2014年10月
文／黃小石
如果說一個現代的城市是人的身體，線粒體就像是身體的發電廠。線粒體是人體細胞裡的一種特別的組織，它主要的功用在於合成身體中細胞能量傳遞的分子，化學名字是三磷酸腺.，通常稱為ATP。當ATP的磷酸鍵被水解的時候，就會釋放相當的熱量與化學能量，以供細胞的需求，可以被細胞質裡的多種.素，以及肌動蛋白和運輸蛋白等，用來作細胞的活動之所需的能量。
若說線粒體是人體的發電廠，ATP就是所發的電，供應身體95％的能量，這些ATP都是從線粒體將葡萄糖、脂肪酸氨基酸等物，通過所謂的三羧酸循環的代謝過程產生出來。ATP是細胞能量的攜帶者或轉運者，是大部分的生物都需要的。
線粒體的結構與功能
線粒體首先是由一位德國病理學家歐特曼發現的，因為它在顯微鏡下看起來是細胞中的一種狹長形的細微粒子得名。線粒體是一種所謂的「細胞器」，是由兩層「磷脂雙分
子層」膜包圍而成的，外膜中有許多細小的通道，有助於內外物質（比如負離子）的交換，兩層包膜之間所形成的空間稱為「膜間隙」，這間隙中充滿著一種特殊蛋白的膠質，一些維持生命重要的生化反應，就是在這裡產生的：這是因為在膜間隙中有的氫離子的濃度較高，這些氫離子再藉著內膜上的一種「ATP合成.」通道，直接流入線粒體內，釋放能量、同時又產生出ATP以便儲存和傳遞體內的化學能。
這比起人工的發電廠與能量的運用不單複雜得多，而且也高明得多了。基本上說來：我們發電只不過用某種自然能源，轉動一個安置在線圈中的磁鐵，藉著電磁感應，在線圈中產生電流，然後又藉這電流通過一個其中安置磁鐵的線圈，轉動磁鐵做工，簡單明瞭；但是與細胞內線粒體的「奈米」作業技術相比，那就不免顯得太粗淺了。至於線粒體及ATP 到底是如何作業，很多細節至今還是一個謎。如果能量的運用是人類智慧的結晶，那麼我們又當怎.來看線粒體呢？
線粒體的來源
線粒體內也有自己的D N A 基因組，但是不大，且是個環狀結構，然而在人體一般細胞內的細胞核裡形成染色體的D N A卻是線狀結構，因此有一種理論是說起初線粒體是來自細菌的環狀基因組。不過沒有線粒體的話，真核細菌無法產生能量，要是沒有細菌又不能有線粒體，這又是一個「先有雞還是先有蛋？」的問題。雖然「原核生物」有環狀基因組，但是卻不含線粒體，（只有真核細胞有線粒體），但是原核生物卻不製造線粒體。線粒體似乎只能從線粒體分裂而來。所謂的「內共生假說」，就是線粒體併入真核細菌產生共生關係，在目前還是無法證實的。要想知道單細胞的起源，需要知道線粒體的起源，而線粒體是個相當複雜、但是卻不能單獨生存的細胞器，似乎是與細胞同時出現的。
線粒體與葉綠體
也許我們會想，像線粒體這類的複雜器官，一定要經過很長的時間才能演化出來的話，其實這組織在很簡單的單細胞生物中就已經出現了。如果我們認為既然植物先出現，也許比較簡單，可是植物細胞更複雜，其中不單有線粒體，而且還有葉綠體。葉綠體也是一種由兩層「磷脂雙分子層」膜包圍起來的「細胞器」，與線粒體一樣，也有其分別不同的基因組。葉綠體能將日光能轉換成化學能，將二氧化碳與水合成為澱粉與糖等物，把日光能長期儲存在體內並產生氧氣，讓地上一切「高等生物」得以存活。千萬年後我們現在所開採的石油、煤等物體都是當年植物所儲存的日光能一直留到今天，這比我們現代的科技要高明得多了。目前我們也知道怎.直接把日光能轉換成電流，效率與甘蔗差不多，但是如果我們不立刻把這電能用掉，這些轉換得來的日光能是不能有效地儲存的，因為目前的電池技術還是相對地粗陋，既笨重又昂貴，而且儲存能量的時間也有限。想起唸小學時候所叫的口號：「人定勝天」，不禁啞然失笑。
這是生命的奇蹟。雖然我們對於植物的光合作用已有相當的瞭解，但是起初這葉綠體是怎.來的，也是與線粒體一般，仍舊是一個謎1。
線粒體夏娃
有趣的是：線粒體雖然是細胞中一種極為重要的成員，但是它的「基因組」卻與細胞核裡的基因組截然不同，這兩套基因組各有其獨立功能，（兩者間也不會有基因間交換共組 recombination 現象），儼然是一個細胞內的獨立的「共生體」。所有人體細胞裡的線粒體都是遺傳自他們的母親。當精子與卵子結合的時候，卵子的細胞液（也有說是在胚胎中）會將精子所攜帶的線粒體除滅，只留下母親的線粒體 。
1987年，遺傳學家分析世界各處不同的人種體細胞中所帶的線粒體的基因組，發現所有的人都是出自一位非洲的母親，並稱她為「線粒體夏娃」2，夏娃乃是《聖經》所提到的第一個女人，原文是「眾生之母」的意思。這個發現發表在極有地位的《自然》雜誌上。所以從遺傳學的角度看來，現在我們地上所有的人種，原來都是「表親」；「一表三千里」原來不是誇張的辭句。筆者一向認為量子力學不可思議，看來遺傳學也一樣。
無論我們對線粒體的了解有多少、知不知道它是哪裡來的，它卻是充滿在我們身體的每一個細胞中，默默地生發我們一切所需的能力，叫我們每一個細胞能發生功用，和諧配搭，沒有例外。這是何等美麗的圖畫。
1學者多以葉綠素（及線粒體）原為一種細菌，侵入真核細胞，與之產生共生形態，先撇開這理論的證據優劣不談，起初這些沒有葉綠素及線粒體的真核細胞又是從哪裡來的？這些細胞及細胞器都是極複雜的生化組織。
2Mitochondrion Eve
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