有研究认为，mtDNA非常类似变形菌的DNA。换言之，20亿年前很有可能是一个细菌“入侵”了一个细胞，并意外地在那里永久定居了下来。
另一条证据则来自线粒体的结构。线粒体具有一种 特殊的双层膜结构。这一特征恰好符合一种被称为 胞吞的过程。
胞吞过程简单示意图。宿主细胞在这个过程中会用自己的一部分膜包裹住外来物｜雯雯
在胞吞过程中，宿主细胞会用自身的细胞膜裹住外来的食物或者“入侵者”。科学家推测， 线粒体的祖先正是在进入细胞时获得了第二层膜。
线粒体结构之谜
但线粒体身上的谜团还不止它古老的身世。
随着时间的推移，线粒体在各种细胞中充当着“发电厂”的角色。它通过 呼吸作用，帮助细胞将有机物氧化分解成能量。
与此同时，为了更好地工作， 线粒体的结构和形态也发生着变化。尤其是，线粒体的内膜会褶皱形成一种“ 嵴”的结构。
线粒体嵴上充满了功能各异的蛋白质，保证产能的顺利进行。而这种膜的褶皱和折叠能有效地增加内膜的表面积，让耗氧的化学反应可以更快进行。
线粒体嵴示意图｜Wikimedia
在不同种类的细胞中，线粒体嵴形态和排列各异，在数量上同样天差地别。解释线粒体嵴的结构形成的细节差异，也成了当今生物学的最大挑战之一。
不同细胞类型中的线粒体嵴形态结构各异｜Open Biology (2022)
对于生物学家来说，想要解释嵴的形成，实际上是需要找到一套规律，从而可以预测不同线粒体在所处的环境中会采用怎样的嵴的形态。这些规律还需要囊括对线粒体本质性的功能描述。
近年来，对活细胞的超分辨率光学显微和电子断层扫描等技术方面的进展，科学家也对线粒体嵴的动态行为有了新的认识。整个线粒体的详细结构现在可以从一系列图像中构建出来，这些图像被反推以创建三维断层图。
在近期发表于《开放生物学》的一篇文章中，研究人员解释了 线粒体嵴的生物发生是通过4条主要通路的协调活动实现的。这些通路包含了酶、功能蛋白和膜等合成的多个方面。简而言之，这是一个极其复杂的过程，它涉及 4种塑造因素之间的紧密配合和相互作用。
研究人员还发现， 这些通路在进化上是保守的，也就是说，它们在进化的过程中被保留了下来，从原生生物和酵母菌，一直到像我们这样的高等真核生物都能找到。
但仍有许多细节有待发掘。目前世界各地的实验室都在开发新的计算模型，这些不同通路和成分的作用比例可以进行微调和调整，这将大大有助于确定究竟是什么在控制线粒体的形成。
作者：Takeko
编辑：雯雯
题图： Pixbay
首图：Max Pixel
参考文献
[1] [美] 拉里·戈尼克 [美] 戴维·威斯纳，《漫画生物学》，中信出版·鹦鹉螺，2020年11月
[2] https://phys.org/news/2022-01-mitochondria.html
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