけの栄養素では増殖できず、さらに他の栄養素も必要とする株が生じた。このような最小培地の他の栄養素も要求する株を栄養要求株という。
アルギニンを加えないと増殖できない株をアルギニン要求株という。このアルギニン要求株には、実験の結果、次の三種類あることが分かった。
このことから、
という、なんらかの順番が予想される。答えを言うと、これはアカパンカビによるアミノ酸の合成の順番である。
アカパンカビのアミノ酸合成で、グルタミン酸を材料に、
というふうに合成していく。グルタミン酸からオルニチンを合成し、オルニチンを材料にシトルリンを合成し、シトルリンを材料にアルギニンを合成していく。
そして、それぞれのアミノ酸を合成する酵素は、それぞれ別の酵素である。グルタミン酸からオルニチンを合成する酵素(仮に酵素Aとする)があり、オルニチンからシトルリンを合成する酵素(仮に酵素B)があり、シトルリンからアルギニンを合成する酵素(仮に酵素C)がある。
そして、これらは遺伝子の突然変異によるものだった。