Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life
我们的能量从哪里来？为什么会有两种性别？我们为何会成长、死亡？地球上缤纷多采的生命背后，究竟有着什么样的祕密？这所有问题的解答，都是——粒线体。
得奖纪录
◎ 英国皇家学会科学图书大奖决选入围
◎ 《经济学人》年度好书
◎ 《泰晤士高等教育报》年度年轻科学作家
引言：粒线体 ─ 隐匿的世界统治者
在报纸和部分教科书里，粒线体被简略地称做“生物的发电厂”，是活细胞内的小小发电机，生产了我们生存所需的几乎所有能量。单一细胞内通常有数百个或数千个粒线体，它们在此利用氧气将食物彻底燃烧。它们如此迷你，十亿个粒线体可以轻轻松松地装进一粒沙大小的空间里。生物演化出粒线体，就像是安装了涡轮引擎，轰隆隆地转动起来，随时蓄势待发。所有动物的体内，都至少有一些粒线体。即使是不动的植物和藻类，也利用它们来扩充光合作用所撷取的太阳能。
“粒线体夏娃”
据信她是当代人类的共同祖先中，和我们最接近的一个，如果沿着母系血缘向前回溯我们的基因遗传，由孩子回推到母亲，再到外祖母，向未知的过往一路追踪下去，就会找到她。借由这种方法找到的那位最初的母亲，粒线体夏娃，被认为曾生活在十七万年前的非洲，因此也被称做“非洲夏娃”。我们可以追溯遗传上的祖先，是因为粒线体还保有小小一组自己的基因，粒线体的基因只会透过卵细胞，而不会透过精子传给下一代。这意味着粒线体基因扮演了类似于母系姓氏的角色，使我们可以借此回推母系的祖先，就像一些家族会追踪著名人物的嫡传后裔，如征服者威廉、诺亚或先知穆罕默德。这项技术不只能帮我们寻找祖先，也能帮助我们厘清谁不是我们的祖先。根据粒线体基因分析，尼安德塔人和现代的智人没有血缘关系，他们走向了灭绝之路，消失在欧洲大陆的边缘。
“犯罪鉴识的关键”
第一次世界大战结束时，在柏林有一名十七岁的少女被从河中救起，她声称她是沙皇失散的女儿安娜塔西亚，之后她被送进了精神病院。一九八四年，在她过世之后，粒线体的分析驳斥了她的说法，长达七十年的争论才终于落幕。
此外还有一些更近期的例子，911事件的灾难中，有许多遇害者的遗体无法辨识，最后是靠着粒线体基因鉴定他们的身分。这个方法也被用来区分侯赛因和他的一名替身。粒线体基因之所以这么好用，有一部分要归因于它的数量众多。每个粒线体中，同样的基因会有五到十组拷贝，而每一细胞内通常有数百个粒线体，所以在单一细胞中，同一个粒线体基因就会有数千份拷贝。在此同时，核基因只会有两组拷贝，它们位在细胞的控制中心─细胞核内。因为上述的原因，一点粒线体基因都抽不到是很罕见的。加上我们和母亲及母系亲属拥有同样的粒线体基因，因此一旦抽到了粒线体基因，通常就意味着可以确认或推翻默认的亲缘关系。
“粒线体老化理论”
老化以及伴随老化而来的疾病，其成因是一种人称自由基的活性分子，而它们会在细胞正常行呼吸作用时从粒线体渗漏出来。粒线体并不是完全“防火花”的装置。当它们利用氧气燃烧食物时，溢散的自由基火花会破坏邻近的构造，包括粒线体本身的基因，和距离更远的细胞核基因。细胞内的基因每天大约会被自由基攻击一万到十万次，具体来说就是每秒都会有基因遭到摧残。这些损伤多半都可以轻松地被修复，然而频繁的攻击还是会造成不可逆的突变，永久性地更动基因序列，而这样的突变会在一生当中不断累积。受损严重的细胞陆续死亡，像这样持续的耗损就是老化和退化性疾病背后的原因。许多残酷的遗传疾病也和自由基攻击粒线体基因所造成的突变有关。
这些疾病的遗传模式通常很古怪，而且在每一代患者间的严重性也不一致，不过一般而言都会随着年纪增长愈见恶化。粒线体遗传疾病常会侵袭代谢旺盛的组织如肌肉组织和脑组织，导致癫痫、运动障碍、眼盲、耳聋和肌肉退化。
还有些人对粒线体的印象则来自一种颇具争议性的不孕症疗法：从捐赠者的健康卵细胞取出粒线体，移入不孕症妇女的卵细胞内。此一技术被称为卵质转移。当它在新闻界初次登场，英国一家报社刊登时为这个故事配上了一个趣味的标题：“两女一男合产一子”。这个标题活灵活现地表现了技术的特征，而且不完全是错的，因为细胞核内的基因都来自“真正的”母亲，有一部分的粒线体基因则来自“捐赠者”母亲，所以婴儿确实从两个母亲身上分别得到部分的遗传物质。虽然有超过三十名看来健康的婴儿透过这项技术诞生，但出于伦理以及实务上的考量，英国和美国后来便禁止了这项技术。
粒线体的祖先是细菌
在一九七〇年代，玛格利斯提出了粒线体源自细菌的著名论点，一度也颇受争议，但现今大部分生物学者都把它当做事实来接受了。
粒线体的这几个面向，都是一般人可以透过报纸或是大众文化了解的。还有另一些面向，虽然对大众而言或许比较深奥，但近一二十年在科学家间相当著名。最重要的像是细胞凋亡，或称计画性细胞死亡，指的是细胞为了个体的整体利益而自杀，牺牲小我完成大我。大约从九〇年代中期开始，研究人员发现，细胞凋亡并非像早先认为的那样由细胞核内的基因所控制，而是由粒线体掌握控制权。其中的意涵在医学研究上相当重要，因为，细胞在该凋亡时不凋亡，正是癌症的主要原因。如今，有许多研究人员已经不再将矛头指向核内基因，改为针对粒线体下手。但是，这个主题还有更深一层的意义。在癌症的状况下，个别细胞会争取自由，挣脱枷锁，不再为整个生物体服务。在个体的早期演化时，要把这样的枷锁强加在细胞上是很困难的：试想，一个有能力自由生活的细胞，凭什么要接受死刑判决来换取成为群体一员的权利？尤其是当它大可选择脱离群体，再次独自生活的时候？如果没有计画性细胞死亡，多细胞生物或许根本演化不出团结个别细胞的约束力。而计画性细胞死亡又得仰赖粒线体，所以，如果没有粒线体，多细胞生物可能也就不会存在。
“两性世界的必要条件”
以性作为繁衍手段时，要有一对父母才能得到一个小孩，然而，复制或孤雌生殖只要母亲即可；添加父亲的形象不只冗赘，还会浪费资源。更糟的是，性别一分为二意味着我们能选择的对象只有总人口数的一半，至少以传宗接代为前提的性来说是如此。就算不用传宗接代，每个人都是同一性别，或是有接近无限种性别也会比较好，“两性”是最差的状况。七〇年代后期有人给这个谜提出了答案，这个解释现已经广为科学家所接受，虽然一般大众还不太清楚。这个答案和粒线体有关。区分出两种性别是因为必须要有一种性别专门将粒线体透过卵细胞传递下去，同时要有另一性别特化出不会将粒线体送出的精子。
一九九九年顶尖期刊《科学》为粒线体贡献出它的封面和大篇幅的内文，标题是《粒线体大翻身》。《粒线体》一书的作者薛弗勒特别提到：“分子生物学家之所以忽略了粒线体，可能是因为粒线体基因被发现时，他们还没有办法察觉这有多深远的涵义以及应用价值。必须要经过一段时间，累积了够广够深的数据库之后，才有办法引导出值得投入的问题，主题包括人类学、生源论、疾病、演化等等。”
作者试图将这本书的书写对象设定为广大的读者群，或许没有科学和生物学背景，但他相信，为了科学的迷人之处，以及与那些触及生命意义的未解问题奋力缠斗，而后终于见到一线曙光时的兴奋激动，费点力气是值得的。
作者简介
尼克．连恩 Nick Lane连恩是演化生化学家，也是英国伦敦大学学院的荣誉教授（Honorary Reader）。他的研究主题为演化生化学及生物能量学，聚焦于生命的起源与复杂细胞的演化。除此之外，他也是伦敦大学学院粒线体研究学会的创始成员，并领导生命起源的研究计画。连恩出版过三本叫好又叫座的科普书，至今已被翻译为二十国语言。二〇一〇年，他以《生命的跃升》（Life Ascending）获得科普书最高荣誉－－英国皇家学会科学图书大奖；本书则入围上述大奖的决选名单，以及《泰晤士高等教育报》年度年轻科学作家的候选名单，同时也被《经济学人》提名为年度好书。连恩博士现居伦敦，关于更多他的资讯，请造访他的个人网站：www.nick-lane.net
本文由猫头鹰出版社授权推荐
