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细胞核是真核细胞的主要结构，也因此有许多关于演化起源的推测。医学教育|网搜集有四种主要理论可解释细胞核的存在，而这些理论皆尚未受到广泛支持。

“共营模型”（syntrophic model）认为，古菌与细菌的共生，导致了含细胞核的真核细胞诞生。类似于现代产甲烷古菌的某些古代古菌，侵入并生活在类似于现代粘细菌的细菌体内，形成了早期的细胞核。此理论类似于原始真核生物与好氧细菌的内共生关系，也就是解释粒线体与叶绿体起源的理论。古菌与真核生物在特定蛋白质，如组织蛋白基因的相似性，支持了以古菌为基础的细胞核起源理论。观察显示黏细菌可自行运动，并形成多细胞复合体，也拥有与真核生物相似的激酶与G蛋白，此现象支持了真核细胞起源于细菌的说法。

第二种模型认为，原始的真核细胞是在未发生内共生的状况下，自细菌演化而来。此理论的基础在于现代浮霉细菌拥有包含原始核孔与其他分隔模构造的核状结构。另一项类似说法指出，一种称为慢性细胞（chronocyte）的类真核细胞，首先演化成型，并将古菌与细菌吞噬到体内，使细胞核与真核细胞形成。

还有一项较具争议性的模型，称为“病毒性真核生物起源”（viral eukaryogenesis），此模型认为病毒感染了原核生物，导致膜结合细胞核与其他真核生物特征的成型。这种理论的基础在于真核生物与病毒间的某些相似性，如线性DNA、mRNA的加帽作用，以及蛋白质的紧密结合（病毒的外套膜相当于真核生物的组织蛋白）。理论的其中一个版本认为，吞噬作用形成了早期的细胞“掠食者”，并因此演化出细胞核。也有理论认为真核生物起源于受到痘病毒感染的古菌；因为观察显示，现代痘病毒与真核生物的DNA聚合酶具相似性。此外，病毒性真核生物起源假说，也可与部分性别相关演化问题有关。

一项近期研究显示，传统上类似于内共生学说的观点，不足以有效地解释真核生物细胞核的起源。新模型称作“外膜假说”（exomembrane hypothesis），认为细胞核是起源自演化出第二层外细胞膜的早期细胞；其靠近内部的膜转变成为细胞核膜，并逐渐演化出复杂的核孔结构，以帮助如核糖体单元等内部核成的物质送出核外。