เมื่อเกือบสี่พันล้านปีก่อน สิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกปรากฏขึ้นบนโลก และสิ่งเหล่านี้เป็นแบคทีเรียที่เก่าแก่ที่สุด แบคทีเรียเหล่านี้วิวัฒนาการไปเรื่อย ๆ และในที่สุดก็แตกแขนงออกเป็นหลาย ๆ รูปแบบของชีวิตที่เห็นในทุกวันนี้ แบคทีเรียอยู่ในกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าโปรคาริโอต ซึ่งเป็นเอนทิตีเซลล์เดียวที่ไม่มีโครงสร้างภายในที่ผูกกับเยื่อหุ้ม สิ่งมีชีวิตประเภทอื่นคือยูคาริโอตที่มีนิวเคลียสที่จับกับเมมเบรนและโครงสร้างอื่นๆ ไมโทคอนเดรียซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์เป็นหนึ่งในโครงสร้างที่มีเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ในเซลล์พืชที่สามารถสร้างอาหารได้ ออร์แกเนลล์ทั้งสองนี้มีความเหมือนกันมากกับแบคทีเรียและอาจวิวัฒนาการมาจากพวกมันโดยตรง
แยกจีโนม
แบคทีเรียนำพา DNA ของพวกมัน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยยีน ในลักษณะวงกลมที่เรียกว่าพลาสมิด ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มี DNA ของตัวเองอยู่ในโครงสร้างคล้ายพลาสมิด นอกจากนี้ ดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ เช่นเดียวกับของแบคทีเรีย ไม่ได้ยึดติดกับโครงสร้างป้องกันที่เรียกว่าฮิสโตนซึ่งจับกับดีเอ็นเอ ออร์แกเนลล์เหล่านี้สร้าง DNA ของตัวเองและสังเคราะห์โปรตีนของตัวเองโดยไม่ขึ้นกับส่วนที่เหลือของเซลล์
การสังเคราะห์โปรตีน
แบคทีเรียสร้างโปรตีนในโครงสร้างที่เรียกว่าไรโบโซม กระบวนการสร้างโปรตีนเริ่มต้นด้วยกรดอะมิโนตัวเดียวกัน ซึ่งเป็นหนึ่งใน 20 หน่วยย่อยที่ประกอบเป็นโปรตีน กรดอะมิโนเริ่มต้นนี้คือ N-formylmethionine ในแบคทีเรีย เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ N-formylmethionine เป็นรูปแบบที่แตกต่างกันของกรดอะมิโนเมไทโอนีน โปรตีนที่ผลิตในไรโบโซมที่เหลือของเซลล์มีสัญญาณเริ่มต้นที่แตกต่างกัน นั่นคือเมไทโอนีนธรรมดา นอกจากนี้ คลอโรพลาสต์ไรโบโซมยังคล้ายกับไรโบโซมของแบคทีเรียมากและแตกต่างจากไรโบโซมของเซลล์
การจำลองแบบ
ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสสร้างตัวเองได้มากขึ้นในลักษณะเดียวกับ การสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย. ถ้าไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ถูกกำจัดออกจากเซลล์ เซลล์จะไม่สามารถสร้างออร์แกเนลล์เหล่านี้ได้อีกเพื่อทดแทนออร์แกเนลล์ที่ถูกกำจัดออกไป วิธีเดียวที่จะจำลองออร์แกเนลล์เหล่านี้ได้คือใช้วิธีเดียวกับที่แบคทีเรียใช้ นั่นคือ การแยกตัวแบบไบนารี เช่นเดียวกับแบคทีเรีย ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสเติบโตในขนาด ทำซ้ำ DNA และโครงสร้างอื่นๆ แล้วแบ่งออกเป็นสองออร์แกเนลล์ที่เหมือนกัน
ความไวต่อยาปฏิชีวนะ
การทำงานของไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ดูเหมือนจะถูกทำลายโดยการกระทำของยาปฏิชีวนะชนิดเดียวกันที่ทำให้เกิดปัญหากับแบคทีเรีย ยาปฏิชีวนะ เช่น สเตรปโตมัยซิน คลอแรมเฟนิคอล และนีโอมัยซิน ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย แต่ยังก่อให้เกิดความเสียหายต่อไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ ตัวอย่างเช่น คลอแรมเฟนิคอลทำหน้าที่เกี่ยวกับไรโบโซม ซึ่งเป็นโครงสร้างในเซลล์ที่เป็นแหล่งผลิตโปรตีน ยาปฏิชีวนะทำหน้าที่เฉพาะกับไรโบโซมของแบคทีเรีย น่าเสียดายที่มันยังส่งผลกระทบต่อไรโบโซมในไมโตคอนเดรียด้วย สรุปผลการศึกษาในปี 2555 โดย Dr. Alison E. Barnhill และเพื่อนร่วมงานที่ Iowa State University College of Veterinary Medicine และตีพิมพ์ในวารสาร "Antimicrobial Agents and Chemotherapy"
ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก
เนื่องจากความคล้ายคลึงกันอย่างเด่นชัดระหว่างคลอโรพลาสต์ ไมโทคอนเดรีย และแบคทีเรีย นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มมองหาความสัมพันธ์ระหว่างกัน นักชีววิทยา Lynn Margulis ได้พัฒนาทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกในปี 1967 โดยอธิบายถึงที่มาของไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ในเซลล์ยูคาริโอต ดร. Margulis ตั้งทฤษฎีว่าทั้งไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสมาจากโลกของโปรคาริโอต ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เป็นโปรคาริโอตเอง ซึ่งเป็นแบคทีเรียธรรมดาที่สร้างความสัมพันธ์กับเซลล์เจ้าบ้าน เซลล์เจ้าบ้านเหล่านี้เป็นโปรคาริโอตที่ไม่สามารถอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจนและกลืนกินสารตั้งต้นของไมโตคอนเดรียเหล่านี้ สิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์เหล่านี้ให้อาหารแก่ผู้อยู่อาศัยเพื่อแลกกับความสามารถในการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่ประกอบด้วยออกซิเจนที่เป็นพิษ คลอโรพลาสต์จากเซลล์พืชอาจมาจากสิ่งมีชีวิตที่คล้ายกับไซยาโนแบคทีเรีย สารตั้งต้นของคลอโรพลาสต์เข้ามาอาศัยอยู่ร่วมกับเซลล์พืชเพราะแบคทีเรียเหล่านี้จะ ให้อาหารแก่เจ้าบ้านในรูปของกลูโคสในขณะที่เซลล์เจ้าบ้านจะให้ที่ที่ปลอดภัยแก่ มีชีวิต.
