Da livet på Jorden begyndte at gennemgå udvikling og bliver mere kompleks, jo enklere type celle kaldet en prokaryot gennemgik adskillige ændringer over en lang periode for at blive eukaryote celler. Eukaryoter er mere komplekse og har mange flere dele end prokaryoter. Det tog flere mutationer og overlevende naturlig selektion for eukaryoter at udvikle sig og blive fremherskende.
Forskere mener, at rejsen fra prokaryoter til eukaryoter var et resultat af små ændringer i struktur og funktion i meget lange perioder. Der er en logisk forandringsprogression for, at disse celler bliver mere komplekse. Når eukaryote celler var kommet i stand, kunne de derefter begynde at danne kolonier og til sidst multicellulære organismer med specialiserede celler.
De fleste enkeltcellede organismer har en cellevæg omkring deres plasmamembraner for at beskytte dem mod miljøfarer. Mange prokaryoter, som visse typer bakterier, er også indkapslet af et andet beskyttende lag, der også giver dem mulighed for at klæbe til overflader. De fleste prokaryotiske fossiler fra
Prækambrium tidsperiode er baciller eller stangformet med en meget hård cellevæg, der omgiver prokaryoten.Mens nogle eukaryote celler, som planteceller, stadig har cellevægge, er der mange der ikke. Dette betyder, at et stykke tid i udviklingshistorien for prokaryote, er cellevæggene nødvendige for at forsvinde eller i det mindste blive mere fleksible. En fleksibel ydre grænse på en celle giver den mulighed for at udvide mere. Eukaryoter er meget større end de mere primitive prokaryote celler.
Fleksible cellegrænser kan også bøjes og foldes for at skabe mere overfladeareal. En celle med et større overfladeareal er mere effektiv til at udveksle næringsstoffer og affald med sit miljø. Det er også en fordel at bringe eller fjerne særligt store partikler ved hjælp af endocytose eller exocytose.
Strukturelle proteiner i en eukaryot celle mødes for at skabe et system kendt som cytoskelettet. Mens udtrykket "skelet" generelt tænker på noget, der skaber formen af et objekt, har cytoskelettet mange andre vigtige funktioner inden for en eukaryotisk celle. Ikke kun hjælper mikrofilamenter, mikrotubuli og mellemfibre med at bevare celleformen, de bruges i vid udstrækning i eukaryot mitose, bevægelse af næringsstoffer og proteiner og forankring af organeller på plads.
Under mitose danner mikrotubulier den spindel, der trækker kromosomer adskilt og distribuerer dem lige til de to datterceller, der resulterer efter, at cellen er splittet. Denne del af cytoskelettet fastgøres til søsterchromatiderne i centromeren og adskiller dem jævnt, så hver resulterende celle er en nøjagtig kopi og indeholder alle de gener, den har brug for for at overleve.
Mikrofilamenter hjælper også mikrotubulerne med at bevæge næringsstoffer og affald samt nyligt fremstillede proteiner rundt i forskellige dele af cellen. De mellemliggende fibre holder organeller og andre celledele på plads ved at forankre dem, hvor de har brug for. Cytoskelettet kan også danne flagella for at bevæge cellen rundt.
Selvom eukaryoter er de eneste typer celler, der har cytoskeletter, har prokaryote celler proteiner, der er meget tæt i struktur til dem, der bruges til at skabe cytoskelettet. Det antages, at disse mere primitive former af proteinerne gennemgik et par mutationer, der fik dem til at gruppere sammen og danne de forskellige stykker af cytoskelettet.
Den mest anvendte identifikation af en eukaryot celle er tilstedeværelsen af en kerne. Det vigtigste job for kernen er at huse DNAeller genetisk information om cellen. I en prokaryot findes DNAet bare i cytoplasmaen, normalt i en enkelt ringform. Eukaryoter har DNA inde i en nukleare konvolut, der er organiseret i flere kromosomer.
Når cellen havde udviklet sig en fleksibel ydre grænse, der kunne bøjes og foldes, antages det, at prokaryotens DNA-ring blev fundet nær denne grænse. Da det bøjede sig og foldedes, omringede det DNA'et og klemmede sig ned for at blive en nukleare konvolut, der omgiver kernen, hvor DNAet nu var beskyttet.
Over tid udviklede det enkelt ringformede DNA sig til en tæt såret struktur, som vi nu kalder kromosomet. Det var en gunstig tilpasning, så DNA ikke er sammenfiltret eller ujævnt splittet under mitose eller meiose. Kromosomer kan slappe af eller afvikle afhængigt af hvilket trin i cellecyklussen det er i.
Nu, hvor kernen var vist, udviklede andre interne membransystemer som det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet sig. ribosomer, som kun havde været af den fritflydende sort i prokaryoterne, forankrede sig nu til dele af det endoplasmatiske retikulum for at hjælpe med samlingen og bevægelsen af proteiner.
Med en større celle kommer behovet for flere næringsstoffer og produktion af flere proteiner gennem transkription og translation. Sammen med disse positive ændringer kommer problemet med mere affald i cellen. At følge med kravet om at slippe af med affald var det næste skridt i udviklingen af den moderne eukaryotiske celle.
Den fleksible cellegrænse havde nu skabt alle mulige folder og kunne klemme sig efter behov for at skabe vakuoler til at bringe partikler ind og ud af cellen. Det havde også lavet noget som en opbevaringscelle til produkter og affald, som cellen lavede. Over tid var nogle af disse vakuoler i stand til at indeholde et fordøjelsesenzym, der kunne ødelægge gamle eller sårede ribosomer, forkerte proteiner eller andre typer affald.
De fleste af de dele af den eukaryote celle blev fremstillet inden for en enkelt prokaryot celle og krævede ikke interaktion mellem andre enkeltceller. Dog har eukaryoter et par meget specialiserede organeller, som man troede engang var deres egne prokaryote celler. Primitive eukaryote celler havde evnen til at indhylle ting gennem endocytose, og nogle af de ting, de muligvis har indhyllet, ser ud til at være mindre prokaryoter.
Kendt som Endosymbiotisk teori, Lynn Margulis foreslog, at mitokondrierne, eller den del af cellen, der producerer brugbar energi, engang var en prokaryot, der var indviklet, men ikke fordøjet, af den primitive eukaryot. Ud over at fremstille energi hjalp de første mitokondrier sandsynligvis cellen til at overleve den nyere form af atmosfæren, der nu indeholdt ilt.
Nogle eukaryoter kan gennemgå fotosyntesen. Disse eukaryoter har en særlig organelle kaldet en chloroplast. Der er bevis for, at kloroplasten var en prokaryot, der lignede en blågrønne alger, der var indhyllet meget som mitokondrierne. Når den engang var en del af eukaryoten, kunne eukaryoten nu fremstille sin egen mad ved hjælp af sollys.