Circa 1,5 miliardi di anni fa, i batteri primitivi si stabilirono all'interno di cellule più grandi, creando una relazione intima che avrebbe modellato l'evoluzione di esseri più complessi e multicellulari. La cellula più grande era eucariotica, il che significa che conteneva organelli - strutture circondate da membrane, ma la cellula batterica procariota non aveva tale disposizione. Le cellule più grandi temevano l'ossigeno, un veleno per la loro esistenza, ma le cellule più piccole usavano l'ossigeno per produrre energia sotto forma di molecola di adenosina trifosfato, o ATP. Le cellule eucariotiche avvolgevano i batteri in modo predatorio, ma in qualche modo, il predatore non digeriva la preda. Predatore e preda divennero reciprocamente dipendenti. L'ex biologa dell'Università di Boston Lynn Margulis ha citato questo scenario endosimbiotico nella sua teoria sull'origine dei mitocondri, le fabbriche di energia delle cellule e la ragione delle loro numerose somiglianze con le cellule batteriche.
Dimensione e forma
Basandosi solo sull'aspetto, gli scienziati possono tracciare una relazione tra mitocondri e batteri. I mitocondri hanno forme paffute, simili a quelle delle bacche, simili ai batteri bacilli a forma di bastoncello. Il bacillo medio ha una lunghezza compresa tra 1 e 10 micron e i mitocondri di entrambe le cellule vegetali e animali misurano nello stesso intervallo. Queste osservazioni superficiali costituiscono una linea di prove a supporto della teoria che le cellule eucariotiche primitive avevano inghiottito cellule batteriche, formando relazioni reciprocamente benefiche.
Metodo di divisione
I batteri si riproducono in un processo chiamato fissione; quando un batterio raggiunge una dimensione predeterminata, si pizzica nel mezzo, creando due organismi. Nelle cellule eucariotiche, i mitocondri si replicano in un processo simile. Il centro di comando della cellula, o nucleo, segnala alla cellula di produrre organelli, di solito in anticipo rispetto a un evento di divisione cellulare; tuttavia, solo i mitocondri - e i cloroplasti delle piante - si replicano. Mentre altri organelli possono essere fatti da sostanze all'interno della cellula, i mitocondri e i cloroplasti devono dividersi per aumentare il loro numero. Quando l'apporto energetico sotto forma di ATP si esaurisce, i mitocondri si dividono per produrre più mitocondri per la produzione di energia.
Membrane
I mitocondri possiedono membrane interne ed esterne, con la membrana interna costituita da pieghe chiamate creste. Le membrane cellulari batteriche hanno pieghe chiamate mesosomi che ricordano le creste. La produzione di energia avviene a queste pieghe. La membrana mitocondriale interna contiene gli stessi tipi di proteine e sostanze grasse della membrana plasmatica batterica. Anche la membrana mitocondriale esterna e la parete cellulare dei batteri contengono strutture simili. Le sostanze fluiscono piuttosto liberamente dentro e fuori le membrane esterne dei mitocondri e le pareti cellulari esterne dei batteri; tuttavia, sia le membrane interne mitocondriali che le membrane plasmatiche dei batteri limitano il passaggio di molte sostanze.
Tipo di DNA
Entrambe le cellule procariotiche ed eucariotiche utilizzano il DNA per trasportare il codice per produrre proteine. Mentre le cellule eucariotiche portano il DNA a doppio filamento sotto forma di una scala contorta chiamata elica, le cellule batteriche hanno il loro DNA in cicli circolari chiamati plasmidi. I mitocondri portano anche il loro DNA per creare le proprie proteine, indipendentemente dal resto della cellula; come i batteri, anche i mitocondri incorporano il loro DNA in anelli. Un mitocondrio medio contiene tra due e dieci di questi plasmidi. Queste strutture contengono le informazioni necessarie per eseguire tutti i processi, inclusa la replicazione, all'interno dei mitocondri o dei batteri.
Ribosomi e sintesi proteica
Le proteine svolgono tutte le funzioni all'interno delle cellule e la produzione di proteine, o sintesi proteica, costituisce una delle principali funzioni della cellula. Tutta la sintesi proteica avviene esclusivamente all'interno di strutture sferiche chiamate ribosomi, che sono sparse in tutta la cellula. I mitocondri portano i loro ribosomi per produrre le proteine di cui hanno bisogno. Analisi microscopiche e chimiche rivelano che la struttura dei ribosomi mitocondriali sembra più simile ai ribosomi batterici che ai ribosomi delle cellule eucariotiche. Inoltre, alcuni antibiotici, mentre innocui per le cellule eucariotiche, influenzano la sintesi proteica sia nei mitocondri sia nei batteri, indicando che il meccanismo di sintesi proteica nei mitocondri è simile a quello dei batteri piuttosto che delle cellule eucariotiche.
