Como a vida na Terra começou a sofrer evolução e se tornar mais complexo, o mais simples tipo de célula chamado procarionte sofreu várias alterações durante um longo período de tempo para se tornar células eucarióticas. Os eucariontes são mais complexos e têm muito mais partes que os procariontes. Demorou vários mutações e sobrevivendo seleção natural para que os eucariotos evoluam e se tornem predominantes.
Os cientistas acreditam que a jornada de procariontes para eucariotos foi resultado de pequenas mudanças na estrutura e na função por períodos muito longos. Há uma progressão lógica de mudança para essas células se tornarem mais complexas. Uma vez que as células eucarióticas existissem, elas poderiam começar a formar colônias e eventualmente organismos multicelulares com células especializadas.
A maioria dos organismos unicelulares possui uma parede celular ao redor de suas membranas plasmáticas, a fim de protegê-los dos perigos ambientais. Muitos procariontes, como certos tipos de bactérias, também são encapsulados por outra camada protetora que também lhes permite grudar nas superfícies. A maioria dos fósseis procarióticos do
Período pré-cambriano são bacilos, ou em forma de bastonete, com uma parede celular muito resistente ao redor do procarionte.Enquanto algumas células eucarióticas, como células vegetais, ainda possuem paredes celulares, muitas não. Isso significa que algum tempo durante a história evolutiva do procarionte, as paredes celulares precisavam desaparecer ou pelo menos se tornar mais flexíveis. Um limite externo flexível em uma célula permite expandir mais. Os eucariotos são muito maiores que as células procarióticas mais primitivas.
Os limites flexíveis das células também podem dobrar e dobrar para criar mais área de superfície. Uma célula com uma área de superfície maior é mais eficiente na troca de nutrientes e resíduos com o meio ambiente. Também é um benefício trazer ou remover partículas particularmente grandes usando endocitose ou exocitose.
As proteínas estruturais dentro de uma célula eucariótica se reúnem para criar um sistema conhecido como citoesqueleto. Enquanto o termo "esqueleto" geralmente lembra algo que cria a forma de um objeto, o citoesqueleto tem muitas outras funções importantes dentro de uma célula eucariótica. Os microfilamentos, microtúbulos e fibras intermediárias não apenas ajudam a manter a forma da célula, mas também são amplamente utilizados em mitose, movimento de nutrientes e proteínas e organelas de ancoragem.
Durante a mitose, os microtúbulos formam o eixo que puxa o cromossomos separados e os distribui igualmente para as duas células filhas que resultam após a divisão da célula. Essa parte do citoesqueleto se liga às cromátides irmãs no centrômero e as separa uniformemente, de modo que cada célula resultante seja uma cópia exata e contenha todos os genes de que precisa para sobreviver.
Os microfilamentos também ajudam os microtúbulos a mover nutrientes e resíduos, bem como proteínas recém-produzidas, para diferentes partes da célula. As fibras intermediárias mantêm organelas e outras partes celulares no local, ancorando-as onde precisam estar. O citoesqueleto também pode formar flagelos para movimentar a célula.
Embora os eucariotos sejam os únicos tipos de células que possuem citoesqueletos, as células procarióticas possuem proteínas com estrutura muito próxima das usadas para criar o citoesqueleto. Acredita-se que essas formas mais primitivas das proteínas sofreram algumas mutações que as fizeram agrupar e formar as diferentes partes do citoesqueleto.
A identificação mais amplamente utilizada de uma célula eucariótica é a presença de um núcleo. O principal trabalho do núcleo é abrigar o DNA, ou informação genética, da célula. Em um procarionte, o DNA é encontrado apenas no citoplasma, geralmente em forma de anel único. Os eucariotos possuem DNA dentro de um envelope nuclear organizado em vários cromossomos.
Uma vez que a célula evoluiu para um limite externo flexível que poderia dobrar e dobrar, acredita-se que o anel de DNA do procarionte foi encontrado próximo a esse limite. Ao dobrar e dobrar, cercou o DNA e se beliscou para se tornar um envelope nuclear ao redor do núcleo onde o DNA estava agora protegido.
Com o tempo, o DNA em forma de anel único evoluiu para uma estrutura bem enrolada que agora chamamos de cromossomo. Foi uma adaptação favorável, de modo que o DNA não é emaranhado ou dividido de maneira desigual durante a mitose ou meiose. Os cromossomos podem relaxar ou terminar, dependendo do estágio do ciclo celular em que se encontram.
Agora que o núcleo apareceu, outros sistemas de membrana interna, como o retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi, evoluíram. Ribossomos, que eram apenas da variedade de flutuação livre nos procariontes, agora ancoravam-se a partes do retículo endoplasmático para auxiliar na montagem e movimento de proteínas.
Com uma célula maior, surge a necessidade de mais nutrientes e a produção de mais proteínas através da transcrição e tradução. Junto com essas mudanças positivas, surge o problema de mais desperdício dentro da célula. Atender à demanda de eliminação de resíduos foi o próximo passo na evolução da célula eucariótica moderna.
O limite flexível da célula agora criava todo tipo de dobras e podia se soltar conforme necessário para criar vacúolos para trazer partículas para dentro e fora da célula. Também criara algo como uma célula de retenção de produtos e resíduos que a célula estava produzindo. Com o tempo, alguns desses vacúolos foram capazes de conter uma enzima digestiva que poderia destruir ribossomos velhos ou feridos, proteínas incorretas ou outros tipos de resíduos.
A maioria das partes da célula eucariótica foi feita dentro de uma única célula procariótica e não exigiu interação de outras células isoladas. No entanto, eucariotos têm um par de organelas muito especializadas que se pensava serem as suas próprias células procarióticas. As células eucarióticas primitivas tinham a capacidade de engolir coisas através da endocitose, e algumas das coisas que elas podem ter engolidas parecem ser procariontes menores.
Conhecido como Teoria Endossimbiótica, Lynn Margulis propuseram que a mitocôndria, ou a parte da célula que produz energia utilizável, já foi um procarionte que foi engolido, mas não digerido, pelo eucarionte primitivo. Além de gerar energia, as primeiras mitocôndrias provavelmente ajudaram a célula a sobreviver à forma mais nova da atmosfera que agora incluía oxigênio.
Alguns eucariotos podem sofrer fotossíntese. Esses eucariotos têm uma organela especial chamada cloroplasto. Há evidências de que o cloroplasto era um procarionte semelhante a uma alga verde-azulada que foi engolida de maneira semelhante às mitocôndrias. Uma vez que fazia parte do eucarioto, o eucarioto agora podia produzir seus próprios alimentos usando a luz solar.