在地球生命演化历程中，一个具有划时代意义的事件发生在约20亿年前，即第一批真核生物的诞生。这些拥有独特细胞核的单细胞生物开启了新的生命篇章，并逐渐演化出包括植物和动物在内的所有复杂生命形式。真核生物构成了原生生物界、真菌界、植物界以及动物界的共同祖先。
相比之下，原核生物的出现时间更早，可追溯至距今30至35亿年前。在真核生物出现之前，地球上经历了漫长的化学进化阶段：原始大气中的氢气、氮气、氨气、甲烷和一氧化碳等成分，在高温、强紫外线或闪电等极端条件下，转化为含碳化合物和生物大分子的前体物质（例如氨基酸、核酸碱基等）；随后这些前体物质通过聚合反应形成复杂的生物大分子，并在原始海洋中聚集为大分子复合物，即团聚体或类蛋白小球体；随着遗传密码（核酸）的逐渐形成，具备自我繁殖能力的细胞才得以出现。早期细胞可能是异养生物，通过摄取现成有机物获取能量，而光合作用的自养生物则是在其后才出现的；只有当自养生物大量繁殖，地球大气中积累了足够的氧气时，真核细胞才具备了产生的条件。
真核细胞与原核细胞的主要差异
真核细胞的核心特征在于其细胞核，该结构由染色体、核仁、核液以及双层核膜共同构成；而原核细胞则缺乏核膜，因此没有真正的细胞核，仅存在由核酸集中形成的拟核结构。
在基因表达过程中，真核细胞的转录（基因信息转录为RNA）发生在细胞核内，而蛋白质的合成（翻译）则发生在细胞质中；相比之下，原核细胞的转录与蛋白质合成交叠进行，无需进入不同的细胞区域。
真核细胞还拥有内质网、高尔基体、溶酶体等多种复杂的细胞器，用于执行不同的细胞功能；而原核细胞则不具备这些结构。
在真核生物中，除少数低等类群（如某些甲藻）外，其细胞染色体都与五种或四种组蛋白结合，形成核小体结构；而在原核生物中，虽然普遍存在碱性蛋白与DNA结合的现象，但这些碱性蛋白与真核细胞的组蛋白在结构和功能上存在显著差异。
尽管真核生物与原核生物在形态和功能上存在诸多不同，但它们都遵循“中心法则”，使用相同的遗传密码，且膜结构和蛋白质合成方式也基本一致。这些共同点表明，它们可能拥有共同的起源，最原始的真核生物很可能是由一种异常庞大的原核生物演化而来的。
蓝藻的研究
不久前，微生物学家对北冰洋大西洋中部山脊上洛基城堡热液喷口附近的海洋沉积物中的DNA序列进行了分析。这些沉积物中含有来自一组前所未知的微生物的DNA分子，其序列数据揭示这些微生物与古生代生物存在密切的亲缘关系。科学家们对这一神秘单细胞生物的生态习性进行了深入研究，并提出了一个重要观点：氢元素在真核生物的进化过程中扮演了关键角色。
关于真核生物的起源，最有可能的解释是它们起源于一种共生关系，即古生菌宿主与细菌共生体之间的合作。有一种假说认为，古生菌宿主的新陈代谢过程依赖于氢，而线粒体（一种细胞器）的前体在代谢过程中产生了氢。这一“氢假说”推测，这两个细胞可能生活在富含氢的缺氧环境中，如果它们与氢源分离，将更加依赖彼此生存，从而可能导致内共生事件的发生。如果洛基古菌群确实依赖于氢，这将有力支持氢假说。然而，目前关于这些古生物在其自然栖息地的生态状况仍存在许多未知。
不过，数据分析证实了洛基古菌确实利用氢气固定二氧化碳。这一过程提高了新陈代谢的效率，使这些物种能够在能量有限的缺氧环境中保持高水平的生化活动。实验证据进一步支持了第一个真核细胞的氢假说，因此，最早的真核生物可能起源于缺氧且富含氢的海洋沉积物环境。
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