细胞的发电厂
线粒体长约1至10微米，由光滑的外膜和折叠的内膜（嵴）构成，肌肉、心脏和大脑等耗能大的细胞中可多达数千个。葡萄糖和脂肪酸分解产生的电子沿内膜上的电子传递链传递，把氢离子泵到膜外；氢离子再经ATP合酶流回时，像水车一样驱动合成ATP。英国的彼得·米切尔于1961年提出这一“化学渗透学说”，起初备受冷落，后于1978年获得诺贝尔化学奖。如果说叶绿体通过光合作用储存能量，线粒体就是把能量取出来使用的地方。
内共生学说
1967年，美国生物学家林恩·马古利斯提出，线粒体原本是独立生活的细菌，约15亿至20亿年前被另一个细胞吞入后与之共生，即“内共生学说”。她的论文曾被拒稿约15次，但证据不断累积：线粒体有双层膜，像细菌一样二分裂增殖，并拥有环状的自有DNA和细菌型核糖体。如今这一学说已成为教科书定论，基因分析显示其祖先属于α-变形菌。这次融合被视为复杂生命诞生的关键事件，与自然选择并列为进化史上的转折点。
母系遗传与健康
精子的线粒体在受精后大多被清除，因此人类只从母亲那里继承线粒体DNA。1987年，丽贝卡·卡恩等人比较了世界各地人群的线粒体DNA，将所有现代人追溯到约20万年前非洲的一个女性谱系，即所谓“线粒体夏娃”。线粒体基因突变会导致累及肌肉和神经的罕见疾病，英国于2015年成为全球首个将“三亲试管婴儿”合法化的国家。线粒体功能随年龄下降，而规律的有氧和力量训练能增加肌肉中的线粒体，有助于预防肌少症。
常见问题
- 为什么线粒体DNA只遗传自母亲？
- 精子也有线粒体，但受精后不久就会在卵细胞内被标记并降解。也有极少数父源线粒体保留下来的报道。
- 线粒体保健品有用吗？
- 辅酶Q10等成分会用于某些线粒体疾病的治疗，但对健康人缓解疲劳或延缓衰老的证据不足。运动才是增加线粒体最可靠的方法。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Margulis, L. (Sagan, L.) (1967). On the origin of mitosing cells. Journal of Theoretical Biology, 14(3), 225–274.
- Mitchell, P. (1961). Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemi-osmotic type of mechanism. Nature, 191, 144–148.
- Cann, R. L., Stoneking, M., & Wilson, A. C. (1987). Mitochondrial DNA and human evolution. Nature, 325, 31–36.