Eucarioti e organelli: l'endosimbiosi

Le primitive cellule eucariotiche erano relativamente semplici e, essendo prive di mitocondri e cloroplasti e non dotate di un nucleo delimitato da membrana, erano paragonabili agli attuali procarioti. Le attuali cellule eucariotiche (contenenti organelli) si sono formate attraverso una stabile incorporazione di simbionti chemiorganotrofi e fototrofi appartenenti al dominio dei Batteri (non Archea). Questa teoria, detta teoria endosimbiotica,  si basa sull'ipotesi che un batterio aerobio si sia stabilito in maniera permanente all'interno del citoplasma di una cellula eucariotica primitiva, fornendole energia e ricevendo in cambio un ambiente protetto e un rapido apporto di sostanze nutritive. Questo simbionte è stato l'antenato dell'attuale mitocondrio. In modo analogo, l'introduzione di un fototrofo ossigenico ha conferito proprietà fotosintetiche a una primitiva cellula eucariotica. L'endosimbionte fototrofo è stato l'antenato del moderno cloroplasto. Molte sono le prove a sostegno della teoria endosimbiotica:
sia i cloroplasti che i mitocondri hanno ribosomi di tipo chiaramente procariotico e con sequenza di RNA ribosomale 16S caratteristiche di specifici Batteri.
la funzionalità degli organelli è inibita dagli stessi antibiotici, che interferiscono in vivo con la funzionalità ribosomiale dei Batteri.
sia i mitocondri che i cloroplasti, contengono piccole forme circolari di DNA, covalentemente chiuse, che sono quelle tipiche dei procarioti.