Im Jahr 1879 beobachtete der deutsche Anatom Walther Flemming — der die gerade verfügbaren Anilinfarbstoffe nutzte, mit denen sich der Zellkern selektiv anfärben ließ — unter seinem Mikroskop eine sich teilende Salamanderzelle und fertigte die ersten detaillierten Zeichnungen dessen, was wir heute Mitose nennen an. Die Chromosomen (der Name, den ihnen Wilhelm von Waldeyer-Hartz 1888 gab — gefärbte Körperchen) kondensierten, ordneten sich an, spalteten sich und zogen in zwei Tochterkerne. Vierzig Jahre später war auch der parallele Vorgang für Gameten — die Meiose — aufgeklärt: eine zweistufige Teilung, die die Chromosomenzahl halbiert und Eizellen und Spermien mit einer statt zwei Kopien jedes Chromosoms hervorbringt. Die geschlechtliche Fortpflanzung setzte diese Halbierung voraus, weil die Befruchtung sonst das Genom in jeder Generation verdoppeln würde.
Mitose ist die Variante somatischer Zellen: aus einer diploiden Zelle mit zwei Kopien jedes Chromosoms werden zwei diploide Töchter mit identischem Genom. Die Chromosomen kondensieren, die Kernhülle löst sich auf; ein an den Zentrosomen verankerter Spindelapparat aus Mikrotubuli greift die Schwesterchromatiden über ihre Kinetochore von den gegenüberliegenden Polen aus; die Chromatiden richten sich an der Metaphaseplatte aus, trennen sich sauber und wandern zu den Polen; um jede Tochterausstattung bildet sich eine neue Kernhülle; und ein kontraktiler Aktin-Myosin-Ring schnürt die Zelle physisch durch. Die ganze Abfolge steckt in einem vierphasigen Zellzyklus — Wachstum in G1, DNA-Replikation in S, Vorbereitung in G2, Teilung in M —, und an jedem Übergang stehen Kontrollpunkte, gesteuert von Cyclinen, cyclinabhängigen Kinasen und Wächterproteinen wie p53 und Rb, die den Zyklus bei DNA-Schäden anhalten. Der Verlust dieser Kontrollpunkte ist eines der definierenden Merkmale von Krebs. Die Meiose ist die interessantere Maschine. Geschlechtliche Fortpflanzung verlangt Gameten mit der halben elterlichen Chromosomenzahl, und die Meiose löst das Problem mit zwei Teilungen bei einer einzigen Runde DNA-Replikation. In der Meiose I paaren sich die mütterlichen und väterlichen Kopien jedes Chromosoms, tauschen Abschnitte durch Crossing-over aus — unter dem Mikroskop als Chiasmata sichtbar — und trennen sich in zwei Zellen. Die Meiose II trennt dann die Schwesterchromatiden und bringt vier haploide Töchter hervor, die genetisch alle voneinander verschieden sind. Die beiden Quellen der Vielfalt, das Crossing-over und die unabhängige Verteilung homologer Paare, liefern der natürlichen Selektion ihren Rohstoff. Fehler in der Meiose — Non-Disjunction, also das nicht saubere Trennen der Chromosomen — bringen Gameten mit falscher Chromosomenzahl hervor, und die Rate steigt besonders mit dem mütterlichen Alter.
Die Krebstherapie ist über weite Strecken Pharmakologie des Zellzyklus: klassische Chemotherapie (Taxane, Vinca-Alkaloide) zielt auf den Spindelapparat; Inhibitoren cyclinabhängiger Kinasen (Palbociclib, Ribociclib, Abemaciclib) blockieren CDK4/6 und sind heute Standard beim Hormonrezeptor-positiven Mammakarzinom; PARP-Inhibitoren (Olaparib, Niraparib) nutzen synthetische Letalität in Kombination mit BRCA-Mutationen. Liquid Biopsies — Tests auf zirkulierende Tumor-DNA — erkennen Rezidive, indem sie abgegebene mutierte DNA aus dem Blut auflesen. Das Embryonenscreening (Präimplantationsdiagnostik bei der IVF) erfasst Aneuploidien und bestimmte Erbkrankheiten noch vor der Implantation. Seneszente Zellen — Zellen, die den Zellzyklus dauerhaft verlassen, aber nicht abgestorben sind — sammeln sich mit dem Alter an und rücken zunehmend ins therapeutische Visier (Senolytika, Wirkstoffe, die seneszente Zellen gezielt töten, stehen in klinischen Studien). Was Flemming 1879 von Hand gezeichnet hat, wird heute in Zeitrafferaufnahmen lebender Einzelzellen, Sekunde für Sekunde kartiert.