Преди близо четири милиарда години на Земята се появяват първите форми на живот и това са най-ранните бактерии. Тези бактерии еволюираха с течение на времето и в крайна сметка се разклониха в многото форми на живот, наблюдавани днес. Бактериите принадлежат към групата на организмите, наречени прокариоти, едноклетъчни образувания, които не съдържат вътрешни структури, свързани с мембрани. Другият клас организми са еукариотите, които имат мембранно свързани ядра и други структури. Митохондриите, които осигуряват енергия за клетката, са една от тези мембранно свързани структури, наречени органели. Хлоропластите са органели в растителните клетки, които могат да произвеждат храна. Тези две органели имат много общо с бактериите и всъщност може да са еволюирали директно от тях.
Отделни геноми
Бактериите носят своята ДНК, молекулата, която съдържа гени, в кръгови компоненти, наречени плазмиди. Митохондриите и хлоропластите имат собствена ДНК, носена в подобни на плазмиди структури. В допълнение, ДНК на митохондриите и хлоропластите, подобно на тази на бактериите, не се прикрепя към защитни структури, наречени хистони, които свързват ДНК. Тези органели създават своя собствена ДНК и синтезират свои собствени протеини, независимо от останалата част от клетката.
Синтез на протеини
Бактериите произвеждат протеини в структури, наречени рибозоми. Процесът на производство на протеини започва със същата аминокиселина, една от 20 субединици, които изграждат протеини. Тази изходна аминокиселина е N-формилметионин в бактериите, както и в митохондриите и хлоропластите. N-формилметионинът е различна форма на аминокиселината метионин; протеините, произведени в останалата част от рибозомите на клетката, имат различен стартов сигнал - обикновен метионин. Освен това, хлоропластните рибозоми са много сходни с бактериалните рибозоми и се различават от рибозомите на клетката.
Репликация
Митохондриите и хлоропластите правят повече от себе си по същия начин като бактериите се размножават. Ако митохондриите и хлоропластите бъдат премахнати от клетката, клетката не може да направи повече от тези органели, за да замести отстранените. Единственият начин тези органели да бъдат възпроизведени е чрез същия метод, използван от бактериите: бинарно делене. Подобно на бактериите, митохондриите и хлоропластите растат по размер, дублират своята ДНК и други структури и след това се разделят на две еднакви органели.
Чувствителност към антибиотици
Функцията на митохондриите и хлоропласта изглежда е нарушена от действието на същите антибиотици, които причиняват проблеми на бактериите. Антибиотици като стрептомицин, хлорамфеникол и неомицин убиват бактериите, но също така причиняват увреждане на митохондриите и хлоропластите. Например, хлорамфениколът действа върху рибозомите, структурите в клетките, които са местата за производство на протеини. Антибиотикът въздейства специфично върху бактериалните рибозоми; за съжаление, това засяга и рибозомите в митохондриите, заключава проучване от 2012 г. на д-р Алисън Е. Барнхил и колегите му от Университетския колеж по ветеринарна медицина в Айова и публикувани в списанието „Антимикробни агенти и химиотерапия“.
Ендосимбиотичната теория
Поради поразителните прилики между хлоропластите, митохондриите и бактериите, учените започнаха да проучват връзката им помежду си. Биологът Лин Маргулис разработва ендосимбиотичната теория през 1967 г., обяснявайки произхода на митохондриите и хлоропластите в еукариотните клетки. Д-р Маргулис предположи, че и митохондриите, и хлоропластите произхождат от прокариотния свят. Митохондриите и хлоропластите всъщност са самите прокариоти, прости бактерии, които образуват връзка с клетките гостоприемници. Тези клетки гостоприемници са прокариоти, които не могат да живеят в богата на кислород среда и поглъщат тези митохондриални предшественици. Тези организми гостоприемници осигуряват храна на своите обитатели в замяна на възможността да оцелеят в отровна среда, съдържаща кислород. Хлоропластите от растителни клетки може да са дошли от организми, подобни на цианобактериите. Предшественикът на хлоропласта оживява симбиотично с растителните клетки, тъй като тези бактерии биха живели осигуряват на своите домакини храна под формата на глюкоза, докато клетките гостоприемници биха предложили безопасно място за това на живо.