Pred skoraj štirimi milijardami let so se na Zemlji pojavile prve oblike življenja in to so bile najzgodnejše bakterije. Te bakterije so se sčasoma razvile in se sčasoma razvejale v številne oblike življenja, ki jih vidimo danes. Bakterije spadajo v skupino organizmov, imenovanih prokarionti, enocelične entitete, ki ne vsebujejo notranjih struktur, vezanih na membrane. Drugi razred organizmov so evkarionti, ki imajo membransko vezana jedra in druge strukture. Mitohondriji, ki celici zagotavljajo energijo, so ena od teh z membrano vezanih struktur, imenovanih organele. Kloroplasti so organele v rastlinskih celicah, ki lahko tvorijo hrano. Ti dve organeli imata veliko skupnega z bakterijami in sta se dejansko razvili neposredno iz njih.
Ločeni genomi
Bakterije nosijo svojo DNA, molekulo, ki vsebuje gene, v krožnih komponentah, imenovanih plazmidi. Mitohondriji in kloroplasti imajo svojo lastno DNA v plazmidno podobnih strukturah. Poleg tega se DNA mitohondrijev in kloroplastov, tako kot bakterija, ne pritrdi na zaščitne strukture, imenovane histoni, ki vežejo DNA. Ti organeli ustvarijo svojo DNK in sintetizirajo lastne beljakovine, neodvisno od preostale celice.
Sinteza beljakovin
Bakterije tvorijo beljakovine v strukturah, imenovanih ribosomi. Postopek tvorjenja beljakovin se začne z isto aminokislino, eno od 20 podenot, ki tvorijo beljakovine. Ta začetna aminokislina je N-formilmetionin v bakterijah, pa tudi v mitohondrijih in kloroplastih. N-formilmetionin je drugačna oblika aminokisline metionin; beljakovine, narejene v preostalih celičnih ribosomih, imajo drugačen startni signal - navaden metionin. Poleg tega so kloroplastni ribosomi zelo podobni bakterijskim ribosomom in se razlikujejo od celičnih ribosomov.
Replikacija
Mitohondriji in kloroplasti naredijo več sebe na približno enak način kot razmnožujejo se bakterije. Če iz celice odstranimo mitohondrije in kloroplaste, celica teh organelov ne more več nadomestiti odstranjenih. Edini način, da se te organele lahko razmnožijo, je enak način, ki ga uporabljajo bakterije: binarna cepitev. Tako kot bakterije mitohondriji in kloroplasti rastejo v velikosti, podvajajo svojo DNA in druge strukture ter se nato razdelijo na dva enaka organela.
Občutljivost na antibiotike
Zdi se, da delovanje mitohondrijev in kloroplastov ogroža delovanje istih antibiotikov, ki bakterijam povzročajo težave. Antibiotiki, kot so streptomicin, kloramfenikol in neomicin, ubijajo bakterije, povzročajo pa tudi mitohondrije in kloroplaste. Na primer, kloramfenikol deluje na ribosome, strukture v celicah, ki so mesta proizvodnje beljakovin. Antibiotik posebej deluje na bakterijske ribosome; žal vpliva tudi na ribosome v mitohondrijih, zaključuje študija dr. Alison E. iz leta 2012. Barnhill in sodelavci z univerze Iowa State University College of Veterinary Medicine in objavljeni v reviji "Antimikrobna sredstva in kemoterapija".
Endosimbiotska teorija
Zaradi presenetljivih podobnosti med kloroplasti, mitohondriji in bakterijami so znanstveniki začeli preučevati njihov odnos med seboj. Biolog Lynn Margulis je leta 1967 razvil endosimbiotsko teorijo in razložil izvor mitohondrijev in kloroplastov v evkariontskih celicah. Dr. Margulis je teoretiziral, da mitohondriji in kloroplasti izvirajo iz prokariontskega sveta. Mitohondriji in kloroplasti so bili dejansko sami prokarionti, preproste bakterije, ki so tvorile odnos z gostiteljskimi celicami. Te gostiteljske celice so bile prokarionti, ki niso mogli živeti v okoljih, bogatih s kisikom, in so zajeli te mitohondrijske predhodnike. Ti gostiteljski organizmi so prebivalcem zagotavljali hrano v zameno, da so lahko preživeli v strupenem okolju, ki vsebuje kisik. Kloroplasti iz rastlinskih celic so morda prišli iz organizmov, podobnih cianobakterijam. Predhodnik kloroplasta je zaživel simbiotično z rastlinskimi celicami, ker bi te bakterije živele oskrbijo svoje gostitelje s hrano v obliki glukoze, medtem ko bi jim gostiteljske celice nudile varno mesto v živo.