線粒體是細(xì)胞內(nèi)微小的細(xì)胞器，平均每個(gè)細(xì)胞里有300—400個(gè)線粒體，整個(gè)人體里有1億億個(gè)。本質(zhì)上所有的復(fù)雜細(xì)胞里都有線粒體。線粒體看上去像細(xì)菌，因?yàn)樗鼈儚那笆亲杂缮畹募?xì)菌，后來(lái)大約在20億年前適應(yīng)了寄生在大細(xì)胞里的生活。它們還保留了基因組的一個(gè)碎片，作為曾經(jīng)獨(dú)立存在的印記。它們與宿主細(xì)胞之間糾結(jié)的關(guān)系織成了生命所有的經(jīng)緯，從能量、性和繁殖，到細(xì)胞自殺、衰老和死亡。

線粒體是一個(gè)欲蓋彌彰的秘密。許多人都出于各式各樣的原因聽(tīng)說(shuō)過(guò)它?？梢孕蜗蟮匕阉枋龀缮摹鞍l(fā)電廠”，活細(xì)胞里微小的發(fā)電機(jī)，生產(chǎn)我們賴以生存的幾乎全部能量。一個(gè)細(xì)胞內(nèi)部有幾百或幾千個(gè)線粒體，它們利用氧來(lái)燃燒食物。線粒體是如此微小，以至于一粒沙里可以輕易地容納10億個(gè)。線粒體的進(jìn)化給生命裝上了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，蓄勢(shì)待發(fā)，隨時(shí)可以啟動(dòng)。

有些人更熟悉“線粒體夏娃”這個(gè)詞，如果我們沿母系血統(tǒng)追蹤遺傳特征，從女兒到母親再到外祖母，直至上溯到遠(yuǎn)古的迷霧中，線粒體夏娃可以說(shuō)是所有母親的母親，她被認(rèn)為大約生活在17萬(wàn)年前的非洲，又稱“非洲夏娃”。這意味著，線粒體基因起著母系姓氏的作用，使我們可以沿母系血統(tǒng)追溯祖先。近來(lái)，這其中的某些觀念受到挑戰(zhàn)，但大體上的理論仍然成立。當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)不僅可以使我們知道誰(shuí)是我們的祖先，也可幫助澄清誰(shuí)不是我們的祖先。根據(jù)線粒體分析，尼安德特人并未與現(xiàn)代智人雜交，而是在歐洲的邊緣被排擠到滅絕。

線粒體還因?yàn)樗鼈冊(cè)诜ㄡt(yī)學(xué)上的運(yùn)用而成為新聞熱點(diǎn)。通過(guò)線粒體分析可以確定人或尸體的真實(shí)身份，有幾個(gè)著名的案子運(yùn)用了這一點(diǎn)。末代沙皇尼古拉二世的身份，就是通過(guò)將其線粒體與親屬的進(jìn)行比較而得到確認(rèn)。第一次世界大戰(zhàn)末期，一個(gè)17歲女孩從柏林的一條河里被救起，她自稱是沙皇失蹤的女兒安娜斯塔西婭，隨后她被送往一家精神病院接受治療。經(jīng)過(guò)70年的紛爭(zhēng)，她的說(shuō)法終于在她于1984年去世后被線粒體分析否認(rèn)。更近一些的事例是，世貿(mào)中心劫后那些無(wú)法辨認(rèn)的遇難者遺骸是由線粒體基因識(shí)別的。將“正版”薩達(dá)姆·侯賽因與他的眾多替身之一區(qū)分開(kāi)來(lái)，也是靠這種技術(shù)。一旦線粒體基因被提取出現(xiàn)，基于我們與母親和母系親屬擁有相同線粒體基因的事實(shí)，通常就可以確認(rèn)或否定設(shè)想中的親屬關(guān)系。

有一個(gè)理論叫做“衰老的線粒體理論”，說(shuō)的是衰老和許多與此有關(guān)的疾病是由在正常細(xì)胞呼吸中從線粒體里泄漏出來(lái)的活躍分子——自由基導(dǎo)致的。許多令人痛苦的遺傳疾病也與自由基攻擊線粒體基因產(chǎn)生的變異有關(guān)。這些疾病通常有著奇異的遺傳模式，其嚴(yán)重性在各世代中會(huì)有所不同，但總的來(lái)說(shuō)它們都會(huì)隨著衰老而趨于惡化。線粒體疾病通常影響新陳代謝活躍的組織如肌肉和腦，導(dǎo)致癲癇、部分運(yùn)動(dòng)失調(diào)、失明、耳聾和肌肉退化。

還有一些人熟悉線粒體是因?yàn)樗且环N具有爭(zhēng)議的不育癥治療手段。從健康女性供體的卵子(卵母細(xì)胞)中提取線粒體，移植到患不育癥的女性的卵子中，這種技術(shù)稱為“卵胞質(zhì)移植”。盡管這項(xiàng)技術(shù)誕育了30多名顯然很健康的嬰兒，但它后來(lái)在英國(guó)和美國(guó)都被宣布為非法。

線粒體甚至在電影《星球大戰(zhàn)》中登場(chǎng)，冒充對(duì)著名的、愿它與你同在的原力的科學(xué)解釋，這讓一些星戰(zhàn)影迷非常惱火。到現(xiàn)在，線粒體的細(xì)菌起源已經(jīng)成為被生物學(xué)家所接受的事實(shí)。

線粒體的這些方面已經(jīng)通過(guò)報(bào)紙和大眾文學(xué)為許多人所熟知，其它方面在過(guò)去的一二十年里在科學(xué)界廣為人知，但對(duì)大眾來(lái)說(shuō)也許還較為神秘。其中最重要的一點(diǎn)是凋亡，即細(xì)胞的程序性死亡，在這一過(guò)程中，細(xì)胞個(gè)體為了大局利益——以身體為整體——而自殺。大約從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，研究人員發(fā)現(xiàn)凋亡并不是像從前認(rèn)為的那樣受細(xì)胞核里的基因控制，而是受線粒體控制。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)研究有著重要意義，因?yàn)榧?xì)胞無(wú)法在需要時(shí)凋亡是癌癥的根源。許多研究人員現(xiàn)在嘗試通過(guò)某種方式操縱線粒體，而不以細(xì)胞核里的基因?yàn)榘袠?biāo)。但這其中還有著更深遠(yuǎn)的意義。由于程序性死亡依賴于線粒體，也許可以說(shuō)沒(méi)有線粒體就沒(méi)有多細(xì)胞生物。

線粒體占有突出地位的另一個(gè)領(lǐng)域是真核細(xì)胞的起源。真核細(xì)胞是有著細(xì)胞核的復(fù)雜細(xì)胞，所有的植物、動(dòng)物、藻類和真菌都是由真核細(xì)胞構(gòu)成的?！罢婧恕币辉~源自希臘語(yǔ)“真正的核”，指細(xì)胞內(nèi)部基因的所在地。但這個(gè)名字是有明顯缺陷的。事實(shí)上，真核細(xì)胞除細(xì)胞核之外還包含許多其它部件，包括著名的線粒體。這類復(fù)雜細(xì)胞怎樣進(jìn)化而來(lái)，是一個(gè)熱點(diǎn)話題。人們一般認(rèn)為，它們逐步進(jìn)化，直到有一天某個(gè)原始的真核細(xì)胞吞噬了一個(gè)細(xì)菌，后者在經(jīng)過(guò)許多世代的奴役之后，最終變得完全寄人籬下，進(jìn)化成了線粒體。

線粒體的另一個(gè)秘密領(lǐng)域與兩性的區(qū)別有關(guān)，事實(shí)上它是兩性存在的必要條件。性是一個(gè)著名的謎：有性生殖需要父母雙方來(lái)產(chǎn)生一個(gè)后代，無(wú)性生殖或孤雌生殖則只需要母親一方，父親的存在不僅多余，而且是對(duì)空間和資源的浪費(fèi)。這個(gè)謎題的答案之一與線粒體有關(guān)，該理論于20世紀(jì)70年代晚期出現(xiàn)，現(xiàn)在已被科學(xué)界廣泛接受，也許公眾對(duì)其了解相對(duì)較少。該理論認(rèn)為，我們必須有兩種性別，是因?yàn)橐环N性別必須專門負(fù)責(zé)通過(guò)卵子把線粒體傳遞下去，而另一種性別必須專門地通過(guò)精子把線粒體傳遞下去。

線粒體是一個(gè)欲蓋彌彰的秘密。盡管最近享有盛名，但它仍然是個(gè)謎。許多深?yuàn)W的進(jìn)化問(wèn)題人們幾乎沒(méi)有提出過(guò)，更不用說(shuō)經(jīng)常在學(xué)術(shù)雜志上討論。圍繞著線粒體發(fā)展起來(lái)的不同領(lǐng)域往往實(shí)質(zhì)上局限在自己的圈子里。例如，線粒體產(chǎn)生能量的機(jī)制——將離子泵過(guò)膜，稱為滲透作用——在所有形式的生命中都存在，包括最原始的細(xì)菌，這是非常奇怪的。人們很少提出這樣一個(gè)問(wèn)題：為什么這樣一種特定的能量產(chǎn)生方式成為如此多種不同生命的核心?我們將會(huì)看到，這個(gè)問(wèn)題的答案將解釋生命起源本身。

還有一個(gè)非常有意思的問(wèn)題很少被提及，那就是線粒體基因的持久存在。學(xué)術(shù)論文將我們的家譜追溯到線粒體夏娃，甚至利用線粒體基因重建出不同物種之間的關(guān)系，但很少問(wèn)及線粒體基因到底為什么存在，僅僅假定它們是細(xì)菌起源的遺跡，也許是這樣。問(wèn)題在于，線粒體基因可以很容易地完整轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中。不同的物將不同的基因轉(zhuǎn)移進(jìn)細(xì)胞核，但所有包含線粒體的物種都保留了完全相同的線粒體基因核心部分。這些基因有什么特別之處?我們將看到，這個(gè)問(wèn)題的最佳答案將幫助解釋為什么細(xì)菌從未獲得真核生物那樣的復(fù)雜性。它解釋了為什么生命有可能在宇宙其他地方陷入細(xì)菌的窠臼：為什么我們也許并不唯一，但幾乎注定孤獨(dú)。