원핵세포와 진핵세포

대부분의 원핵세포는 세포 내부를 보호하고 형태를 유지하는 세포벽으로 둘러싸여 있다. 세포벽은 펩티도글리칸이라는 고유한 다당류-펩타이드 복합체로 구성되며, 이는 세균의 세포벽에서 두드러진 특징이다. 고세균의 세포벽은 펩티도글리칸 대신 슈도뮤레인 같은 다른 물질로 이루어질 수 있다. 세포벽은 삼투압으로 인한 파열을 방지하고 기계적 강도를 제공한다.

세포벽 안쪽에는 반투과성의 세포막(원형질막)이 존재한다. 이 이중 인지질층은 세포 내부와 외부 환경 사이의 경계 역할을 한다. 세포막은 물질의 선택적 이동을 통제하고, 호흡과 광합성 같은 에너지 생산 과정에 관여하는 효소들을 고정하는 장소이기도 하다. 특히, 세균의 세포막은 전자전달계와 관련된 단백질을 포함하는 경우가 많다.

세포막의 구조는 원핵생물 군에 따라 차이를 보인다. 세균의 세포막은 일반적으로 인지질과 단백질로 구성된다. 반면, 고세균의 세포막은 인지질의 화학적 연결 방식이 다르며, 세균과는 구별되는 독특한 지질로 이루어져 있다[3]. 이 구조적 차이는 고세균이 극한 환경에 적응하는 데 기여한다.

원핵세포의 유전 물질은 세포질 내에 자유롭게 존재하는 단일의 원형 염색체 형태를 띤다. 이 원형 DNA 분자는 히스톤 단백질과 결합하지 않은 상태로 응축되어 있으며, 핵양체라고 불리는 특정 영역에 집중되어 있다. 핵양체는 막으로 둘러싸여 있지 않아 세포핵이 존재하지 않는다는 점이 진핵세포와의 근본적 차이이다.

원형 염색체 외에도 원핵세포는 플라스미드라고 불리는 작은 원형 DNA 분자를 추가로 보유할 수 있다. 플라스미드는 주 염색체와 독립적으로 복제되며, 항생제 내성 유전자나 특정 대사 경로 관련 유전자 등을 운반한다. 이 플라스미드는 세균 간 접합을 통한 수평적 유전자 이동의 주요 매개체 역할을 하여 환경 적응과 진화에 기여한다.

원핵세포의 DNA 복제, 전사, 번역 과정은 공간적 분리가 거의 없이 세포질에서 연속적으로 일어난다. 전령 RNA가 아직 전사가 완료되지 않은 상태에서도 리보솜에 결합해 번역이 시작될 수 있다. 이러한 전사와 번역의 동시성은 유전 정보의 빠른 발현과 대사 반응의 신속한 조절을 가능하게 한다.

원핵세포는 세포 소기관이 발달하지 않은 단순한 구조를 지닌다. 특히 핵막으로 둘러싸인 진정한 세포핵이 존재하지 않으며, 유전 물질인 DNA는 핵양체라 불리는 특정 영역에 응축된 상태로 세포질 내에 자유롭게 분포한다. 막으로 구획된 소기관, 예를 들어 미토콘드리아, 엽록체, 골지체, 소포체 등은 발견되지 않는다.

대부분의 대사 활동은 세포질에서 일어난다. 해당과정과 같은 에너지 생산 과정은 세포막에 위치한 효소 복합체에 의해 수행된다. 일부 세균은 간막이라 불리는 세포막의 함입 구조를 가지고 있어, 표면적을 증가시켜 대사 효율을 높이기도 한다. 그러나 이는 진정한 막성 소기관과는 구별된다.

원핵세포에는 세포골격 요소도 매우 제한적이다. 펩티도글리칸으로 구성된 세포벽이 형태를 유지하는 주요 역할을 하지만, 액틴과 유사한 단백질인 MreB나 튜불린과 유사한 FtsZ 단백질이 세포 분열과 형태 유지에 기여한다는 사실이 밝혀졌다[4]. 이들의 구조와 기능은 진핵세포의 복잡한 세포골격 네트워크보다 훨씬 단순하다.

세포핵은 진핵세포를 정의하는 가장 핵심적인 구조물이다. 이중막 구조인 핵막으로 둘러싸여 있어 세포질 내 다른 구획들과 물리적으로 분리된다. 핵막은 외핵막과 내핵막으로 구성되며, 두 막 사이의 공간을 핵막간막이라 부른다. 외핵막은 조면소포체와 연결되어 있는 경우가 많다.

핵막에는 핵공복합체가 존재하여 핵 내부와 세포질 사이의 물질 이동을 조절한다. 핵공을 통해 RNA나 리보솜 단위와 같은 분자들이 핵 밖으로 운반되고, DNA 중합효소와 같은 단백질들이 핵 안으로 들어온다.

세포핵 내부에는 염색질 형태로 DNA가 존재하며, 이는 히스톤 단백질에 감겨 뉴클레오솜을 형성한다. 세포 분열 시에는 이 염색질이 응축하여 염색체 구조를 띤다. 또한 핵 내에는 핵소체가 있어 리보솜 RNA의 합성과 리보솜 소단위체의 조립이 이루어진다.

진핵세포는 세포막으로 둘러싸인 다양한 내부 구조물, 즉 막성 세포 소기관을 지니고 있어 기능적 분업이 뚜렷하다. 이는 원핵세포와 구별되는 가장 중요한 특징 중 하나이다. 각 소기관은 고유의 막 구조와 특화된 기능을 수행하며, 세포 내에서 효율적인 물질 대사와 생명 활동을 가능하게 한다.

핵심적인 막성 세포 소기관으로는 다음과 같은 것들이 있다.

이러한 소기관들은 서로 연결되어 협력하며, 예를 들어 단백질은 소포체에서 합성되어 골지체를 거쳐 리소좀이나 세포막 등 최종 목적지로 이동한다. 또한, 미토콘드리아와 엽록체는 내공생설에 따라 독립적인 원핵생물이 진화 과정에서 포획되어 세포 내 공생체가 되었다는 증거를 지닌다[5]. 막성 세포 소기관의 존재는 진핵세포가 원핵세포에 비해 훨씬 더 복잡하고 효율적인 대사 활동과 세포 내 공간의 기능적 구획화를 가능하게 하는 기반이 된다.

세포골격은 진핵세포 내부에 존재하는 단백질 섬유의 복잡한 네트워크이다. 이 구조는 세포에 기계적 지지를 제공하고 세포의 형태를 유지하며, 세포 내 물질 수송과 세포 분열, 운동성 등 다양한 기능에 핵심적인 역할을 한다. 주요 구성 요소는 미세소관, 미세섬유, 중간섬유 세 가지 유형의 섬유이다.

각 구성 요소는 고유한 단백질로 이루어지며 구조와 기능이 다르다. 미세소관은 튜불린 단백질로 구성된 속이 빈 관 구조로, 세포분열 시 염색체 분리를 위한 방추사를 형성하고 세포 내 소기관 배치 및 물질 수송의 통로 역할을 한다. 미세섬유(액틴 필라멘트)는 액틴 단백질로 이루어져 세포막 바로 아래에 밀집해 있으며, 세포의 형태 변화와 운동, 세포질 분열에 관여한다. 중간섬유는 케라틴 등 다양한 단백질로 구성되며, 세포의 인장 강도를 높이고 세포핵을 고정하는 역할을 한다.

이 세포골격 네트워크는 매우 동적이다. 구성 단백질들이 지속적으로 조립과 분해를 반복하여 세포의 필요에 따라 구조를 빠르게 재구성할 수 있다. 예를 들어, 세포가 이동할 때는 액틴 미세섬유가 특정 방향으로 집중적으로 성장하여 돌기를 형성한다. 또한, 세포골격은 세포소기관의 위치를 고정하고, 소포 수송을 위한 레일 역할을 하는 등 세포 내 조직화의 기초를 이룬다. 이러한 복잡한 내부 지지 및 운동 체계는 원핵세포에는 존재하지 않는 진핵세포의 주요 특징 중 하나이다.

원핵세포와 진핵세포의 가장 두드러진 차이점 중 하나는 크기와 구조적 복잡성이다. 일반적으로 원핵세포는 직경이 0.1~5.0 마이크로미터(μm) 정도로 매우 작다. 반면, 진핵세포는 직경이 10~100 μm에 이르는 경우가 흔하며, 부피로는 원핵세포보다 수백 배에서 수천 배까지 클 수 있다.

이러한 크기 차이는 내부 구조의 복잡성 차이에서 기인한다. 원핵세포는 세포막 안에 세포질이 있고, 리보솜과 하나의 원형 DNA 분자가 존재하지만, 막으로 둘러싸인 진정한 세포 소기관은 없다. 모든 대사 반응이 세포질 내에서 비교적 단순하게 이루어진다. 이에 비해 진핵세포는 핵막으로 둘러싸인 세포핵을 비롯하여, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 리소솜 등 다양한 막성 세포 소기관을 갖추고 있다. 각 소기관은 특화된 기능을 수행하며, 복잡한 내부 분업 체계를 구축한다.

복잡성의 또 다른 측면은 세포골격의 유무이다. 원핵세포에는 액틴이나 튜불린과 유사한 단백질이 존재하지만, 진정한 세포골격 네트워크는 없다. 반면, 진핵세포는 미세소관, 액틴 필라멘트, 중간필라멘트로 구성된 발달된 세포골격을 가지고 있어 세포의 형태를 유지하고, 물질 수송, 세포 분열, 운동성 등에 핵심적인 역할을 한다.

원핵세포의 유전체는 일반적으로 하나의 원형 염색체로 구성된다. 이 원형 DNA는 핵양체라 불리는 특정 영역에 응축되어 존재하지만, 핵막으로 둘러싸이지 않는다. 유전 정보 전달 과정인 전사와 번역은 세포질 내에서 공간적, 시간적으로 분리되지 않고 동시에 일어날 수 있다. 이는 mRNA가 아직 전사되는 중일 때 리보솜에 의해 번역이 시작될 수 있음을 의미한다.

반면, 진핵세포의 유전체는 선형의 염색체 여러 개로 구성되며, 히스톤 단백질과 결합하여 높은 수준으로 응축되어 있다. 이 염색체들은 핵막으로 둘러싸인 세포핵 내부에 격리되어 있다. 이로 인해 유전 정보 전달 과정이 공간적으로 분리된다. 전사는 핵 내에서 일어나고, 생성된 mRNA는 스플라이싱 등의 과정을 거쳐 핵공을 통해 세포질로 운반된 후에야 리보솜에 의한 번역이 시작된다.

또한, 진핵세포의 유전체에는 인트론이라 불리는 비부호화 영역이 광범위하게 존재하는 반면, 원핵세포의 유전체에는 인트론이 거의 없다. 진핵생물의 유전자 발현 조절은 프로모터 인식, 전사 인자, 에피제네틱 변화 등 훨씬 더 복잡한 메컬니즘을 통해 이루어진다.

원핵세포와 진핵세포는 대사 경로와 생식 방식에서도 뚜렷한 차이를 보인다.

대사 측면에서, 원핵세포는 대사 활동이 세포질 내에서 자유롭게 일어난다. 호흡이나 광합성과 같은 주요 대사 과정에 필요한 효소는 세포막에 내재되어 있거나 세포질 내에 존재한다. 예를 들어, 세균의 호흡 사슬 효소는 세포막에 위치한다. 반면, 진핵세포는 대사 활동을 특화된 막성 세포 소기관 내부로 구획화한다. 세포 호흡은 주로 미토콘드리아에서, 광합성은 엽록체에서 일어난다. 이는 효율적인 대사와 독성 물질의 격리를 가능하게 한다.

생식 방식에서도 근본적인 차이가 존재한다. 원핵세포의 주된 생식 방식은 이분법이다. 이는 염색체라 불리는 단일 원형 DNA 분자가 복제된 후, 세포가 두 개의 거의 동일한 딸세포로 분열하는 무성 생식 과정이다. 유전적 변이는 돌연변이, 접합, 형질도입, 형질전환과 같은 수평적 유전자 이동을 통해 일어난다. 진핵세포는 일반적으로 더 복잡한 유사 분열을 통해 체세포를 증식한다. 생식을 위해서는 감수 분열을 통해 반수체 생식 세포를 만들고, 이들의 수정을 통해 새로운 개체를 만들어내는 유성 생식을 주로 한다. 이는 유전적 다양성을 크게 증가시키는 메커니즘이다.

아래 표는 두 세포 유형의 대사와 생식 방식을 요약하여 비교한다.

세균은 원핵생물 중에서 가장 잘 알려지고 다양성이 풍부한 군이다. 이들은 지구상의 거의 모든 환경에서 발견되며, 그 형태, 대사 방식, 생태적 역할에 있어서 매우 다양하다. 세균의 세포는 일반적으로 세포벽으로 둘러싸여 있으며, 이 세포벽의 주요 구성 성분은 펩티도글리칸이다. 형태에 따라 구균(공모양), 간균(막대모양), 나선균 등으로 분류된다.

세균은 독립적인 생명 활동을 영위하는 단세포 생물이다. 그들의 유전체는 일반적으로 하나의 원형 염색체로 구성되어 있으며, 세포질 내에 핵양체 형태로 존재한다. 플라스미드라고 불리는 작은 원형 DNA 분자를 추가로 보유하는 경우도 흔하다. 세균은 편모를 이용한 운동, 선모를 통한 접합, 또는 환경 자극에 대한 주화성 반응 등 다양한 생리적 능력을 보인다.

대사 방식에 있어서 세균은 매우 광범위한 적응력을 보여준다. 산소를 이용하는 호기성 세균, 산소가 없는 환경에서 사는 혐기성 세균, 그리고 빛을 에너지원으로 이용하는 광합성 세균 등이 존재한다. 많은 세균은 생태계에서 분해자 역할을 하여 유기물을 무기물로 분해하는 데 기여한다. 반면 일부 세균은 질소고정세균처럼 생물권의 물질 순환에 필수적인 역할을 수행하기도 한다.

세균과 인간의 관계는 상호주의적이거나 병원적인 경우까지 매우 복잡하다. 인간의 장내에 서식하며 소화를 돕는 유익균이 있는가 하면, 결핵균이나 포도상구균과 같이 질병을 일으키는 병원성 세균도 존재한다. 이러한 병원성 세균은 의학에서 중요한 연구 대상이 되며, 이에 대항하기 위한 항생제가 개발되었다.

고세균은 원핵생물의 주요 군 중 하나로, 외형적으로는 세균과 유사하지만 분자생물학적 및 생화학적 특성에서 근본적인 차이를 보인다. 이들은 극한 환경에서 주로 서식하는 것으로 알려졌으나, 최근 연구에 따르면 바다, 토양, 동물의 장내와 같은 일반 환경에도 널리 분포한다는 사실이 밝혀졌다[8].

고세균의 세포 구조는 세포벽의 화학적 구성에서 세균과 뚜렷이 구분된다. 대부분의 세균 세포벽은 펩티도글리칸으로 이루어져 있지만, 고세균의 세포벽은 슈도뮤레인과 같은 다른 물질로 구성된다. 또한, 고세균의 세포막은 지질 이중층을 이루는 지방산 사슬이 에테르 결합으로 글리세롤에 연결되어 있어, 세균과 진핵생물의 에스테르 결합 기반 세포막과 구별된다. 이 독특한 구조는 고열, 고압, 고염분과 같은 극한 조건에서 세포막의 안정성을 유지하는 데 기여한다.

고세균은 대사 방식도 매우 다양하다. 일부는 메테인 생성균처럼 이산화탄소를 수소로 환원하여 메테ンを 생성하는 독특한 대사를 보이며, 다른 종들은 황, 철과 같은 무기물을 이용한 화학합성, 또는 염분이 높은 환경에서의 광합성을 수행한다. 아래 표는 고세균의 주요 생태형을 요약한 것이다.

분류학적으로 고세균은 세균 및 진핵생물과 함께 생명의 세 영역을 구성한다. 유전체 분석에 따르면, 고세균의 유전 정보 전달 기작(예: DNA 복제, 전사, 번역)은 오히려 진핵생물의 시스템과 더 유사한 점이 많다. 이는 진핵세포의 기원을 설명하는 내공생설과 더불어, 생명의 진화 역사를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.

진핵생물은 동물계, 식물계, 균계 및 원생생물 등으로 대표되는 매우 다양한 생물군을 포함한다. 이 중 동물, 식물, 균류는 다세포 생물로서 가장 잘 알려져 있으며, 각각 독특한 세포 구조와 생활사를 가진다.

동물 세포는 세포벽이 없어 형태가 유연하며, 주변 세포나 세포외기질과 연결되는 특수한 구조를 가진다. 이들은 운동성과 신경계, 근육계 등의 분화된 조직을 발달시켜 복잡한 행동과 기능을 가능하게 한다. 모든 동물은 유기물을 섭취하여 에너지를 얻는 종속영양생물이다.

식물 세포는 셀룰로오스로 이루어진 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있다. 가장 큰 특징은 엽록체를 갖추고 있어 광합성을 통해 태양 에너지를 이용한다는 점이다. 이를 통해 스스로 양분을 만들어내는 독립영양생물이다. 또한 많은 식물 세포는 물과 양분을 저장하는 큰 액포를 포함한다.

균류 세포는 키틴으로 구성된 세포벽을 가지며, 엽록체가 없어 광합성을 하지 못한다. 대부분 주변의 유기물에서 영양분을 흡수하는 종속영양생물이다. 효모와 같은 단세포 형태도 있지만, 대부분 균사라 불리는 실 모양의 구조를 이루는 다세포 생물이다. 그들은 분해자로서 생태계에서 중요한 역할을 한다.

원생생물은 진핵생물에 속하는 주요 군 중 하나로, 동물계, 식물계, 균계에 속하지 않는 단세포 또는 다세포 진핵생물을 포괄적으로 지칭하는 분류군이다. 이들은 주로 단세포 생물이지만, 일부는 군체를 이루거나 다세포 형태를 보이기도 한다. 원생생물은 매우 다양한 생태적 지위와 생활 방식을 가지며, 광합성을 하는 종류부터 기생성, 부생성, 포식성에 이르기까지 다양한 영양 방식을 보인다.

이 군에는 조류, 원생동물, 점균류 등이 포함된다. 예를 들어, 아메바와 섬모충류는 운동성을 가진 원생동물에 속하며, 클라미도모나스와 규조류는 광합성을 하는 조류에 해당한다. 이들의 세포 구조는 매우 다양하여, 일부는 세포벽을 가지기도 하고, 다른 종류는 운동을 위한 편모나 섬모를 갖추기도 한다.

전통적으로 원생생물은 하나의 계(Kingdom Protista)로 분류되었으나, 이는 단순히 '동물, 식물, 균류가 아닌 진핵생물'이라는 편의적 분류에 가깝다. 현대의 분자생물학적 연구에 따르면, 원생생물은 단일한 진화적 계통이 아닌, 여러 계통군의 집합체로 여겨진다[10]. 따라서 이 분류는 점차 다계통군으로 인식되고 있으며, 계통분류학적 체계에서 그 위치는 계속 재정의되고 있다.

약 35억 년 전 지구 상에 최초의 생명체인 원시 세포가 출현한 것으로 추정된다. 이 시기의 지구 환경은 산소가 거의 없었고, 높은 온도와 자외선, 화산 활동 등이 활발했다. 이러한 조건에서 무기물로부터 유기물이 합성되고, 이 유기물들이 모여 코아세르베이트와 같은 초기 구조체를 형성했다. 이 구조체가 점차 원형질막으로 둘러싸여 외부 환경과 구분되면서, 물질 대사와 자기 복제 능력을 갖춘 최초의 생명 단위로 진화했다.

이러한 원시 세포는 현대의 원핵세포와 유사했지만 훨씬 단순한 구조를 가졌다. 리보솜과 같은 기본적인 분자 기계는 존재했을 수 있지만, 세포벽이나 복잡한 세포 소기관은 없었다. 유전 정보는 RNA가 담당했을 가능성이 높으며, 이른바 'RNA 세계' 가설에서 제안되듯 RNA가 유전 정보 저장과 촉매 기능을 모두 수행했다. 이후 보다 안정적인 정보 저장 매체인 DNA가 진화하면서 유전 시스템이 정착되었다.

원시 세포의 출현은 생명의 역사에서 가장 중요한 사건 중 하나로, 이후 약 20억 년 동안 원핵생물이 지구 생태계를 지배하는 시대로 이어졌다. 이 시기의 생명체는 화학합성이나 초기의 광합성을 통해 에너지를 얻었으며, 그 대사 부산물이 대기 조성과 해양 환경을 근본적으로 바꾸는 데 기여했다.

진핵세포의 기원을 설명하는 주요 가설은 내공생설이다. 이 이론은 약 20억 년 전, 한 원핵생물이 다른 원핵생물을 포식하거나 포섭하는 과정에서, 포획된 세포가 살아남아 숙주 세포 내에 영구적으로 공생하게 되었고, 이것이 오늘날의 세포 소기관이 되었다고 주장한다.

가장 유력한 증거는 미토콘드리아와 엽록체이다. 이들은 독립된 이중막 구조를 가지며, 숙주 세포의 핵과는 별개로 자신만의 DNA와 리보솜을 보유한다. 특히 미토콘드리아와 엽록체의 리보솜은 원핵세포의 것과 유사한 70S형이며, 그 유전체도 원형의 염색체 형태를 띤다. 이는 이들이 한때 독립 생활을 하던 세균이었음을 시사한다. 학계는 미토콘드리아의 조상이 산소 호흡을 하는 알파프로테오박테리아였고, 엽록체의 조상은 광합성을 하는 시아노박테리아였을 것으로 추정한다[12].

내공생 과정은 여러 단계에 걸쳐 일어났을 것으로 생각된다. 초기에는 숙주 원핵생물과 포획된 세균 사이에 상호 의존적 관계가 형성되었다. 숙주는 포획된 세균이 제공하는 효율적인 에너지(예: ATP)의 이점을 얻었고, 세균은 숙주 내부의 안정된 환경을 얻었다. 시간이 지나며 두 세포의 유전체 사이에 수평적 유전자 이동이 광범위하게 발생했고, 포획된 세균의 많은 유전자가 숙주의 핵으로 이동했다. 이로 인해 미토콘드리아와 엽록체는 대부분의 자율성을 잃고 현재와 같은 반자율적 세포 소기관이 되었다.

이러한 내공생 사건은 생명 진화에 결정적인 전환점을 마련했다. 효율적인 에너지 생산 체계를 획득한 진핵세포는 크기와 복잡성이 급격히 증가할 수 있었고, 결국 다세포 생물로 진화하는 발판이 되었다.

원핵세포와 진핵세포에 대한 연구는 의학 및 생명공학 분야의 발전에 핵심적인 기여를 한다. 특히 세균과 같은 원핵생물에 대한 이해는 항생제 개발과 감염병 치료의 기초를 제공한다. 세포벽 합성을 억제하는 페니실린과 같은 항생제는 세균의 특정 구조를 표적으로 삼아 개발되었다. 또한, 내성 문제를 극복하기 위한 새로운 표적 탐색과 약물 설계는 원핵세포의 대사 경로와 유전자 조절 메커니즘에 대한 심층 연구에 의존한다.

생명공학 분야에서는 원핵세포, 특히 대장균이 유전자 재조합 기술의 핵심 도구로 널리 활용된다. 이들은 빠르게 증식하고 조작이 용이하여 외부 유전자를 삽입하고 대량의 단백질(예: 인슐린, 백신 항원)을 생산하는 데 적합한 '공장' 역할을 한다. 반면, 진핵세포(예: 효모, 동물 세포)를 이용한 발현 시스템은 당사슬 결합과 같은 복잡한 단백질의 정확한 변형과 접힘이 필요한 치료용 단백질 생산에 필수적이다.

줄기세포 연구와 조직 공학은 진핵세포의 분화와 재생 능력을 이해하고 조절하는 데 기반을 둔다. 또한, 유전자 가위 기술을 이용한 정밀한 유전체 편집은 주로 진핵세포에서 이루어지며, 유전 질환 치료와 새로운 치료법 개발의 가능성을 열었다. 이러한 연구들은 궁극적으로 두 세포 유형의 근본적인 차이, 즉 유전체 조직화 방식, 유전자 발현 조절, 그리고 세포 소기관의 기능에 대한 통찰을 바탕으로 한다.

원핵세포와 진핵세포의 연구는 진화 생물학의 근본적인 질문, 즉 생명의 기원과 복잡성의 증가 과정을 이해하는 데 핵심적인 역할을 한다. 특히 진핵세포가 어떻게 원시적인 원핵세포로부터 진화했는지는 주요 연구 주제이다. 내공생설은 미토콘드리아와 엽록체 같은 세포 소기관이 독립적으로 살던 원핵생물이 다른 세포 내로 포획되어 공생 관계를 이루면서 형성되었다는 가설로, 이 분야에서 가장 널리 받아들여지는 설명이다[15]. 이 과정은 생명의 역사에서 획기적인 사건으로, 이후 다세포 생물을 포함한 복잡한 생명체의 출현을 가능하게 했다.

분류학적 측면에서, 원핵세포와 진핵세포의 차이는 생물을 가장 상위 수준에서 구분하는 기준을 제공한다. 전통적인 5계 분류 체계는 원핵생물을 모네라 계로 묶었으나, 현대의 분자 계통학 연구를 통해 원핵생물이 세균과 고세균이라는 근본적으로 다른 두 집단으로 구성되어 있음이 밝혀졌다. 이 발견은 생물을 세균, 고세균, 진핵생물의 세 역으로 나누는 3역 체계를 탄생시켰다.

이러한 분류 체계의 변화는 원핵세포와 진핵세포의 구조적 차이를 넘어, 그 기원과 진화 경로에 대한 이해가 어떻게 깊어져 왔는지를 보여준다. 따라서 이 두 세포 유형의 연구는 단순한 형태학적 비교를 넘어, 생명의 계통수를 재구성하고 지구 생명사의 주요 사건들을 해석하는 데 필수적인 토대를 마련한다.