线粒体看起来非常像大细胞里的小细胞，实际上也的确如此。科学家认为，很久以前，大细胞吞掉了小细胞，但是大细胞并没有消化掉小细胞，而是把它变成了共生体。也就是说，小细胞为大细胞提供能量，大细胞为小细胞提供营养物质，这样形成了共生关系。随着时间推移，小细胞渐渐成了大细胞内的结构，也就是我们现在所说的线粒体。这种关系肯定有它的作用，因为已经持续了10亿年之久。植物细胞内利用光合作用将光能转化为化学能的叶绿体，也是经过同样的过程产生的。

“线粒体夏娃”

如果我们追踪的世系足够远，就能找到所有现代人在远古时期共同的母系祖先，所有母亲的母亲，也就是“线粒体夏娃”。她是我们现代地球人共同的远古外祖母。在夏娃生存的智人年代，她并不是唯一的女性。其他女性也有孩子，只是她们没有把自己的线粒体DNA传递给后代。因为她们或她们的女性后代只有儿子，没有女儿。

为了理解这个说法，我们不妨假设一个女人有两个女儿：夏娃和格蕾丝。两个女儿都继承了母亲的线粒体DNA。夏娃和格蕾丝长大后各生了一个孩子：夏娃生了一个女孩，格蕾丝生了一个男孩。只有夏娃的女儿能够将她的线粒体基因组传递给下一代。格蕾丝的儿子不能向后代传递他的线粒体基因组，但是可以传递他的核基因组。需要指出的是，和“线粒体夏娃”生活在同一时代的其他人都对现代人的核基因库有所贡献。

我们还可以举另一个更极端的例子：假设一位育龄女性正在一处极深的地洞里，这时地面上遭受了外星的强烈辐射，地面的每一位女性的遗传物质都遭到了不可逆的损伤，使得她们和她们的女儿的流产率都比原来增加。只有这位地洞里的女性和她的后代幸免于难。她回到地面上之后，生育力比其他人有显著的优势，后代也越来越多，终于10万年之后，她的后代占领了全球，她就是我们的“线粒体夏娃”。

分子人类学家已经排列出了来自世界各地的人的线粒体DNA序列。他们发现，特定的基因突变在特定的地理区域中很普遍。通过追踪这些突变在地域间的传播，科学家就能追踪到人类的迁徙路线。随着人口在全球的流动，迁徙路线就像树的枝干一样不断地分叉。这棵迁徙树的根在非洲，也就是说“线粒体夏娃”生活在非洲。

每次细胞分裂都伴随着基因复制。大多数时候复制品和它的原型是一模一样的，但是有时候复制过程中会出现错误，这种现象被称为“基因突变”。突变发生的概率很小，但是一旦发生，就会代代相传并逐渐积累。

线粒体基因组上某些位置的突变速率差不多是个恒定值。我们可以把这些突变时间看作一个分子时钟，用来估计两个人群分开时的年代。至于这个时钟走多快，科学界争议很大。总的来说它走得并不快：每6000年才会发生一次基因突变!根据分子时钟估算，科学家认为“线粒体夏娃”生活在15万～25万年以前。

不过，更新的研究和更广泛的基因采样，使“线粒体夏娃”生活的年代大大往后推移。据美国斯坦福大学研究小组的分析，“线粒体夏娃”起源于大约9.9万～14.8万年前。