メセルソン・スタール実験シミュレータMeselson–Stahl Experiment Simulator

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. ¹⁵Nだけを含む大腸菌を¹⁴N培地に移して1回分裂させたとき、半保存的複製ならDNAのバンドは遠心チューブのどこに現れると思いますか。保存的複製ならどうでしょうか。If E. coli containing only ¹⁵N is moved to ¹⁴N medium and divides once, where in the centrifuge tube do you think the DNA band(s) will appear under semiconservative replication? What about conservative replication?💡 それぞれのモデルで、新しくできた二本鎖DNAの2本の鎖がどの窒素を含むかを図にかいて考えましょう。For each model, draw which nitrogen each of the two strands in a new double-stranded DNA contains.

2動かしてみようTry it

1. 「培養世代数」が G0、「複製モデル（予測に使う）」が「半保存的複製」の状態で、左の「観測データ」のチューブで重い(¹⁵N/¹⁵N)バンドの位置と密度目盛り(1.724 g/cm³)を確認する。With "Generations grown" at G0 and "Replication model (for prediction)" set to "Semiconservative", check the position of the heavy (¹⁵N/¹⁵N) band in the left "Observed" tube against the density scale (1.724 g/cm³).
2. 「培養世代数」スライダーを G1 → G2 → G3 → G4 と動かし、観測データとモデル予測のバンドの位置と%、下の分子数(2ⁿ本)の内訳を記録する。Move the "Generations grown" slider G1 → G2 → G3 → G4, and record the band positions and percentages for the observed data and the prediction, plus the breakdown of the 2ⁿ molecules shown below.
3. 「保存的複製」に切り替えて G1〜G3 で観測と予測を比べる。Switch to "Conservative" and compare the observation with the prediction for G1 to G3.
4. 「分散的複製」に切り替えて G1〜G4 で予測バンドの位置と「この世代の分子の密度」の値を記録する。Switch to "Dispersive" and record the predicted band position and the "Density of molecules in this generation" value for G1 to G4.
5. 「問題：観測と一致する複製モデルは？」で答えを1つ選び「回答する」を押す。不正解なら表示された世代で見比べ直す。In "Question: Which replication model matches the observations?", choose one answer and press "Check answer". If it is wrong, compare again at the generation shown in the feedback.

3確かめようCheck

1. 観測データでは G1、G2、G3 にそれぞれどのバンドが何%現れましたか。In the observed data, which bands appeared at G1, G2 and G3, and at what percentages?→ G1 は中間(¹⁵N/¹⁴N)100%、G2 は中間50%・軽い(¹⁴N/¹⁴N)50%、G3 は中間25%・軽い75%。G1以降、重いバンドは一度も現れなかった。G1: hybrid (¹⁵N/¹⁴N) 100%; G2: hybrid 50% and light (¹⁴N/¹⁴N) 50%; G3: hybrid 25% and light 75%. After G1 the heavy band never appeared.
2. 半保存的複製の予測で、分子数の内訳はどう変わりましたか。In the semiconservative prediction, how did the breakdown of molecules change?→ 分子数は 2ⁿ 本(G1 2本、G2 4本、G3 8本、G4 16本)に増えるが、中間の分子は常に2本のままで、残りが軽い分子になった。そのため中間の割合は 100% → 50% → 25% → 12.5% と半分ずつ減った。The number of molecules grows as 2ⁿ (2 at G1, 4 at G2, 8 at G3, 16 at G4), but there are always just 2 hybrid molecules and the rest are light. So the hybrid share halves each time: 100% → 50% → 25% → 12.5%.
3. 保存的複製の予測は G1 で観測とどう違いましたか。How did the conservative prediction differ from the observation at G1?→ 保存的複製では重い50%と軽い50%の2本のバンドになり、中間バンドが現れない。観測は中間100%なので一致しない。Conservative replication gives two bands, heavy 50% and light 50%, with no hybrid band. The observation is 100% hybrid, so they do not match.
4. 分散的複製の予測は世代とともにどう変わり、どの世代で観測と合わなくなりましたか。How did the dispersive prediction change over the generations, and at which generation did it stop matching the observation?→ いつも1本のバンドだけで、密度が 1.717 → 1.7135 → 1.7117 → 1.7109 g/cm³ と世代ごとに軽い側へ移った。G1 は中間100%で観測と一致するが、G2 では¹⁵N 25%の1本だけになり、観測の中間と軽いの2本と一致しない。There was always a single band, shifting toward the light side each generation: 1.717 → 1.7135 → 1.7117 → 1.7109 g/cm³. At G1 it matches the observation (100% hybrid), but at G2 it is a single band of 25% ¹⁵N molecules, which does not match the observed two bands (hybrid and light).

4考えようThink further

1. 半保存的複製で、何世代たっても中間の分子がちょうど2本のままなのはなぜでしょうか。In semiconservative replication, why do there stay exactly 2 hybrid molecules no matter how many generations pass?→ 最初の¹⁵N二本鎖DNAの2本の鎖は、複製のたびにそれぞれ別の娘DNAに1本ずつ受け継がれ、こわれずに残る。¹⁵N鎖は全部で2本しかないので、それを含む中間の分子も常に2本で、新しくできる分子はすべて¹⁴N鎖どうしの軽い分子になる。The two strands of the original ¹⁵N DNA are each passed intact into a different daughter DNA every time it replicates. Since there are only two ¹⁵N strands in total, there are always only two hybrid molecules containing them, and all other new molecules have two ¹⁴N strands, so they are light.
2. G1 の結果だけでは、半保存的複製と分散的複製を区別できないのはなぜでしょうか。区別するには何を見ればよいでしょうか。Why can't the G1 result alone distinguish semiconservative from dispersive replication? What should you look at to tell them apart?→ どちらのモデルでも G1 の分子はすべて¹⁵Nと¹⁴Nを半分ずつ含み、同じ中間の密度になるから。G2 以降を見ると、半保存的では中間と軽いの2本に分かれるのに対し、分散的では1本のバンドが少しずつ軽い側へ移動するだけなので区別できる。In both models every G1 molecule is half ¹⁵N and half ¹⁴N, so they all have the same hybrid density. From G2 on, semiconservative replication gives two bands (hybrid and light), while dispersive replication gives one band that slowly moves toward the light side, so they can be told apart.

よくある誤解Common misconceptions

• 「バンドの位置はDNAの量で決まる」という誤解。バンドの位置(高さ)は分子の密度、つまり¹⁵Nと¹⁴Nの割合で決まり、DNAの量はバンドの太さに表れる。"A band's position depends on how much DNA there is." The position (height) depends on the density of the molecules, that is, the ratio of ¹⁵N to ¹⁴N; the amount of DNA shows up as the band's thickness.
• 「1世代目に中間バンドが出たので半保存的複製が証明された」という誤解。分散的複製でも G1 は中間になるので、2世代目以降の結果まで見て初めて半保存的複製と判断できる。"The hybrid band in generation 1 proves semiconservative replication." Dispersive replication also gives a hybrid band at G1, so only the results from G2 on show that replication is semiconservative.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)