Prije gotovo četiri milijarde godina na Zemlji su se pojavili prvi oblici života, a to su bile najranije bakterije. Te su se bakterije razvijale s vremenom i na kraju su se razgranile u mnoge vidove života koji se danas vide. Bakterije pripadaju skupini organizama koji se nazivaju prokarioti, jednostanične cjeline koje ne sadrže unutarnje strukture povezane membranama. Druga klasa organizama su eukarioti koji imaju membranski vezane jezgre i druge strukture. Mitohondriji, koji osiguravaju energiju za stanicu, jedna su od ovih membranski vezanih struktura koje se nazivaju organele. Kloroplasti su organele u biljnim stanicama koje mogu stvoriti hranu. Ove dvije organele imaju mnogo zajedničkog s bakterijama i možda su zapravo iz njih evoluirale.
Odvojeni genomi
Bakterije nose svoju DNK, molekulu koja sadrži gene, u kružnim komponentama koje se nazivaju plazmidi. Mitohondriji i kloroplasti imaju vlastitu DNA koja se nosi u plazmidno sličnim strukturama. Uz to, DNA mitohondrija i kloroplasta, poput bakterija, ne veže se na zaštitne strukture nazvane histoni koje vežu DNK. Te organele stvaraju vlastitu DNK i sintetiziraju vlastite proteine neovisno o ostatku stanice.
Sinteza proteina
Bakterije stvaraju proteine u strukturama koje se nazivaju ribosomi. Proces stvaranja proteina započinje s istom aminokiselinom, jednom od 20 podjedinica koje čine proteine. Ova početna aminokiselina je N-formilmetionin u bakterijama, kao i u mitohondrijima i kloroplastima. N-formilmetionin je drugačiji oblik aminokiseline metionin; proteini nastali u ostatku staničnih ribosoma imaju drugačiji signal za početak - obični metionin. Uz to, ribosomi kloroplasta vrlo su slični bakterijskim ribosomima i razlikuju se od staničnih ribosoma.
Replikacija
Mitohondriji i kloroplasti stvaraju više sebe na isti način kao i bakterije se razmnožavaju. Ako se mitohondriji i kloroplasti uklone iz stanice, stanica više ne može stvoriti ove organele da zamijeni one uklonjene. Jedini način na koji se te organele mogu replicirati je na isti način koji koriste bakterije: binarna fisija. Poput bakterija, mitohondriji i kloroplasti rastu u veličini, dupliciraju svoju DNK i druge strukture, a zatim se dijele na dvije identične organele.
Osjetljivost na antibiotike
Čini se da su funkcija mitohondrija i kloroplasta ugrožena djelovanjem istih antibiotika koji bakterijama stvaraju probleme. Antibiotici poput streptomicina, kloramfenikola i neomicina ubijaju bakterije, ali uzrokuju i oštećenje mitohondrija i kloroplasta. Na primjer, kloramfenikol djeluje na ribosome, strukture u stanicama koje su mjesta proizvodnje proteina. Antibiotik specifično djeluje na bakterijske ribosome; nažalost, utječe i na ribosome u mitohondrijima, zaključuje istraživanje dr. Alison E. iz 2012. godine. Barnhill i kolege sa Sveučilišnog koledža za veterinarstvo države Iowa i objavljeni u časopisu "Antimikrobna sredstva i kemoterapija".
Endosimbiotska teorija
Zbog zapanjujuće sličnosti između kloroplasta, mitohondrija i bakterija, znanstvenici su počeli proučavati njihov međusobni odnos. Biolog Lynn Margulis razvio je endosimbiotsku teoriju 1967. godine, objašnjavajući podrijetlo mitohondrija i kloroplasta u eukariotskim stanicama. Dr. Margulis je teoretizirao da i mitohondriji i kloroplasti potječu iz prokariotskog svijeta. Mitohondriji i kloroplasti bili su zapravo sami prokarioti, jednostavne bakterije koje su stvorile vezu sa stanicama domaćinima. Te stanice domaćini bili su prokarioti koji nisu mogli živjeti u okolišu bogatom kisikom i progutali su te mitohondrijske preteče. Ovi organizmi domaćini pružali su hranu svojim stanovnicima u zamjenu za mogućnost preživljavanja u otrovnom okolišu koji sadrži kisik. Kloroplasti iz biljnih stanica možda potječu iz organizama sličnih cijanobakterijama. Prekursor kloroplasta oživio je simbiotski s biljnim stanicama, jer bi te bakterije opskrbiti svoje domaćine hranom u obliku glukoze, dok bi stanice domaćina nudile sigurno mjesto za to uživo.