Il y a environ 4 milliards d'années, sont apparues sur la Terre différentes formes de vie  dans un environnement sans dioxygène (O₂). Parmi elles, deux des trois grands domaines du vivant qui sont encore présents aujourd'hui, les Archeae et les Bacteria.

Chez un groupe de Bacteria, la photosynthèse oxygénique a émergé et permis la capture de CO₂ atmosphérique en lui associant des atomes d'hydrogène provenant de l'eau ambiante, ce qui a conduit à la production d'O₂. Toutefois, l'apparition de cette machinerie moléculaire ne suffit pas à rendre compte de la libération massive de dioxygène dans l'atmosphère, il y a 2,4 milliards d'années, qui a eu un impact majeur sur la planète. Ce Grand événement d'oxygénation marque en effet le début du chargement en dioxygène de l'atmosphère terrestre mais il a nécessité un système démultiplicateur, capable d'amplifier la production d'O₂.

Grâce à la reconstruction de l'évolution des protéines (phylogénie moléculaire) et à l'examen de roches fossiles, les scientifiques estiment ainsi que la photosynthèse oxygénique est apparue il y a au moins 3 milliards d'années, à la racine du groupe des cyanobactéries actuelles. Chez ces bactéries primitives, il n'y avait pas encore de membrane intracellulaire spécialisée pour la photosynthèse (thylacoïde). Les complexes protéiques captant l'énergie lumineuse (photosystèmes) étaient directement insérés dans les membranes enveloppant les cellules.

À l'Irig, des chercheurs ont évalué le rôle de l'apparition des thylacoïdes à l'intérieur des cyanobactéries. Ils ont montré que ces membranes supplémentaires ont augmenté la surface photosynthétique en introduisant un effet multiplicateur, cohérent avec un impact majeur sur l'oxygénation de l'atmosphère.

Toutefois, qu'il s'agisse de cyanobactéries ou des chloroplastes qui en dérivent, chez les Eukarya, il n'existe à ce jour aucune protéine connue, capable de provoquer le « bourgeonnement » d'une membrane cellulaire pour former de telles structures intracellulaires.

Les biologistes de l'Irig ont alors envisagé une piste alternative qui met en jeu la transition entre deux phases lipidiques :

• une première phase non membranaire, suivant un agencement des lipides en cylindres juxtaposés, dit hexagonal (HexII),
• une seconde phase lamellaire, analogue à un empilement de membranes (Lm).  

L'apparition de la biosynthèse d'un sulfolipide (sulfoquinovosyldiacylglycérol) a pu favoriser l'apport de lipides anioniques de type Lm et déclencher la transition de phase HexII ➛ Lm.

Cette biogenèse non vésiculaire des thylacoïdes a été observée chez les cyanobactéries actuelles.

Cette théorie propose donc une réponse plausible à l'émergence des thylacoïdes et au Grand événement d'oxygénation .