На думку деяких дослідників, найдавніші еукаріоти, у яких почалися ендосімбіотіческіе відносини з фотосинтезуючими бактеріями, поглинали ці самі бактерії за допомогою стабільних травних структур: постійного ротового отвори, постійного «стравоходу» і постійного «шлунка»-травних вакуолі.
Найвідомішою і, мабуть, найпопулярнішою теорією походження мітохондрій і хлоропластів є теорія ендосимбіоз (або симбиогенеза). За нею, хлоропласти і мітохондрії колись були самостійними прокариотическими організмами (якимись древніми бактеріями або ціанобактеріям), якими харчувалися далекі предки еукаріот. У якийсь момент поїдання бактерій змінилося симбіотичних відносинами: жертви стали жити всередині мисливця, забезпечуючи його енергією, і в підсумку перетворилися в знайомі всім хлоропласти і мітохондрії.
У загальних рисах тут все більш-менш зрозуміло, але що при цьому відбувалося на клітинному рівні? Якими, наприклад, характерними особливостями володіли клітини найдавніших еукаріот, які першими почали налагоджувати симбіотичні відносини з поглиненої бактеріями? Чому взагалі вийшло так, що бактерії перестали розщеплюватися травними ферментами і залишалися плавати в тілі господаря цілими і неушкодженими? На ці та на багато інших питань відповідей поки немає, хоча вчені інтенсивно їх шукають. Головна проблема, зрозуміло, в тому, що всі гіпотези і теорії доводиться будувати на сучасному матеріалі, на вивченні нинішніх найпростіших, так як викопних останків з тих далеких часів майже немає.
Але як можна дізнатися, що відбувалося мільйони і мільярди років тому, спостерігаючи за сучасним одноклітинними? Вважається, що якісь особливості структури, якісь особливості поведінки нинішніх найпростіших частково повторюють те, як вели себе їх найдавніші предки. І тут потрібно додати, що ендосимбіоз - принаймні той, який привів до появи хлоропластів, - виникав у історії життя кілька разів. Спочатку були так звані первинні ендосімбіонти: найдавніші еукаріоти, які першими зрозуміли, що фотосинтезуючі ціанобактерії можна використовувати, так би мовити, живцем. З таких первинних ендосімбіонтов згодом з'явилися рослини, зелені і червоні водорості, а також своєрідна група водоростей, званих глаукофітамі, чиї фотосинтезирующие органели надзвичайно нагадують ціанобактерії.
Але були й такі організми, які використовували для ендосимбіоз не власними бактерії, а первинних ендосімбіонтов. Тобто інші найдавніші еукаріоти поглинали інших еукаріот, у яких вже були приручених фотосинтезирующие ціанобактерії. З таких вторинних і третинних ендосімбіонтов вийшли кріптофітовие, гаптофітовие і гетероконтофітовие водорості, а також евгленоідеі. У нащадків вторинних ендосімбіонтов мембрана хлоропластів складається не з двох, а з трьох шарів. Вважається, що сама внутрішня мембрана дісталася хлоропластам від бактерії, а друга, зовнішня - від стародавнього еукаріоти, який, поглинаючи бактерію, завертав її в свою мембрану. У випадку з трёхмембраннимі хлоропластами третя (зовнішня) мембрана, як вважається, дісталася хлоропластам від нового господаря, який загортав у свою мембрану іншого еукаріоти з фотосинтезуючими елементами всередині.
Однак в будь-якому випадку один з ключових етапів - поглинання одного одноклітинного іншим. Дослідники з Університету Далхаузі (Канада) і Американського музею природної історії (США) стверджують, що стародавні еукаріоти, які вперше використали хлоропластної симбіоз, поглинали бактерії не будь-якою частиною клітини, як амеби, а за допомогою спеціалізованих структур. Вчені спостерігали за Cymbomonas, що відноситься до одних з найбільш простих і древніх зелених водоростей. Хоча, як і всі зелені водорості, Cymbomonas сталася від первинних ендосімбіонтов, при цьому, як виявилося, у неї збереглася здатність харчуватися бактеріями.
В даному випадку важко сказати, що саме завдяки такому травному апарату стало можливим «приручення» бактерій - тут могли зіграти свою роль і інші особливості фізіології древніх еукаріот. Але якщо саме така схема поглинання їжі здійснювалася в кожному випадку появи ендосимбіоз, напевно, це неспроста, адже тільки такий шлях бактерії в клітку давав їй шанс вціліти і розвинути симбіотичні відносини.