Bacteriile, care trăiesc pe Pământ de trei miliarde de ani, au fost parteneri cruciali în evoluţia unei structuri stabile, autoreplicante, cunoscută sub numele de „celulă eucariotă" („Eucariotele" sunt celule cu un nucleu, înconjurate de membrane, care posedă ADN în formă cromozomială. Plantele, animalele, protoctistele şi ciupercile, toate, de la drojdie la mamifere, sunt eucariote. Prin contrast, celulele bacteriene sunt „procariote" şi nu posedă un nucleu.)
Rămăşiţe ale acestei evoluţii se pot găsi în celulele plantelor şi animalelor obişnuite şi în ADN-ul însuşi. Pentru a reuşi ca simbiogeneza să fie recunoscută, Margulis a trebuit să învingă o considerabilă rezistenţă din partea multor biologi, care au adoptat o atitudine uneori ostilă faţă de teoria evoluţionistă modernă. „Evoluţia celulei eucariote a reprezentat cel mai important eveniment din istoria lumii organice", spune Ernst Mayr. „Iar contribuţia lui Margulis la explicarea factorilor simbiotici a avut o importanţă enormă."
Cea mai în vârstă dintre cele patru fiice ale familiei, Margulis a primit la naşterea sa, în ziua de 5 martie 1938, la Chicago, Illinois, numele de Lynn Alexander. Tatăl ei era Morris Alexander, avocat şi om de afaceri cu origini în evreimea poloneză, proprietarul Corporaţiei Permaline, care producea marcaje de plastic pentru străzi şi autostrăzi. Mama ei, Leone Wise, lucra la o agenţie de voiaj.
Lynn a fost un copil precoce care citea foarte mult, dar a şi scris jurnale, eseuri şi piese pe care le punea uneori în scenă cu ajutorul prietenilor săi. A urmat cursurile liceului Hyde Park, iar la vârsta de paisprezece ani a fost admisă la Universitatea din Chicago în programul pentru tineri dotaţi. Şi-a luat certificatul de absolvire a douăsprezece clase în 1955 şi şi-a continuat tot acolo studiile universitare.
S-a inspirat din programa de învăţământ a universităţii, care le impunea studenţilor să citească lucrări ştiinţifice clasice, fiind surprinsă să constate că problemele fundamentale ale reproducerii şi eredităţii erau în mare măsură nerezolvate.
Margulis şi-a luat gradul de „bachelor" în 1957, dată la care s-a şi căsătorit cu Cari Sagan, student la fizică şi ulterior un foarte cunoscut astronom, de care a divorţat după şase ani. A frecventat apoi Universitatea din Wisconsin, unde şi-a luat licenţa în genetică şi zoologie în 1960. În 1963, mamă a doi copii, ea şi-a încheiat studiile universitare la University of California, Berkeley, iar doi ani mai târziu a obţinut titlul de doctor. În 1965, la doi ani după divorţul de Sagan, s-a căsătorit cu Thomas Margulis, chimist. Această căsnicie, din care de asemenea au rezultat doi copii, a durat până în 1978.
Margulis a luat o atitudine critică faţă de teoria evoluţiei încă dinainte de absolvire, fără să se lase impresionată de genetica populaţiilor, şi mai mult, a început să se îndoiască de dogma care înconjura teoria unanim acceptată a evoluţiei prin frecvenţa genelor. Ea punea sub semnul întrebării punctul de vedere, cel mai bine argumentat de Thomas Hunt Morgan cu două decenii înainte de descoperirea ADN-ului, potrivit căruia geneticienii ar putea studia nucleul celulei ignorând citoplasmă care îl înconjoară.
Margulis susţinea ipoteza simbiozei ca mecanism al evoluţiei, ipoteză avansată la începutul secolului XX de către Konstantin Mereşkovski şi de alţi cercetători. Dar în anii '60, în parte datorită succesului teoriei cromozomiale a eredităţii, simbioza avea să fie respinsă, fiind considerată ridicolă. Totuşi, prin 1963, Hans Ris, profesor de biologie celulară cu care Margulis a studiat la Universitatea Wisconsin, a publicat fotografii care prezentau ADN-ul aflat în cloroplaste, structuri verzi din citoplasma celulelor de plante folosite în fotosinteză. Cloroplastele însele semănau foarte mult cu o formă de bacterie, ceea ce 1-a făcut pe Ris să se întrebe dacă prezenţa lor în celulă nu reprezintă cumva o formă de încorporare evolutivă.
În disertaţia sa de doctorat, susţinută în 1965, Margulis a avansat în esenţă o nouă ipoteză simbiotică cu implicaţii globale în biologie: celulele nucleate au evoluat din relaţii simbiotice între diferite tipuri de bacterii. Ea a prezis că anumite structuri celulare, sediul fotosintezei sau al respiraţiei, cum ar fi cloroplastele sau mitocondriile, furnizează dovezi ale evoluţiei prin simbioză. Teoria nu a fost acceptată uşor.
Lucrarea ei „Originile celulelor mitosice" a fost respinsă de zece ori înainte de a fi publicată în Journal of Theoretical Biology în 1967. Totuşi, Margulis avea să fie susţinută de J. D. Bernal, eminentul specialist în cristalografie, care inclusese originile celulelor cu nucleu pe o listă de mistere biologice încă neelucidate. Atunci când Margulis i-a trimis lui Bernal o scurtă lucrare, acesta şi-a dat seama că ea rezolvase problema. „Noi şi toate fiinţele construite din celule cu nucleu", avea să scrie mai târziu Margulis, „suntem probabil compuneri, reuniri ale unor creaturi cândva diferite".
Curând, şi alţi oameni de ştiinţă aveau să susţină teoria simbiogenezei a lui Margulis. Cercetătorul în zoologie Kwang W. Jeon, de la Universitatea din Tennessee, a descoperit că amoebele pe care le studia el fuseseră invadate de o formă de bacterie. Deşi cele mai multe dintre amoebe au murit, ulterior ele s-au revigorat după ce au devenit dependente de bacteriile din interiorul lor.
În plus, s-a demonstrat că ADN-ul din cloroplastele celulelor este aproape identic cu ADN-ul bacteriilor albastre-verzi ce produc oxigen prin fotosinteză, cunoscute sub numele de cianobacterii, exact aşa cum anticipase Margulis. Probele furnizate de proteine, ca şi de secvenţele analizate de ADN şi de ARN susţineau de asemenea presupunerile lui Margulis.
Prima lucrare a lui Margulis pe teme de simbioză, intitulată Originile celulelor eucariote, a apărut în 1970. În următorul deceniu, teoria s-a dezvoltat într-o varietate de direcţii cu ajutorul unui mare număr de cercetători, iar cartea, revăzută şi adăugită, purtând titlul Simbioza în evoluţia celulei, a fost publicată în 1981. Recunoaşterea pentru remarcabila ei contribuţie a venit în 1983, când Margulis avea să devină membră a Academiei Naţionale de Ştiinţe.
Între timp, teoria a evoluat, fiind cunoscută sub numele „Teoria endosimbiozei seriale" (SET), după cum a denumit-o F.J.R. Taylor, care a depus eforturi zadarnice pentru a o infirma. În versiuni mai recente, radicale, ale acestei teorii, Margulis avansează ideea că anumite structuri sub formă de peri descoperite în celule, numite generic „undulopode", cum ar fi cilii sau coada spermatozoidului, au de asemenea o origine simbiotică. Încă o dată, ea a întâmpinat rezistenţă din partea biologilor celulei.
Sfârşitul anilor '80 a marcat confirmarea teoriei SET concomitent cu descoperirea unui plancton unicelular în adâncurile oceanului. Existenţa „proclorofitelor", după cum sunt numite aceste bacterii fotosintetice, a constituit un serios argument în favoarea teoriei SET, pentru că ele seamănă foarte mult cu cloroplastele din algele verzi şi din plante.
Deşi SET a fost acceptată într-o formă sau alta, Margulis a devenit o prezenţă incomodă în biologie, în parte pentru că din simbiogeneză ea trage concluzii care vin în contradicţie cu dogma de bază a teoriei evoluţiei bazate pe genetica populaţiilor. Margulis nu împărtăşeşte ideea că unitatea de bază a evoluţiei, ceea ce se numeşte „individul", este fixă, rigidă. În viziunea ei, indivizii - toate organismele mai mari decât bacteriile (animale, plante, ciuperci etc.) - sunt nişte sisteme simbiotice; indivizii sunt de fapt nişte comunităţi microbiologice strâns unite.
Iar Margulis pune la îndoială ideea că speciile evoluează numai prin acumularea de mutaţii întâmplătoare. Ea crede că mai degrabă majoritatea provin de la strămoşi care au acumulat simbioţi bacterieni. Margulis sugerează că „sursa principală a noutăţii evolutive este achiziţionarea de simbioţi, totul fiind apoi determinat de selecţia naturală. Nu a fost niciodată vorba doar de acumularea de mutaţii".
În ultimii ani, Margulis a devenit o susţinătoare ferventă a ipotezei Gaia, emisă de James E. Lovelock, care afirmă că Pământul în ansamblu este o fiinţă vie. Margulis a contribuit la dezvoltarea acestei teorii controversate, care nu a fost larg acceptată. Totuşi, ea subliniază că aceasta reprezintă încă o tentativă de detronare a omului ca fiinţă privilegiată în univers, contravenind teoriilor ditirambice ale ultimilor 400 de ani. „Homo sapiens nu este înţelept în virtutea unui nume pe care şi 1-a acordat singur", scrie Lynn Margulis; „după părerea mea, specia se caracterizează printr-un amestec de aroganţă cu ignoranţă."
În ciuda dubiilor sale în privinţa absolutismului teoriei selecţiei naturale, Margulis nu a sugerat ca aceasta ar avea vreo conotaţie spirituală. Într-adevăr, ea a declarat că respinge „complet absurdul iudeo-creştinismului - ştiu mai puţine despre Islam, dar am văzut că în Coran se cere moartea necredincioşilor. Pasivitatea budismului îmi aminteşte de imobilismul resemnării. După părerea mea, toate religiile organizate sunt iluzii instituţionalizate, care poartă pecetea unui rizibil tribalism sălbatic".
Lynn Margulis are titlul de Distins Profesor de Biologie la Universitatea statului Massachusetts din Amherst. Ea este autoarea a peste 130 de articole şi a unei duzini de cărţi, care includ şi câteva lucrări de popularizare ştiinţifică. Cartea ei Cele cinci domenii: un ghid ilustrat despre căile vieţii pe Pământ, scrisă împreună cu Karlene W. Schwartz, se bazează pe taxonomia propusă iniţial de Ernst Haeckel, care denunţa dihotomia plante-animale. Margulis a colaborat şi cu fiul său cel mai mare, Dorion Sagan, la câteva cărţi: Originile sexului: trei miliarde de ani de recombinare genetică; Grădina desfătărilor microbiene; Microcosmos; Dansul misterios: despre evoluţia sexualităţii umane şi Ce este viaţa?