为什么生物没有进化出专职产生 ATP 的器官？
首先，我们得明白一点：ATP本身并不是一个“商品”，而是一个能量的“载体”和“交易货币”。它的本质是一种高能磷酸化合物，就像你口袋里的钱，钱本身不能直接满足你的需求，但你可以用它来购买食物、住房等真正有用的东西。ATP储存的能量会被用于驱动各种细胞活动，比如肌肉收缩、神经信号传递、物质合成等等。
所以，与其问为什么没有专职产生ATP的器官，不如问：为什么ATP的产生如此遍布于生命体的各个角落，并且以一种分散而高效的方式进行？
让我们来拆解一下这个问题，从几个关键维度去理解：
1. ATP产生的“原料”和“场地”无处不在
ATP的主要能量来源是食物中的营养物质，比如葡萄糖、脂肪酸等。这些营养物质在被摄入后，会通过消化系统被分解，然后运输到身体的每一个细胞中。
葡萄糖：这是最常见的能量来源。从消化道吸收后，它会随着血液循环进入全身的各个细胞。
脂肪酸：同样被分解吸收，然后进入细胞。
而ATP的生产，主要发生在细胞内部的几个关键场所：
细胞质基质：这是糖酵解（Glycolysis）发生的场所。葡萄糖在这里被分解成丙酮酸，并产生少量ATP。这个过程非常基础，几乎所有有氧和无氧呼吸的生物都能进行。
线粒体：这是大多数真核细胞的“能量工厂”，发生着三羧酸循环（Krebs Cycle）和氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation）。这是产生ATP的主要场所，效率非常高。
关键点在于，细胞是生命的基本单位。生命活动的基础就是细胞层面的生化反应。 既然ATP是驱动这些细胞活动的核心能量单位，那么在需要能量的每一个细胞内建立起产生ATP的机制，就比集中在一个特定器官中生产再“配送”来得更直接、更有效率。
想象一下，如果真的有一个“ATP生产器官”，它会是怎样的？它需要接收来自全身的营养物质，然后在内部进行复杂的生化反应产生大量的ATP。然后，这些ATP又需要被包装、储存，并通过某种“输送系统”精确地送到每一个需要能量的细胞。这听起来就比现在的系统复杂得多，也容易产生很多中间环节的损耗和效率瓶颈。
2. 能量代谢的灵活性和时效性要求
生命活动是动态的，对能量的需求也瞬息万变。比如，当你突然需要奔跑时，你的肌肉细胞对ATP的需求会急剧增加。如果ATP的生产高度集中在一个器官，那么这个器官就需要以极高的效率响应全身各处的需求，并且还要承受巨大的负荷。
而现在的细胞内能量代谢系统，就提供了极大的灵活性：
就近原则：细胞需要能量时，它可以立即启动细胞内的代谢途径来产生ATP，无需等待远距离的“输送”。
按需供给：当细胞活动增加，对ATP的需求上升时，线粒体等能量代谢的效率也会相应提高（通过调节酶活性、底物供应等）。反之，当细胞活动减弱时，ATP的生产也会随之调整，避免浪费。
冗余和分布：每个细胞都有自己的“能量生产能力”，这提供了一种自然的冗余。即使某些细胞的能量代谢受损，其他细胞仍然可以正常工作。这比单一的“ATP生产器官”更容易出现系统性崩溃。
3. 进化上的“路径依赖”和效率优化
进化是一个渐进的过程，是基于已有结构和功能的“修修补补”和优化。最古老的生命形式，如细菌，它们就已经具备了在细胞内进行能量代谢的能力。随着生命形式的复杂化，比如从单细胞生物到多细胞生物的演化，虽然出现了专门负责某些功能的器官（如消化器官负责营养吸收，呼吸器官负责气体交换），但能量代谢的核心机制仍然牢牢地扎根在细胞层面。
将如此基础且普遍的生化过程“迁移”到一个专门的器官，从进化的角度来看，成本极高，而且不一定带来净收益。反而，在细胞内部将能量代谢的各个环节（如葡萄糖转运、酶促反应、线粒体功能）协同优化，能更有效地提高整体效率。
而且，如果你仔细想想，虽然没有一个“专职产生ATP的器官”，但某些器官确实在ATP生产中扮演着更重要的角色。
肌肉组织：在活动时，肌肉细胞是消耗ATP的主要场所，但它们同时也是活跃的ATP生产者，拥有大量的线粒体来满足能量需求。
肝脏：在维持血糖水平和进行许多重要的合成代谢反应时，肝脏消耗大量的ATP，并且其线粒体密度和代谢活性也很高。
大脑：虽然大脑不直接“生产”ATP，但它对葡萄糖和ATP的需求极为巨大和稳定，是能量代谢非常重要的“消耗大户”。大脑消耗的能量占到全身的很大一部分。
这些器官的特点是它们对能量的需求量大，并且拥有支持这种需求的能量代谢能力。这更像是“高能耗区域优化了自身的能源供应”，而不是将能源生产集中起来。
4. ATP的“配送”问题和生物能量学
ATP的半衰期相对较短，而且它本身并不能像血液那样轻易地被泵送到全身。ATP主要是在细胞内部被合成和消耗的。如果有一个中央的ATP生产器官，如何将ATP高效、稳定地“配送”到每一个细胞，尤其是远离该器官的细胞，将是一个巨大的挑战。这会涉及到复杂的信号传导、ATP的储存和释放机制，以及能量的损失。
想象一下，你需要用你的手机，而电池只能生产在你家里的一个插座上，然后你得把手机“送”到插座旁边才能充电。这显然不如让每个设备自带电池，并且能方便地接入电源或者在需要时独立供能来得方便。
总结一下
总而言之，生物没有进化出专职产生ATP的器官，是因为：
1. 基础性：ATP是细胞生命活动的基本能量单位，其产生机制需要紧密集成在细胞功能中，而不是一个独立的“外设”。
2. 效率与时效性：细胞内就近、即时的ATP生产机制，能够更好地响应生命活动对能量的动态需求。
3. 分布与冗余：遍布全身的细胞能量代谢提供了系统的稳定性和抗毁性。
4. 进化路径：生命从最基本的细胞结构发展而来，细胞内部的能量代谢是其固有的能力，更高效的进化方向是优化而非颠覆。
5. “配送”挑战：将ATP从一个集中器官高效地“配送”到全身各处，在生物学上难以实现且效率低下。
与其说没有专职器官，不如说几乎所有的活跃细胞都自带了能量生产能力，并且根据自身需求进行调节。这种分布式的、高度集成化的能量代谢系统，是生命在漫长进化过程中所形成的最高效、最稳定的能量供应模式。
网友意见
首先我觉得从进化解释其实有些不完善，因为这涉及到了不少非进化的东西。
最初我也是想用进化解读，但是后来想到前几天回答的一个维生素C合成退化的问题，就有了疑惑。
我们为什么要进化出不合成维生素的能力呢？ - 李雷的回答如果说进化早？那么为什么不退化掉？
即使没退化，生物体还是有关闭基因的方式，比如用RNA干扰的办法沉默或者甲基化来修饰。
所以本文会分为两大块
第一块是功能的内容，涉及到了温度和修复
第二块是进化的内容，涉及到内共生
所以，我认为，最强烈的理由如下
对于多细胞生物，如果某一个器官负责能量诞生，那么你必须考虑以下问题。
1，温度的问题
由于整个个体需要大量的能量来维持，那么，这个器官必须旺盛的诞生能量。而这个器官本身就很纠结了。
因为，生物本身的合成能量是需要酶的，酶大家都知道，发挥作用需要适宜的温度，所以必须让整个器官维持恒定而且适宜的温度，比如37附近。
但是，由于你把全身的能量放到了一个器官，那么这个能量需求非常恐怖，使得这个器官必须产生超出正常几百倍的能量，这个能量必然让器官剧烈发热。
大部分酶是蛋白质（其实还有种叫做核酶的），温度过高的结果就是蛋白失活，就是煮鸡蛋喽
如何平衡？
所以要不这种小宇宙模式根本不可能实现，这个温度下去，组织就over了
当然你也许会说，让产生能量的组织维持37度，通过大量散热来维持。
问题来了，想散热，基本上是要分布在表面，比如皮肤部分，那么这能量器官也太脆弱了。
而更关键的问题是，产热部位温度太低的话，那么机体其他部位温度更低，可能会低一个数量级，这样一来，生物可能就成了冰火两重天了。
2，损伤的问题
代谢会产生非常多的氧自由基，氧自由基对于细胞的损伤毋庸置疑，很多突变都是这个导致的。
当然了，现在也发现氧自由基也会有一定的益处，所以有人提出了氧自由基的均衡理论。
如果让单一器官完成能量代谢，那么这个器官必然是超出正常组织（我们目前的认知）去合成能量，最终结果就是这个器官高负荷运转，而生物本身有自己的规律，他是有承受力的， 于是这个器官很快损伤了。
当然也有人会说，能不能让这个部位的干细胞一直活跃，一直补充，就像人体的造血干细胞一样呢？理论上是可行的，但是事实上第一条的温度已经把绝大多数的可能性排除了，干细胞增殖需要合适的温度和酶体系，而这个组织无法维持合适的温度。
3，其他如知友们提到的最优化等看法， 事实上在生物上的确存在。
线粒体分布于一个器官，不符合最优化的过程。
毕竟是能量货币，随时需要，运输的损耗，需求的弹性都是个问题。
比如，如果指头急需要能量，从器官运输到指头，需要时间，可能就导致人的敏捷下降了，然后就被吃了。
不仅如此，不同组织需要的能量不一样，这个反馈就涉及到了神经和信号通路，这更麻烦，还得给每个组织配备一个局部处理器，反应器和感应器，这投资太大了。
抛开上述几个问题，我们就不的不提到进化的惯性，比如为什么大部分哺乳类的爪都是五个指头之类的。
———————进化角度的看法——————
对于ATP的问题，生物学上可以用伟大的内共生学说（endosymbiotic theory）来解读。
简言之：内共生的时间早于多细胞动物出现的时间。
多细胞生物由单个生殖细胞发育而来的。而单细胞本身含有线粒体，这就意味着，它在增殖分化过程中，其他的细胞都是以这个原初的受精卵为模板进行扩增。
所以后来者都会和最初的细胞一样，拥有最基本的组成，包括线粒体，所以，你要想让后来的组织没有线粒体，细胞还需要专门设计基因组来关闭这些细胞的线粒体合成（比如沉默基因），对细胞本身也是负担。
当然了，某些成熟的细胞会都掉这些内容，比如红细胞
————拓展阅读————
关于内共生学说，相信大家都有所了解，简单地说就是long long ago，一个产生ATP特别活跃的细菌被另一个菌吞噬，然后二者从此过上了幸福的生活。时间久了，被吞进去的那个功能越来越弱化，最后成为负责能量产生的细胞器，而它的其他需求由吞噬者提供。
这个学说强大到什么地步？
至少在近两年之前，它是判断真核生物和原核生物的标准之一！长期以来被认为是真核生物必不可少的细胞器之一。
内共生发生在大概什么时候呢？
这个目前没有太确切的证据，大概推测应该在氧气代谢出现的那个时代，15亿-26亿年。因为我们在线粒体跨物种进化上，有点卡壳。
原因如下，
1，线粒体内共生过程中，应该发生了基因的突变→假基因化→缺失/转移。
当然线粒体也接受了来自基因组上的基因
这就导致我们不容易追溯这个过程，毕竟跨物种进化这么多年做的也不是特别快。
不像我们做进化，只追踪个别基因即可。
2，线粒体本身进化呈现了两个截然不同的方向
即小基因化和大基因化。
向小基因组进化主要以动物为代表，当然也包括部分真菌、藻类和原生生物，绝大多数只有1万5到1万9大小；
向大基因组进化主要以高等植物为代表，当然也包括部分低等真核生物，大小在20万到200万。
这下就麻烦了，别说林奈分类法都失效了，连基因组都朝两个方向跑了，按照科学家们执拗的相信内共生是发生在一个祖单核生物中，那么，这二者必然有根本性联系。
但是放在生物学里，这是灾难。因为基因组太悬殊，无论是计算保守性还是对比都成了问题，未来随着数据越来越多（主要是物种数据）以及算法的提高（依赖做CS的人们了），肯定会取得进步。
另外，科学家一直没有放弃治疗，额，放弃寻找无线粒体真核生物的存在。因为，理论上，是存在的。
今年5月份，Cell子刊Current Biology发表了一篇文章，首次发现无线粒体的真核生物，也许这是未来给我们揭秘线粒体内共生时间的一把钥匙。
类单鞭滴虫属（Monocercomonoides）进行研究，该单细胞生物来自南美洲栗鼠的消化道。长期以来研究人员认为类单鞭滴虫属的线粒体已消失，为了验证此观点，他们对类单鞭滴虫属进行了基因组测序，结果并没有发现线粒体基因的迹象，进一步研究发现，这种生物缺乏所有线粒体功能的关键蛋白。Karnkowska 说，“真核细胞的定义是有线粒体，如今我们的研究结果推翻了这个定义。”
Karnkowska A, Vacek V, Zubáčová Z, et al. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle[J]. Current Biology, 2016.
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