توفر سمتان هيكليتان لجزيء الحمض النووي أساساً لآليات الوراثة: القواعد النوكليوتيدية الأربعة وطبيعتها المزدوجة الشريطة. نموذج واتسون-كريك لهيكل الحمض النووي المزدوج الحلزوني، المقترح في عام 1952، اعتمد بشكل كبير على عمل علم البلورات بالأشعة السينية للباحثين روزاليند فرانكلين وموريس ويلكينز. حصل واتسون وكريك وويلكنز معاً على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عن عملهم في عام 1962. وقد تم استبعاد فرانكلين بشكل مثير للجدل من الجائزة لأسباب لا تزال محل نقاش .

اقترح نموذج واتسون-كريك للحمض النووي، بكل بساطة، أن الحمض النووي يتكون من خيطين من النيوكليوتيدات يلتفان حول بعضهما البعض لتشكيل حلزون أيمن وأن الاقتران بالنيوكليوتيدات يحدث بين البيورين والبيريميدين.

إن خيطي الحمض النووي متضادان، مما يعني أن النهاية 3’؛ من الحبل الأول تواجه النهاية 5’؛ من الحبل الآخر. يتيح ذلك لكل خيط أن يعمل كقالب لشريكه أثناء تكرار الحمض النووي، مما ينتج عنه شريطين جديدين من الحمض النووي يكملان بعضهما البعض تماماً. ومع ذلك، لم يكن واضحاً ما إذا كان تكرار الحمض النووي قد حدث بهذه الطريقة أم لا.

تجربة ميسيلسون وستال

زرع ميسيلسون وستال جرثومة E. coli لعدة أجيال في وسط يحتوي على نظير “ثقيل” من النيتروجين، ¹⁵N. بمرور الوقت، تم دمج النيتروجين الثقيل في قواعد النوكليوتيدات النيتروجينية، وبالتالي في الحمض النووي. بعد ذلك، ظهرت E. coli في وسط يحتوي على نظير مختلف للنيتروجين، ¹⁴ N، ونما لعدة أجيال أخرى. بعد كل جيل، تم عزل عينة من الحمض النووي من بعض الخلايا، وتحميلها في التدرج، والطرد المركزي بسرعات عالية. في التدرج اللوني، ينفصل الحمض النووي وفقاً لكثافته الطافية (أي الكثافة داخل التدرج حيث يطفو الحمض النووي).

في الوسط ¹⁵N، لوحظ وجود نطاق واحد عالي الكثافة في الجزء السفلي من أنبوب جهاز الطرد المركزي. مباشرة بعد نقل البكتيريا إلى وسط “أخف”، تحوّل هذا النطاق الفردي باتجاه الأعلى في العمود، مما يشير إلى كثافة أقل. ومع ذلك، نتج عن الأجيال اللاحقة نطاقتان: أحدهما يتوافق مع كثافة ¹⁴ N والآخر في موقع وسيط. لا يمكن تفسير هذه النتيجة إلا من خلال وضع النسخ شبه المحافظ، وبالتالي التحقق من صحة نموذج واتسون-كريك.