线粒体是细胞内微小的细胞器，平均每个细胞里有300—400个线粒体，整个人体里有1亿亿个。本质上所有的复杂细胞里都有线粒体。线粒体看上去像细菌，因为它们从前是自由生活的细菌，后来大约在20亿年前适应了寄生在大细胞里的生活。它们还保留了基因组的一个碎片，作为曾经独立存在的印记。它们与宿主细胞之间纠结的关系织成了生命所有的经纬，从能量、性和繁殖，到细胞自杀、衰老和死亡。

线粒体是一个欲盖弥彰的秘密。许多人都出于各式各样的原因听说过它。可以形象地把它描述成生命的“发电厂”，活细胞里微小的发电机，生产我们赖以生存的几乎全部能量。一个细胞内部有几百或几千个线粒体，它们利用氧来燃烧食物。线粒体是如此微小，以至于一粒沙里可以轻易地容纳10亿个。线粒体的进化给生命装上了涡轮发动机，蓄势待发，随时可以启动。

有些人更熟悉“线粒体夏娃”这个词，如果我们沿母系血统追踪遗传特征，从女儿到母亲再到外祖母，直至上溯到远古的迷雾中，线粒体夏娃可以说是所有母亲的母亲，她被认为大约生活在17万年前的非洲，又称“非洲夏娃”。这意味着，线粒体基因起着母系姓氏的作用，使我们可以沿母系血统追溯祖先。近来，这其中的某些观念受到挑战，但大体上的理论仍然成立。当然，这项技术不仅可以使我们知道谁是我们的祖先，也可帮助澄清谁不是我们的祖先。根据线粒体分析，尼安德特人并未与现代智人杂交，而是在欧洲的边缘被排挤到灭绝。

线粒体还因为它们在法医学上的运用而成为新闻热点。通过线粒体分析可以确定人或尸体的真实身份，有几个著名的案子运用了这一点。末代沙皇尼古拉二世的身份，就是通过将其线粒体与亲属的进行比较而得到确认。第一次世界大战末期，一个17岁女孩从柏林的一条河里被救起，她自称是沙皇失踪的女儿安娜斯塔西娅，随后她被送往一家精神病院接受治疗。经过70年的纷争，她的说法终于在她于1984年去世后被线粒体分析否认。更近一些的事例是，世贸中心劫后那些无法辨认的遇难者遗骸是由线粒体基因识别的。将“正版”萨达姆·侯赛因与他的众多替身之一区分开来，也是靠这种技术。一旦线粒体基因被提取出现，基于我们与母亲和母系亲属拥有相同线粒体基因的事实，通常就可以确认或否定设想中的亲属关系。

有一个理论叫做“衰老的线粒体理论”，说的是衰老和许多与此有关的疾病是由在正常细胞呼吸中从线粒体里泄漏出来的活跃分子——自由基导致的。许多令人痛苦的遗传疾病也与自由基攻击线粒体基因产生的变异有关。这些疾病通常有着奇异的遗传模式，其严重性在各世代中会有所不同，但总的来说它们都会随着衰老而趋于恶化。线粒体疾病通常影响新陈代谢活跃的组织如肌肉和脑，导致癫痫、部分运动失调、失明、耳聋和肌肉退化。

还有一些人熟悉线粒体是因为它是一种具有争议的不育症治疗手段。从健康女性供体的卵子(卵母细胞)中提取线粒体，移植到患不育症的女性的卵子中，这种技术称为“卵胞质移植”。尽管这项技术诞育了30多名显然很健康的婴儿，但它后来在英国和美国都被宣布为非法。

线粒体甚至在电影《星球大战》中登场，冒充对著名的、愿它与你同在的原力的科学解释，这让一些星战影迷非常恼火。到现在，线粒体的细菌起源已经成为被生物学家所接受的事实。

线粒体的这些方面已经通过报纸和大众文学为许多人所熟知，其它方面在过去的一二十年里在科学界广为人知，但对大众来说也许还较为神秘。其中最重要的一点是凋亡，即细胞的程序性死亡，在这一过程中，细胞个体为了大局利益——以身体为整体——而自杀。大约从20世纪90年代中期开始，研究人员发现凋亡并不是像从前认为的那样受细胞核里的基因控制，而是受线粒体控制。这一发现对医学研究有着重要意义，因为细胞无法在需要时凋亡是癌症的根源。许多研究人员现在尝试通过某种方式操纵线粒体，而不以细胞核里的基因为靶标。但这其中还有着更深远的意义。由于程序性死亡依赖于线粒体，也许可以说没有线粒体就没有多细胞生物。

线粒体占有突出地位的另一个领域是真核细胞的起源。真核细胞是有着细胞核的复杂细胞，所有的植物、动物、藻类和真菌都是由真核细胞构成的。“真核”一词源自希腊语“真正的核”，指细胞内部基因的所在地。但这个名字是有明显缺陷的。事实上，真核细胞除细胞核之外还包含许多其它部件，包括著名的线粒体。这类复杂细胞怎样进化而来，是一个热点话题。人们一般认为，它们逐步进化，直到有一天某个原始的真核细胞吞噬了一个细菌，后者在经过许多世代的奴役之后，最终变得完全寄人篱下，进化成了线粒体。

线粒体的另一个秘密领域与两性的区别有关，事实上它是两性存在的必要条件。性是一个著名的谜：有性生殖需要父母双方来产生一个后代，无性生殖或孤雌生殖则只需要母亲一方，父亲的存在不仅多余，而且是对空间和资源的浪费。这个谜题的答案之一与线粒体有关，该理论于20世纪70年代晚期出现，现在已被科学界广泛接受，也许公众对其了解相对较少。该理论认为，我们必须有两种性别，是因为一种性别必须专门负责通过卵子把线粒体传递下去，而另一种性别必须专门地通过精子把线粒体传递下去。

线粒体是一个欲盖弥彰的秘密。尽管最近享有盛名，但它仍然是个谜。许多深奥的进化问题人们几乎没有提出过，更不用说经常在学术杂志上讨论。围绕着线粒体发展起来的不同领域往往实质上局限在自己的圈子里。例如，线粒体产生能量的机制——将离子泵过膜，称为渗透作用——在所有形式的生命中都存在，包括最原始的细菌，这是非常奇怪的。人们很少提出这样一个问题：为什么这样一种特定的能量产生方式成为如此多种不同生命的核心?我们将会看到，这个问题的答案将解释生命起源本身。

还有一个非常有意思的问题很少被提及，那就是线粒体基因的持久存在。学术论文将我们的家谱追溯到线粒体夏娃，甚至利用线粒体基因重建出不同物种之间的关系，但很少问及线粒体基因到底为什么存在，仅仅假定它们是细菌起源的遗迹，也许是这样。问题在于，线粒体基因可以很容易地完整转移到细胞核中。不同的物将不同的基因转移进细胞核，但所有包含线粒体的物种都保留了完全相同的线粒体基因核心部分。这些基因有什么特别之处?我们将看到，这个问题的最佳答案将帮助解释为什么细菌从未获得真核生物那样的复杂性。它解释了为什么生命有可能在宇宙其他地方陷入细菌的窠臼：为什么我们也许并不唯一，但几乎注定孤独。