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細胞核是真核細胞的主要結構，也因此有許多關于演化起源的推測。醫(yī)學教育|網(wǎng)搜集有四種主要理論可解釋細胞核的存在，而這些理論皆尚未受到廣泛支持。

“共營模型”（syntrophic model）認為，古菌與細菌的共生，導致了含細胞核的真核細胞誕生。類似于現(xiàn)代產(chǎn)甲烷古菌的某些古代古菌，侵入并生活在類似于現(xiàn)代粘細菌的細菌體內(nèi)，形成了早期的細胞核。此理論類似于原始真核生物與好氧細菌的內(nèi)共生關系，也就是解釋粒線體與葉綠體起源的理論。古菌與真核生物在特定蛋白質(zhì)，如組織蛋白基因的相似性，支持了以古菌為基礎的細胞核起源理論。觀察顯示黏細菌可自行運動，并形成多細胞復合體，也擁有與真核生物相似的激酶與G蛋白，此現(xiàn)象支持了真核細胞起源于細菌的說法。

第二種模型認為，原始的真核細胞是在未發(fā)生內(nèi)共生的狀況下，自細菌演化而來。此理論的基礎在于現(xiàn)代浮霉細菌擁有包含原始核孔與其他分隔模構造的核狀結構。另一項類似說法指出，一種稱為慢性細胞（chronocyte）的類真核細胞，首先演化成型，并將古菌與細菌吞噬到體內(nèi)，使細胞核與真核細胞形成。

還有一項較具爭議性的模型，稱為“病毒性真核生物起源”（viral eukaryogenesis），此模型認為病毒感染了原核生物，導致膜結合細胞核與其他真核生物特征的成型。這種理論的基礎在于真核生物與病毒間的某些相似性，如線性DNA、mRNA的加帽作用，以及蛋白質(zhì)的緊密結合（病毒的外套膜相當于真核生物的組織蛋白）。理論的其中一個版本認為，吞噬作用形成了早期的細胞“掠食者”，并因此演化出細胞核。也有理論認為真核生物起源于受到痘病毒感染的古菌；因為觀察顯示，現(xiàn)代痘病毒與真核生物的DNA聚合酶具相似性。此外，病毒性真核生物起源假說，也可與部分性別相關演化問題有關。

一項近期研究顯示，傳統(tǒng)上類似于內(nèi)共生學說的觀點，不足以有效地解釋真核生物細胞核的起源。新模型稱作“外膜假說”（exomembrane hypothesis），認為細胞核是起源自演化出第二層外細胞膜的早期細胞；其靠近內(nèi)部的膜轉(zhuǎn)變成為細胞核膜，并逐漸演化出復雜的核孔結構，以幫助如核糖體單元等內(nèi)部核成的物質(zhì)送出核外。