線粒體是細胞內微小的細胞器，平均每個細胞里有300—400個線粒體，整個人體里有1億億個。本質上所有的復雜細胞里都有線粒體。線粒體看上去像細菌，因為它們從前是自由生活的細菌，后來大約在20億年前適應了寄生在大細胞里的生活。它們還保留了基因組的一個碎片，作為曾經(jīng)獨立存在的印記。它們與宿主細胞之間糾結的關系織成了生命所有的經(jīng)緯，從能量、性和繁殖，到細胞自殺、衰老和死亡。

線粒體是一個欲蓋彌彰的秘密。許多人都出于各式各樣的原因聽說過它?？梢孕蜗蟮匕阉枋龀缮摹鞍l(fā)電廠”，活細胞里微小的發(fā)電機，生產(chǎn)我們賴以生存的幾乎全部能量。一個細胞內部有幾百或幾千個線粒體，它們利用氧來燃燒食物。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。線粒體的進化給生命裝上了渦輪發(fā)動機，蓄勢待發(fā)，隨時可以啟動。

有些人更熟悉“線粒體夏娃”這個詞，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，直至上溯到遠古的迷霧中，線粒體夏娃可以說是所有母親的母親，她被認為大約生活在17萬年前的非洲，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，這其中的某些觀念受到挑戰(zhàn)，但大體上的理論仍然成立。當然，這項技術不僅可以使我們知道誰是我們的祖先，也可幫助澄清誰不是我們的祖先。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。

線粒體還因為它們在法醫(yī)學上的運用而成為新聞熱點。通過線粒體分析可以確定人或尸體的真實身份，有幾個著名的案子運用了這一點。末代沙皇尼古拉二世的身份，就是通過將其線粒體與親屬的進行比較而得到確認。第一次世界大戰(zhàn)末期，一個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70年的紛爭，她的說法終于在她于1984年去世后被線粒體分析否認。更近一些的事例是，世貿中心劫后那些無法辨認的遇難者遺骸是由線粒體基因識別的。將“正版”薩達姆·侯賽因與他的眾多替身之一區(qū)分開來，也是靠這種技術。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，通常就可以確認或否定設想中的親屬關系。

有一個理論叫做“衰老的線粒體理論”，說的是衰老和許多與此有關的疾病是由在正常細胞呼吸中從線粒體里泄漏出來的活躍分子——自由基導致的。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。這些疾病通常有著奇異的遺傳模式，其嚴重性在各世代中會有所不同，但總的來說它們都會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，導致癲癇、部分運動失調、失明、耳聾和肌肉退化。

還有一些人熟悉線粒體是因為它是一種具有爭議的不育癥治療手段。從健康女性供體的卵子(卵母細胞)中提取線粒體，移植到患不育癥的女性的卵子中，這種技術稱為“卵胞質移植”。盡管這項技術誕育了30多名顯然很健康的嬰兒，但它后來在英國和美國都被宣布為非法。

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

線粒體的這些方面已經(jīng)通過報紙和大眾文學為許多人所熟知，其它方面在過去的一二十年里在科學界廣為人知，但對大眾來說也許還較為神秘。其中最重要的一點是凋亡，即細胞的程序性死亡，在這一過程中，細胞個體為了大局利益——以身體為整體——而自殺。大約從20世紀90年代中期開始，研究人員發(fā)現(xiàn)凋亡并不是像從前認為的那樣受細胞核里的基因控制，而是受線粒體控制。這一發(fā)現(xiàn)對醫(yī)學研究有著重要意義，因為細胞無法在需要時凋亡是癌癥的根源。許多研究人員現(xiàn)在嘗試通過某種方式操縱線粒體，而不以細胞核里的基因為靶標。但這其中還有著更深遠的意義。由于程序性死亡依賴于線粒體，也許可以說沒有線粒體就沒有多細胞生物。

線粒體占有突出地位的另一個領域是真核細胞的起源。真核細胞是有著細胞核的復雜細胞，所有的植物、動物、藻類和真菌都是由真核細胞構成的?！罢婧恕币辉~源自希臘語“真正的核”，指細胞內部基因的所在地。但這個名字是有明顯缺陷的。事實上，真核細胞除細胞核之外還包含許多其它部件，包括著名的線粒體。這類復雜細胞怎樣進化而來，是一個熱點話題。人們一般認為，它們逐步進化，直到有一天某個原始的真核細胞吞噬了一個細菌，后者在經(jīng)過許多世代的奴役之后，最終變得完全寄人籬下，進化成了線粒體。

線粒體的另一個秘密領域與兩性的區(qū)別有關，事實上它是兩性存在的必要條件。性是一個著名的謎：有性生殖需要父母雙方來產(chǎn)生一個后代，無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，而且是對空間和資源的浪費。這個謎題的答案之一與線粒體有關，該理論于20世紀70年代晚期出現(xiàn)，現(xiàn)在已被科學界廣泛接受，也許公眾對其了解相對較少。該理論認為，我們必須有兩種性別，是因為一種性別必須專門負責通過卵子把線粒體傳遞下去，而另一種性別必須專門地通過精子把線粒體傳遞下去。

線粒體是一個欲蓋彌彰的秘密。盡管最近享有盛名，但它仍然是個謎。許多深奧的進化問題人們幾乎沒有提出過，更不用說經(jīng)常在學術雜志上討論。圍繞著線粒體發(fā)展起來的不同領域往往實質上局限在自己的圈子里。例如，線粒體產(chǎn)生能量的機制——將離子泵過膜，稱為滲透作用——在所有形式的生命中都存在，包括最原始的細菌，這是非常奇怪的。人們很少提出這樣一個問題：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?我們將會看到，這個問題的答案將解釋生命起源本身。

還有一個非常有意思的問題很少被提及，那就是線粒體基因的持久存在。學術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系，但很少問及線粒體基因到底為什么存在，僅僅假定它們是細菌起源的遺跡，也許是這樣。問題在于，線粒體基因可以很容易地完整轉移到細胞核中。不同的物將不同的基因轉移進細胞核，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，這個問題的最佳答案將幫助解釋為什么細菌從未獲得真核生物那樣的復雜性。它解釋了為什么生命有可能在宇宙其他地方陷入細菌的窠臼：為什么我們也許并不唯一，但幾乎注定孤獨。