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最原始的真核生物的直接祖先很可能是一种异常巨大的原核生物，体内具有由质膜内褶而成的像内质网那样的内膜系统和原始的微纤维系统，能够作变形运动和吞噬。以后内膜系统的一部分包围了染色质，于是就形成了最原始的细胞核。内膜系统的其他部分则分别发展为高尔基体、溶酶体等细胞器。按照美国学者L.马古利斯等重新提出的"内共生说"(见细胞起源)，线粒体起源于胞内共生的能进行氧化磷酸化的真细菌，而叶绿体则起源于胞内共生的能进行光合作用的蓝细菌。

真核细胞之所以可以发展出有质膜包围的细胞核和细胞器，被认为有两个过程：膜内折和内共生。[[膜内折]]指始祖[[古核生物]]细胞的质膜内折成为真核细胞的[[膜系统]]。经过第二次内折，内质网膜形成高尔基体等细胞器。[[内共生学说]]指，[[古核生物]]吞入了需氧的、较小的、始祖原核生物（需氧真细菌，如[[变形细菌]]）和，由[[寄生]]过渡到[[共生]]，变为线粒体。通过类似的过程，古核生物细胞与较小的、始祖光合原核生物（如[[蓝细菌]]）共生，产生绿藻和红藻，第二次被古核生物吞入成为共生者，并演变为叶绿体。膜内折产生的原始的内质网膜系统，限制了吞入细菌的活动，避免了细胞成分被其“吃掉”。