En el capítulo anterior se determinó que los actuales cloroplastos (como orgánulos endosimbioticos de células eucariotas) tienen su procedencia en organismos procariotas libres poseedores de ADN, ribosomas y doble membrana. Por ello cabe preguntarse por el origen de dichos procariotas libres capaces de producir materia orgánica y oxígeno para su uso posterior por parte de las mitocondrias.

Hasta 1977 se presuponía que los habitantes de los fondos marinos se nutrían de la materia orgánica procedente de la superficie y por tanto todos los organismos tenían su origen en seres de la superficie terrestre.

Sin embargo el descubrimiento de las fumarolas negras hidrotermales submarinas  permitió proponer otras opciones al aislarse, en las profundidades, organismos con capacidades fotosintéticas  y otros con capacidades quimio sintéticas. 
Ambos podrían ser el origen de los cloroplastos procariotas libres.

Aunque en un primer momento se pensó que los organismos quimisintéticos podían ser anteriores a los fotosintéticos, al estudiar sus mecanismos metabólicos actuales este hecho se vuelve improbable ya que para obtener la energía necesitan el oxígeno disuelto en el agua, de aparición más tardía, mediante la reacción 4SH2+CO2+O2=CH20+4S+3H20.

Igualmente si consideramos que los primeros organismos de las profundidades fueron fotosintéticos nos encontramos en una situación complicada ya que los actuales representantes, por ejemplo Chroloflexus auricantiacus de la familia Chloroflexaciae, pueden utilizar la energía lumínica emitida por las fumarolas negras pero realizan una fotosíntesis anoxigénica al usar SH2 como dador de electrones mediante la reacción 2SH2+CO2=CH20+2S+H20

Así pues nos encontramos ante la posibilidad de que los cloroplastos procariotas libre originales procedan de alguna forma más primitiva que uso la energía fotosintética de forma anoxigénica (utilizan la energía lumínica de longitud de onda cercanas al rojo 700 nm procedente de fuentes de calor)  y mediante esta posibilidad, que podríamos denominar la ruta metilénica, producir metileno y oxígeno. Esta ruta usaría el carbono inorgánico mediante la reacción:
(1) 4C+ 2SH2+ 2H20= 4CH2+2S+02 dando lugar a la formación de oxígeno en las profundidades y quizás a los primeros carbohidratos (6CH2 + 302 = C6H1206)similares a los producidos mediante la función clorofílica si bien con un menor rendimiento en la producción de oxígeno libre.
Esta forma precloroplasto de bajo rendimiento pudo evolucionar a una ruta oxigénica que utilice la energía de longitud de onda de 680 nm o inferiores, procedentes de luz solar, y anhídrido carbónico en lugar de carbono inorgánico(2)6CO2 + 6H20 = C6H1206+602.

La existencia de estos precloroplastos libres, en superficie o en profundidad, antes de (-)3100 millones de años explicaría la oxigenogenia primitiva que modificaría la atmosfera terrestre y la formación de compuestos orgánicos que servirían a los mitocondrias primitivas como fuente de energía vital