Toen het leven op aarde begon te ondergaan evolutie en hoe complexer, hoe eenvoudiger type cel genaamd een prokaryoot onderging gedurende een lange periode verschillende veranderingen om eukaryote cellen te worden. Eukaryoten zijn complexer en bevatten veel meer onderdelen dan prokaryoten. Er waren er meerdere nodig mutaties en overleven natuurlijke selectie om eukaryoten te laten evolueren en de overhand te krijgen.
Wetenschappers geloven dat de reis van prokaryoten naar eukaryoten het resultaat was van kleine veranderingen in structuur en functie gedurende een zeer lange tijdsperiode. Er is een logische voortgang van verandering voor deze cellen om complexer te worden. Zodra eukaryote cellen waren ontstaan, konden ze kolonies gaan vormen en uiteindelijk meercellige organismen met gespecialiseerde cellen.
De meeste eencellige organismen hebben een celwand rond hun plasmamembranen om ze te beschermen tegen omgevingsgevaren. Veel prokaryoten, zoals bepaalde soorten bacteriën, worden ook ingekapseld door een andere beschermende laag waardoor ze zich ook aan oppervlakken kunnen hechten. De meeste prokaryote fossielen uit de
Precambrian tijdsspanne zijn bacillen, of staafvormig, met een zeer taaie celwand rond de prokaryoot.Hoewel sommige eukaryote cellen, zoals plantencellen, nog steeds celwanden hebben, hebben velen dat niet. Dit betekent dat er enige tijd tijdens de evolutionaire geschiedenis van de prokaryotemoesten de celwanden verdwijnen of op zijn minst flexibeler worden. Door een flexibele buitengrens op een cel kan deze meer uitzetten. Eukaryoten zijn veel groter dan de meer primitieve prokaryote cellen.
Flexibele celgrenzen kunnen ook buigen en vouwen om meer oppervlakte te creëren. Een cel met een groter oppervlak is efficiënter in het uitwisselen van voedingsstoffen en afval met zijn omgeving. Het is ook een voordeel om bijzonder grote deeltjes binnen te brengen of te verwijderen met endocytose of exocytose.
Structurele eiwitten in een eukaryote cel komen samen om een systeem te creëren dat bekend staat als het cytoskelet. Terwijl de term "skelet" in het algemeen iets doet denken dat de vorm van een object creëert, heeft het cytoskelet veel andere belangrijke functies binnen een eukaryote cel. Niet alleen helpen de microfilamenten, microtubuli en tussenliggende vezels de vorm van de cel te behouden, ze worden ook veel gebruikt in eukaryote mitose, beweging van voedingsstoffen en eiwitten en verankering van organellen op hun plaats.
Tijdens mitose vormen microtubuli de spil die de chromosomen uit elkaar en verdeelt ze gelijkmatig over de twee dochtercellen die ontstaan na de celsplitsing. Dit deel van het cytoskelet hecht zich aan de zusterchromatiden bij het centromeer en scheidt ze gelijkmatig, zodat elke resulterende cel een exacte kopie is en alle genen bevat die het nodig heeft om te overleven.
Microfilamenten helpen de microtubuli ook bij het verplaatsen van voedingsstoffen en afvalstoffen, evenals nieuw gemaakte eiwitten, naar verschillende delen van de cel. De tussenliggende vezels houden organellen en andere celonderdelen op hun plaats door ze te verankeren waar ze moeten zijn. Het cytoskelet kan ook flagella vormen om de cel te verplaatsen.
Hoewel eukaryoten de enige soorten cellen zijn die cytoskeletten hebben, hebben prokaryote cellen eiwitten die qua structuur zeer dicht bij die liggen die gebruikt zijn om het cytoskelet te creëren. Er wordt aangenomen dat deze meer primitieve vormen van de eiwitten een paar mutaties ondergingen waardoor ze zich groepeerden en de verschillende delen van het cytoskelet vormden.
De meest gebruikte identificatie van een eukaryote cel is de aanwezigheid van een kern. De belangrijkste taak van de kern is het huisvesten van de DNAof genetische informatie van de cel. In een prokaryoot wordt het DNA gewoon in het cytoplasma gevonden, meestal in een enkele ringvorm. Eukaryoten hebben DNA in een nucleaire envelop die is georganiseerd in verschillende chromosomen.
Toen de cel eenmaal een flexibele buitengrens had ontwikkeld die kon buigen en vouwen, wordt aangenomen dat de DNA-ring van de prokaryoot nabij die grens werd gevonden. Terwijl het gebogen en gevouwen was, omringde het het DNA en werd het afgekneld om een nucleaire envelop te worden die de kern omringde waar het DNA nu werd beschermd.
In de loop van de tijd evolueerde het enkele ringvormige DNA tot een strak gewonden structuur die we nu het chromosoom noemen. Het was een gunstige aanpassing, dus DNA is niet verward of ongelijkmatig verdeeld tijdens mitose of meiose. Chromosomen kunnen zich ontspannen of afwikkelen, afhankelijk van in welk stadium van de celcyclus het zich bevindt.
Nu de kern was verschenen, evolueerden andere interne membraansystemen zoals het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat. Ribosomen, die alleen van de vrij zwevende variëteit in de prokaryoten was, verankerde zich nu aan delen van het endoplasmatisch reticulum om te helpen bij de assemblage en beweging van eiwitten.
Met een grotere cel komt de behoefte aan meer voedingsstoffen en de productie van meer eiwitten door transcriptie en vertaling. Samen met deze positieve veranderingen komt het probleem van meer afval binnen de cel. De vraag om afval te verwijderen was de volgende stap in de evolutie van de moderne eukaryote cel.
De flexibele celgrens had nu allerlei vouwen gecreëerd en kon indien nodig worden afgekneld om vacuolen te creëren om deeltjes in en uit de cel te brengen. Het had ook zoiets gemaakt als een opslagcel voor producten en afval dat de cel maakte. In de loop van de tijd konden sommige van deze vacuolen een spijsverteringsenzym bevatten dat oude of beschadigde ribosomen, onjuiste eiwitten of andere soorten afval kon vernietigen.
De meeste delen van de eukaryote cel zijn gemaakt binnen een enkele prokaryote cel en vereisten geen interactie van andere afzonderlijke cellen. Eukaryoten hebben echter een paar zeer gespecialiseerde organellen waarvan werd gedacht dat ze ooit hun eigen prokaryote cellen waren. Primitieve eukaryote cellen hadden het vermogen om dingen door endocytose te verzwelgen, en sommige dingen die ze misschien verzwolgen hebben, lijken kleinere prokaryoten te zijn.
Bekend als de Endosymbiotische theorie, Lynn Margulis stelde dat de mitochondriën, of het deel van de cel dat bruikbare energie maakt, ooit een prokaryoot was die werd verzwolgen, maar niet verteerd, door de primitieve eukaryoot. Naast het maken van energie, hielpen de eerste mitochondriën de cel waarschijnlijk om de nieuwere vorm van de atmosfeer te overleven, die nu zuurstof bevatte.
Sommige eukaryoten kunnen fotosynthese ondergaan. Deze eukaryoten hebben een speciale organel die een chloroplast wordt genoemd. Er zijn aanwijzingen dat de chloroplast een prokaryoot was die vergelijkbaar was met een blauwgroene alg die net als de mitochondriën werd verzwolgen. Eens een onderdeel van de eukaryoot, kon de eukaryoot nu zijn eigen voedsel produceren met zonlicht.