Εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των προκαρυωτικών και των ευκαρυωτικών

Τα ζωντανά κύτταρα είναι δύο βασικών τύπων, προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά. Πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια μόνο οι προκαρυωτικοί κατοικούσαν στον κόσμο μας. Η κύρια διαφορά μεταξύ των προκαρυωτικών και των ευκαρυωτικών είναι ότι οι ευκαρυώτες έχουν έναν πυρήνα και οι προκαρυωτικοί δεν. Στη βιολογία, το "pro" σημαίνει "πριν" και "eu" σημαίνει "αληθινό", ενώ το "καρυότο" αναφέρεται στον πυρήνα. Τα βιολογικά στοιχεία δείχνουν την εξέλιξη του μεγαλύτερου, πιο περίπλοκου ευκαρυώτη από το μικρότερο, απλούστερο προκαρυώτη.

Τα περισσότερα προκαρυωτικά είναι βακτήρια, ενώ οι άνθρωποι, τα ζώα, τα φυτά και οι μύκητες είναι ευκαρυώτες. Το προκαρυωτικό κύτταρο έχει μόνο μία μεμβράνη, τη μεμβράνη πλάσματος, η οποία περιβάλλει τα κυτταρικά περιεχόμενά της. Το ευκαρυωτικό κύτταρο έχει επίσης μια μεμβράνη πλάσματος, αλλά, επιπλέον, είναι γεμάτη με πολλά διαμερίσματα που περικλείονται από μεμβράνη. Οι μεμβράνες τόσο του προκαρυωτικού όσο και του ευκαρυωτικού κυττάρου αποτελούνται από μια λιπιδική διπλή στιβάδα. Η προέλευση των δομών της μεμβράνης εντός του ευκαρυωτικού κυττάρου μπορεί να εξηγηθεί από ένα πρώιμο μεγάλο προκαρυωτικό κύτταρο που καταλαμβάνει μικρότερα προκαρυωτικά κύτταρα, σύμφωνα με τη θεωρία της ενδοσυμβιώσεως.

Τόσο τα προκαρυωτικά όσο και τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν DNA, το οποίο κατευθύνει τη λειτουργία του κυττάρου. Ο πανομοιότυπος γενετικός κώδικας χρησιμοποιείται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα. Αν και το ίδιο είδος DNA βρίσκεται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα, το DNA είναι γυμνό και σχηματίζει α βρόχος ή κύκλος σε προκαρυώτες, ενώ αποτελείται από γραμμικούς κλώνους και καλύπτεται με πρωτεΐνη σε ευκαρυωτικά.

Τόσο τα προκαρυωτικά όσο και τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και RNA και αποτελούν τη θέση της πρωτεϊνικής σύνθεσης και στους δύο τύπους κυττάρων. Τα δομικά στοιχεία για την παραγωγή πρωτεϊνών είναι αμινοξέα. Τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά κύτταρα χρησιμοποιούν τα ίδια 20 αμινοξέα για την παραγωγή πρωτεϊνών, υποδεικνύοντας συγγένεια.

Τα ευκαρυωτικά περιέχουν μιτοχόνδρια ή χλωροπλάστες. Τα μιτοχόνδρια εντός των ζωικών κυττάρων και οι χλωροπλάστες εντός των φυτικών κυττάρων μοιάζουν με προκαρυώτες. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες έχουν παρόμοιο μέγεθος και χαρακτηριστικά με τους προκαρυώτες. Οι βαθιές πτυχές της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης, που ονομάζονται cristae, μοιάζουν με τις πτυχές στο προκαρυωτικό κύτταρο, που ονομάζονται μεσοσώματα. Τόσο τα cristae όσο και τα μεσοσώματα λειτουργούν στην αερόβια κυτταρική αναπνοή. Η κυτταρική αναπνοή παράγει ενέργεια για το κύτταρο ή τον οργανισμό. Επειδή η αερόβια αναπνοή (χρησιμοποιώντας οξυγόνο) αποδίδει περισσότερη ενέργεια από την αναερόβια αναπνοή (χωρίς οξυγόνο), η θεωρία της ενδοσυμπιόσης ότι τα μιτοχόνδρια αποκτήθηκαν όταν ένα αναερόβιο προκαρυωτικό κύτταρο κατακλύστηκε αερόβια προκαρυωτικά και έτσι αποκόμισε τα οφέλη της αερόβιας αναπνοή. Οι χλωροπλάστες, όπως τα μιτοχόνδρια, παράγουν ενέργεια για τα φυτικά κύτταρα. Τόσο τα μιτοχόνδρια όσο και οι χλωροπλάστες έχουν το δικό τους κυκλικό DNA και μπορούν να λειτουργήσουν ανεξάρτητα από το ευκαρυωτικό κύτταρο ξενιστή.