Согласно теории симбиогенеза, эволюция клеточных органелл у эукариотических организмов происходила через несколько этапов симбиоза с другими клетками: 2

1. Происхождение митохондрий. 1 Около 2 млрд лет назад у первичных эукариот (архей) отсутствовала жёсткая клеточная стенка, а имелась только плазматическая мембрана. 1 Через неё в их цитоплазму проникли аэробные α-протеобактерии — эндосимбионты, превратившиеся в ходе эволюции в промитохондрии. 1 В ходе взаимовыгодных отношений эндосимбионты превратились в клеточные органеллы — митохондрии, а эукариотические клетки стали аэробными. 1
2. Происхождение пластид. 1 Пластиды возникли примерно 1,5 млрд лет назад. 1 Хлоропласты сформировались в результате симбиоза фототрофных прокариот (цианобактерий) с более крупными эукариотическими клетками водорослей или простейших, которые обладали способностью поглощать более мелкие клетки путём фагоцитоза и уже содержали митохондрии. 1 В ходе эволюции между этими двумя клетками установились симбиотические связи, которые привели к образованию из фототрофных прокариот (цианобактерий) полуавтономных органелл — хлоропластов. 1

В дальнейшем в результате естественного отбора митохондрии и хлоропласты утратили часть генетического материала и превратились в структуры с ограниченной автономией. 2