Пре скоро четири милијарде година на Земљи су се појавили први облици живота, и то су биле најраније бактерије. Ове бактерије су еволуирале током времена и на крају се разграниле у многе облике живота који се данас виде. Бактерије припадају групи организама који се називају прокариоти, једноћелијске целине које не садрже унутрашње структуре повезане мембранама. Друга класа организама су еукариоти који имају мембрански везана језгра и друге структуре. Митохондрији, који пружају енергију ћелији, једна су од ових мембрански везаних структура названих органеле. Хлоропласти су органели у биљним ћелијама који могу да направе храну. Ове две органеле имају много заједничког са бактеријама и можда су заправо еволуирале директно од њих.
Одвојени геноми
Бактерије носе своју ДНК, молекул који садржи гене, у кружним компонентама званим плазмиди. Митохондрији и хлоропласти имају своју ДНК која се носи у плазмидно сличним структурама. Поред тога, ДНК митохондрија и хлоропласта, попут бактерија, не веже се за заштитне структуре назване хистони које везују ДНК. Ови органели стварају сопствену ДНК и синтетишу сопствене протеине независно од остатка ћелије.
Синтезу протеина
Бактерије стварају протеине у структурама које се називају рибосоми. Процес стварања протеина започиње истом аминокиселином, једном од 20 подјединица које чине протеине. Ова почетна аминокиселина је Н-формилметионин у бактеријама, као и у митохондријима и хлоропластима. Н-формилметионин је другачији облик аминокиселине метионин; протеини створени у остатку ћелијских рибозома имају другачији сигнал за почетак - обичан метионин. Поред тога, рибозоми хлоропласта су врло слични бактеријским рибосомима и разликују се од ћелијских рибозома.
Репликација
Митохондрији и хлоропласти стварају више себе на исти начин као бактерије се размножавају. Ако се митохондрији и хлоропласти уклоне из ћелије, ћелија више не може да направи ове органеле да замени оне које су уклоњене. Једини начин на који се ове органеле могу реплицирати је исти метод који користе бактерије: бинарна фисија. Попут бактерија, митохондрији и хлоропласти расту у величини, дуплирају своју ДНК и друге структуре, а затим се деле на две идентичне органеле.
Осетљивост на антибиотике
Изгледа да су функције митохондрија и хлоропласта угрожене деловањем истих антибиотика који узрокују проблеме бактеријама. Антибиотици попут стрептомицина, хлорамфеникола и неомицина убијају бактерије, али такође узрокују оштећење митохондрија и хлоропласта. На пример, левомицетин делује на рибосоме, структуре у ћелијама које су места производње протеина. Антибиотик специфично делује на бактеријске рибосоме; нажалост, утиче и на рибозоме у митохондријама, закључује студија др Алисон Е. из 2012. године. Барнхилл и колеге са Универзитетског колеџа за ветеринарство државе Иова и објављени у часопису „Антимикробни агенси и хемотерапија“.
Ендосимбиотска теорија
Због запањујуће сличности између хлоропласта, митохондрија и бактерија, научници су почели да истражују њихов међусобни однос. Биолог Линн Маргулис развио је ендосимбиотску теорију 1967. године, објашњавајући порекло митохондрија и хлоропласта у еукариотским ћелијама. Др Маргулис је претпоставио да и митохондрији и хлоропласти потичу из прокарионтског света. Митохондрији и хлоропласти су заправо сами прокариоти, једноставне бактерије које су створиле везу са ћелијама домаћина. Ове ћелије домаћини били су прокариоти који нису могли да живе у окружењу богатом кисеоником и прогутали су ове митохондријске претече. Ови организми домаћини пружали су храну својим становницима у замену за могућност преживљавања у отровном окружењу које садржи кисеоник. Хлоропласти из биљних ћелија можда потичу из организама сличних цијанобактеријама. Претходник хлоропласта је симбиотски живео са биљним ћелијама јер би ове бактерије снабдевају домаћина храном у облику глукозе, док ће ћелије домаћини пружати сигурно место за то уживо.