Thuyết nội cộng sinh

Thuyết nội cộng sinh (endosymbiosis) giải thích nguồn gốc của hai bào quan quan trọng nhất trong tế bào có nhân (eukaryote): ti thể — nơi đốt chất dinh dưỡng bằng ôxy để tạo năng lượng — và lục lạp ở thực vật — nơi quang hợp. Theo thuyết này, tổ tiên của ti thể là một vi khuẩn thuộc nhóm alphaproteobacteria, còn tổ tiên của lục lạp là một vi khuẩn lam; cả hai từng sống tự do, rồi được một tế bào chủ chứa vào bên trong và không bị tiêu hóa.

Ý tưởng này có từ đầu thế kỷ XX: nhà sinh học Nga Konstantin Mereschkowski (1905) đề xuất cho lục lạp, Ivan Wallin (thập niên 1920) cho ti thể. Nhưng phải đến bài báo năm 1967 của Lynn Margulis (khi ấy ký tên Lynn Sagan) thì thuyết mới được trình bày thành hệ thống — và bị chê bai suốt nhiều năm, trước khi bằng chứng phân tử từ thập niên 1970–1980 xác nhận.

Bằng chứng chính: ti thể có hai lớp màng; có ADN riêng dạng vòng giống vi khuẩn; có ribosome giống ribosome vi khuẩn; tự phân đôi như vi khuẩn, tế bào không thể "tạo mới" ti thể từ con số không; và trình tự gen của ti thể gần với nhóm alphaproteobacteria.

Tế bào chủ nhiều khả năng là một cổ khuẩn (archaea) — các nghiên cứu từ năm 2015 về nhóm cổ khuẩn Asgard (như Lokiarchaeota, tìm thấy trong trầm tích đáy biển) cho thấy họ hàng gần của tổ tiên ấy. Cách hai bên "về chung một nhà" — nuốt chửng hay dần dần quấn lấy nhau, quan hệ là đối tác bình đẳng hay một bên "nô dịch" bên kia — đến nay vẫn còn tranh luận. Mốc thời gian cũng chỉ là ước tính, thường được đặt trong khoảng 1,5–2 tỷ năm trước.

Sau khi về chung, phần lớn gen của vi khuẩn cộng sinh đã bị mất hoặc chuyển sang nhân tế bào chủ. ADN ti thể người ngày nay chỉ còn khoảng 16.569 cặp base, mang 37 gen.