I mitocondri si dividono per fissione binaria simile alla divisione cellulare batterica. Negli eucarioti unicellulari, la divisione dei mitocondri è legata alla divisione cellulare. Questa divisione deve essere controllata in modo che ogni cellula figlia riceva almeno un mitocondrio. In altri eucarioti (negli esseri umani per esempio), i mitocondri possono replicare il loro DNA e dividersi in risposta ai bisogni energetici della cellula, piuttosto che in fase con il ciclo cellulare.
I geni mitocondriali di un individuo non vengono ereditati con lo stesso meccanismo dei geni nucleari. I mitocondri, e quindi il DNA mitocondriale, provengono di solito solo dall'uovo. I mitocondri dello spermatozoo entrano nell'uovo, ma sono segnati per la successiva distruzione. La cellula uovo contiene relativamente pochi mitocondri, ma sono questi mitocondri che sopravvivono e si dividono per popolare le cellule dell'organismo adulto. I mitocondri sono quindi, nella maggior parte dei casi, ereditati lungo la linea femminile, nota come eredità materna. Questa modalità è vera per tutti gli animali e la maggior parte degli altri organismi. Tuttavia, i mitocondri sono ereditati paternamente in alcune conifere, anche se non nei pini o nei tassi.
Un singolo mitocondrio può contenere 2-10 copie del suo DNA. Per questo motivo, si pensa che il DNA mitocondriale si riproduca per fissione binaria, producendo così copie esatte. Tuttavia, ci sono alcune prove che i mitocondri animali possono subire una ricombinazione. Se la ricombinazione non avviene, l'intera sequenza di DNA mitocondriale rappresenta un unico genoma aploide, il che lo rende utile per studiare la storia evolutiva delle popolazioni.
Studi genetici di popolazione
La quasi assenza di ricombinazione nel DNA mitocondriale lo rende utile per la genetica delle popolazioni e la biologia evolutiva. Se tutto il DNA mitocondriale è ereditato come una singola unità aploide, le relazioni tra il DNA mitocondriale di diversi individui possono essere viste come un albero genetico. I modelli in questi alberi genici possono essere usati per dedurre la storia evolutiva delle popolazioni. Il classico esempio di questo è quando l'orologio molecolare può essere usato per dare una data per la cosiddetta Evamitocondriale. Questo è spesso interpretato come un forte sostegno alla diffusione dell'uomo moderno fuori dall'Africa. Un altro esempio umano è il sequenziamento del DNA mitocondriale dalle ossa di Neanderthal. La distanza evolutiva relativamente grande tra le sequenze di DNA mitocondriale dei Neanderthal e degli esseri umani viventi è la prova di una generale mancanza di incroci tra i Neanderthal e gli esseri umani anatomicamente moderni.
Tuttavia, il DNA mitocondriale riflette solo la storia delle femmine in una popolazione. Potrebbe non rappresentare la storia della popolazione nel suo complesso. In una certa misura, le sequenze genetiche paterne del cromosoma Y possono essere utilizzate. In un senso più ampio, solo gli studi che includono anche il DNA nucleare possono fornire una storia evolutiva completa di una popolazione.
