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因此，增加多态性对种系的品质来说是有利的，但是对成体的健康，很可能是毁灭性的打击。坏的生殖细胞会被自然选择剔除，留下好的去播种下一代。但是坏的干细胞会发育成有缺陷的组织，很可能无法支持个体的生命。生物作为整体的品质，取决于品质最差的器官。如果我心脏病发作，那么肾功能的好坏就没有意义，因为全身的健康器官都会随着其他关键部分的死亡而死亡。所以，增加一个生物线粒体的多态性既有好处也有坏处。对种系的好处，可能会被对个体的坏处抵消，抵消的程度取决于组织的数量和突变率。
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一个成体有越多的组织，就越有可能在某个关键组织中累积最糟糕的线粒体。相反，如果某个生物只有一种组织，那就不成为问题，因为不存在组织间的依赖性，不会有关键器官损坏危及整个个体的生存。所以，对那些只有一种组织的简单生物来说，增加多态性毫无疑问会带来优势。它对种系有好处，同时对身体又没有多少坏处。因此我们可以预测，最早出现的动物因为线粒体突变率低，组织分化也很少，所以线粒体应该是双亲遗传，生殖细胞也没有进行隔离。然而，当早期动物变得更加复杂，分化出多种组织，体细胞的多态性增加，成体的品质就会受到灾难性的影响，因为这样会不可避免地产生好组织和坏组织，就像刚才举到的心脏病的例子。为了增进成体的品质，线粒体的多态性必须减少，这样所有的新生组织才能接收到相似的、大致运作良好的线粒体。
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要降低成体组织的多态性，最简单的办法是从一开始就让卵子具有更多的线粒体。根据统计学原理，如果把规模很大的线粒体初始种群分给好几个接受者，那么接受者之间的差异会比较小；如果初始种群很小，靠不断倍增复制再分给同样数目的接受者，接受者之间的差异会比较大。结论就是，增加卵子的体积、塞进更多的线粒体，会大有好处。根据我们的计算，一个导致卵子变大的基因会在简单的多细胞生物种群中迅速散播，因为它可以降低成体组织间的多态性，抹平灾难性的组织功能差异。另一方面，多态性的降低对配子没有好处，因为这样它们会变得彼此更加相似，对自然选择作用的“能见度”就会降低。这两种截然相反的倾向，如何才能调和？很简单！只需要两个配子中的卵子增大体积，另一个缩小体积成为精子，两个问题就都解决了。巨大的卵子降低了组织之间的多态性，增进成体的品质；而精子的线粒体被排除在受精卵之外，形成单亲遗传，结果是双亲中只有一方能把线粒体传下去。之前我们讨论过，线粒体的单亲遗传可以增加配子之间的多态性，可以增进它们的品质。对有多种组织的生物而言，从最简单的起点出发，就会倾向于演化出异配生殖（即外形差异很大的配子结合生殖，例如精子与卵子），同时伴随着线粒体的单亲遗传。
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我要再强调一次，前面的种种推论，前提都是线粒体的突变率很低。对于海绵、珊瑚和植物来说，这是实际情况；但对于更“高等”的动物来说并非如此。如果线粒体突变率增高，又会发生什么呢？推迟制造生殖细胞的好处现在就没有了。我们的模型显示，这种情况下线粒体突变会快速累积，后期形成的生殖细胞中会充满线粒体突变。正如遗传学家詹姆斯·克罗（James Crow）的调侃：“人类种群中最大的突变风险，来自生育能力尚存的老男人。”幸好，单亲遗传让男人的线粒体根本不会传给下一代。在高突变率的条件下，我们发现造成生殖细胞早期隔离的基因会在种群中广泛传播：在发育早期就把生殖细胞储存起来，让雌性配子处于雪藏状态，限制线粒体突变的累积。其他可以降低生殖细胞突变的适应性变化，也会受到自然选择的青睐。我的同事约翰·艾伦就发现，事实上雌性生殖细胞的线粒体像是被关掉了。早在胚胎发育时期，线粒体就被深藏在卵巢中的初级卵母细胞内，连同细胞一起被隔离。艾伦一直认为卵子中的线粒体是作为遗传“模板”存在，处于不活动状态，突变率较低。对于生活节奏快、线粒体多且突变率高的现代动物而言，我们的模型支持艾伦的观点。但是对于生活节奏缓慢的动物祖先，或者植物、藻类和原生生物这些更广的类群，这就不再成立。
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所有这些有什么意义呢？其意义相当惊人：仅凭线粒体的变异问题，就足以解释多细胞生物中异配生殖（精子和卵子）、单亲遗传和种系的演化，以及雌性生殖细胞在发育早期被隔离的原因。这几点共同形成了雌雄两性各种差异的基础。简而言之，线粒体的遗传问题造成了两性之间绝大多数的真正差异。不同细胞线粒体之间的自私冲突可能也有一些影响，但并不是必要条件。种系－体细胞之间的差异演化，并不需要考虑线粒体的自私冲突就可以解释。重要的是，我们的模型推演出来的演化事件顺序，并不像我一开始预测的那样。我原先认为，线粒体单亲遗传应该是最古老的的状态，然后才演化出种系；而精子和卵子的演化是与两性分化联系在一起的。但我们的模型显示，最早的状态是线粒体双亲遗传，接下来出现的是异配生殖（出现了精子与卵子），然后才是单亲遗传，最后才是种系。这个修正后的演化顺序正确吗？不管哪一个版本，我们能够用来验证的信息都非常少。但这是一个明确的、可以验证的预测，我们很想付诸实验。首选的实验生物就是海绵和珊瑚。二者都有精子与卵子，但都没有隔离的种系。如果我们不断选择线粒体突变率高的个体，它们会发展出隔离的种系吗？
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本章结束前，请再考虑几点深远的影响。为什么线粒体的突变率会变高呢？当生物活动增加，细胞和蛋白质的物质周转量随之增加，就会影响突变率。发生在寒武纪大爆发前夕的海洋充氧事件，催生了活跃的两侧对称动物（Bilateria）。它们有更强的活动能力，会造成线粒体突变率的升高（这可以通过种系发生学的测量来比较）。这会迫使这些动物隔离出专门的种系。这就是“不朽”的种系与寿命有限的体细胞在演化上的分歧点，同时也是死亡的起源。死亡是身体预先计划好的、命中注定的终点。种系的不朽在于它们可以不断分裂下去，既不会衰老，也不会死去。每一代生物都会在发育早期隔离存储一部分生殖细胞，作为下一代的种子。个体的配子细胞有可能受损，但每一代婴儿出生时都是崭新稚嫩的，这意味着只有生殖细胞具备永生不朽的潜力，就像海绵之类的生物从一小片组织重新发育成个体的能力。一旦这些特化的生殖细胞被藏匿起来，身体的其他部分就可以为了其他的专门用途而各自特化，不再因为需要在组织中保存永生的干细胞而受到限制。结果就是首次出现了不能自我再生的组织，比如大脑。这就是可丢弃的肉体。这些组织寿命有限，可以使用多久取决于这个生物需要多少时间才能繁殖下一代。这又取决于生物多快能长到性成熟、发育速度和预期寿命。性与死亡之间的权衡折中开始运行，而这正是衰老的根源。我们会在下一章详细讨论衰老问题。
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在本章中，我们探讨了线粒体对真核生物的影响，其中一些影响至为深远。我们提出的中心问题是，为什么所有真核生物演化出的一系列共同特征，从未在细菌和古菌身上出现过？在上一章中，我们介绍了原核生物如何受制于它们的细胞结构，特别是需要基因在现场控制呼吸作用造成的限制。获得线粒体后，真核生物的选择场景就彻底改变了，它们的体积和基因组大小都可以扩张4～5个数量级。触发这种剧变的关键是两个原核生物之间的内共生作用，一个极其罕见的孤立事件。它的后果非常严峻，但又可以预测。严峻之处在于，缺少细胞核的细胞，会受到内共生体释放的DNA和基因寄生物的猛烈攻击；可预测性在于，宿主细胞每一阶段的反应，包括细胞核、有性生殖、两种性别和种系的演化，都可以在常规的演化遗传学框架内理解，尽管起点并不常规。本章中提出的某些观点或许会被证明是错误的，比如我提出的两性演化假说。但从中收获的更深入的理解，其意义之丰富远超我当初的想象：涵盖了种系和体细胞的分化，以及性和死亡的起源。我们通过严谨的数学模型挖掘出的生命逻辑，既美妙迷人，又有可预测性。宇宙中其他地方的生命向复杂性演化时，也应遵循相似的轨迹。
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以这个视角看待整整40亿年的生命史，线粒体就处在真核生物演化的中心。近年来的医学研究也逐渐采纳了类似的观点：线粒体在控制细胞死亡、癌症、退行性病变⑭、生育力，以及其他许多方面发挥着重要作用。我主张把线粒体放在生理学研究的中心地位，可能会让一些医学研究者不满，认为我视野狭隘：在显微镜下观察任何一个人类细胞，你都可以看到一群奇妙的细胞组件，线粒体虽然重要，也只是其中之一。然而，演化的视角和人类不一样。对演化而言，线粒体和宿主细胞在复杂生命的起源中是对等的伙伴。所有真核生物的特征，所有的细胞生理，都源于这一对伙伴之间绵延不断的角力与合作，至今仍在继续。在本书的终章，我们将探讨它们之间的互动如何影响我们的健康、生育力和寿命。
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① 最早由德国遗传学者理查德·戈尔德施密特（Richard Goldschmidt）提出的演化假说，他认为循序渐进的微步演化无法弥合微演化（microevolution）和大演化（macroevolution）之间的鸿沟。该假说认为，演化转变是由大演化促使的大步变化所致。——编者注
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② 我并不认为是氧气浓度的上升促使动物演化出现（第一章讨论过这个问题），而是认为氧气令大型动物的行为变得更加活跃。对能量限制的突破，促进了很多种类的动物发生多系辐射演化。然而动物在寒武纪大爆发之前，在前寒武纪末期氧气含量大幅上升之前，就已经演化出现。
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③ 卡夫卡（Franz Kafka），捷克作家，表现主义文学的先驱。他的小说中（尤其是《审判》和《城堡》）经常描写死板僵化到荒谬程度的官僚制度。——译者注
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④ 准确地说，是“几乎”无所事事。有些内含子获得了某种功能，比如与转录因子结合，有时候又像RNA一样具有活性，可以影响蛋白质合成或其他基因的转录。遗传学界正处在关于非编码DNA功能的大争论之中，争论的结果可能会开启这个领域的新时代。有些非编码DNA显然具有一定功能，但我比较偏向怀疑论者。怀疑论者认为（人类）基因组中的大部分序列都不受限制，可以随意漂移变化，而DNA的功能却是由序列精确定义的，这些不受限制的DNA成分也就没有功能可言。如果一定要我做个估计，我会说人类基因组中大约20%的序列是有功能的，其他的基本上是废物。但这并不是说它们一点用处也没有，也许它们有其他的目的，比如填满空间。毕竟，自然讨厌真空。
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⑤ 棘轮是一种机械装置，只能往一个方向转动。——译者注
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⑥ 我们称同一个基因的不同版本为等位基因（alleles）。特定的基因在一条染色体上的位置是固定的（这个位置称为基因座，locus），但在不同的生物个体之间，这个特定基因的具体序列可能有差异。如果某些特定的基因版本在种群中很普遍，那么它们就被定义为等位基因。等位基因就是在不同生物个体的相同染色体、相同基因座上，具有多态性的各个变体。等位基因和突变基因的区别在于出现频率不同。一个种群中出现新突变的频率很低。如果这个突变带来一些优势，它就有可能在种群中扩散，直到这个优势被某种劣势平衡。稳定下来的新突变基因，就成了一个等位基因。
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⑦ 即所谓的男性基因，以SRY基因为代表。这些基因的功能是发出信号，促使整个个体发育出男性特征（人类胚胎在发育初期，在SRY基因没有启动之前，全都是女性构造）。所以这些基因是有表现型的，也就会接受自然选择。——译者注
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⑧ 有效种群的规模反映了一个种群中基因多态性的丰富程度。从抵抗寄生感染的角度来看，一个无性生殖的种群就相当于一个单一个体。只要有寄生物发生适应性变化，让它能够针对这个种群独特的基因组合，那么感染就可能摧毁整个种群。相反，有性生殖的大种群，虽然基因都是那些基因，但同一个基因一般都有很多版本的等位基因，所以基因多态性很丰富，基因组合非常多。那么，总有一些个体对某种特定的寄生感染具有抵抗力。上述两个种群即使个体数目相同，后者的有效种群规模也要大得多。
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