Mikrofossilien und Stromatolithen
Die Mikrofossilien kommen in Hornsteinen und Schiefern vor und sind von zwei Arten. Eine Art besteht aus kugelförmigen kohlenstoffhaltigen Aggregaten oder Sphäroiden, die bis zu 20 mm im Durchmesser messen können. Diese ähneln Algen und Zysten von Flagellaten und werden weithin als biogen (von lebenden Organismen produziert) angesehen. Die andere Sorte von Mikrofossilien besteht aus kohlenstoffhaltigen, fadenförmigen Fäden, bei denen es sich um gekrümmte, hohle Röhren von bis zu 150 Mikrometern Länge handelt. Höchstwahrscheinlich sind diese Röhren die fossilen Überreste von fadenförmigen Organismen. In manchen Gesteinsschichten wurden Hunderte von ihnen gefunden. Die ältesten Mikrofossilien und möglicherweise die ältesten bekannten Beweise für Leben auf der Erde stammen aus der Apex Hornsteinlagerstätte in Westaustralien. Der Hornstein stammt aus der Zeit vor 3,47 Milliarden Jahren und enthält mindestens fünf Arten von Mikrofossilien. Einige dieser Spezies waren frühe Photosynthesizer, während andere Stoffwechselprozesse hatten, die auf dem Methan-Kreislauf beruhten. Diese Vielfalt deutet darauf hin, dass die ersten Lebensformen viel älter waren als der Hornstein, in dem sie entdeckt wurden, möglicherweise so alt wie 4 Milliarden Jahre. Eine viel jüngere, aber nicht weniger faszinierende Sammlung von Mikrofossilien wurde in den 2,8 Milliarden Jahre alten Goldriffen (Konglomeratbetten mit reichen Goldvorkommen) des Witwatersrand-Beckens in Südafrika gefunden. Diese Schichten sind bemerkenswert, weil sie kohlenstoffhaltige, säulenförmige Mikrofossilien von bis zu 7 mm Länge enthalten, die modernen Algen, Pilzen und Flechten ähneln. Wahrscheinlich extrahierten sie Gold aus ihrer Umgebung in ähnlicher Weise wie moderne Pilze und Flechten.
Stromatolithen sind schichtförmige, kuppelförmige oder säulenförmige Strukturen aus blattartigen Matten, die von Gemeinschaften von Mikroorganismen, insbesondere fadenförmigen Blaualgen, ausgefällt wurden. Die frühen Beispiele aus dem Archaikum bilden Kuppeln mit einer Höhe von etwa 10 cm. Stromatolithen kommen in vielen Grünstein-Granit-Gürteln der Erde vor. Im 2,7 Milliarden Jahre alten Steep Rock Lake-Gürtel in Ontario, Kanada, erreichen sie eine Höhe und einen Durchmesser von 3 Metern. Stromatolithen bildeten sich während der gesamten geologischen Aufzeichnung und wachsen heute in warmen Gezeitengewässern, wie zum Beispiel in der Shark Bay in Westaustralien. Sie liefern den unbestreitbaren Beweis, dass das Leben auf der Erde vor 3,5 Milliarden Jahren mit Hilfe von Algen-Photosynthese in komplexen, integrierten biologischen Gemeinschaften begonnen hat.
Diese archaischen Organismen waren Prokaryoten, die nicht zur Zellteilung fähig waren. Sie waren relativ resistent gegen ultraviolette Strahlung und konnten so in der frühen Erdgeschichte überleben, als die Atmosphäre noch keine Ozonschicht besaß. Die Prokaryoten waren bis vor etwa 1,7 bis 1,9 Milliarden Jahren vorherrschend, dann wurden sie von den Eukaryoten (Organismen mit Zellkern) überholt. Letztere nutzten Sauerstoff für den Stoffwechsel und das Wachstum und entwickelten sich daher in der zunehmend sauerstoffreichen Atmosphäre des frühen Proterozoikums (das Proterozoikum erstreckte sich von vor 2,5 Milliarden bis vor 541 Millionen Jahren) prächtig. Die Eukaryoten waren zur Zellteilung fähig, wodurch die DNA (Desoxyribonukleinsäure), das genetische Codierungsmaterial, an nachfolgende Generationen weitergegeben werden konnte.
Im frühen Proterozoikum vermehrten sich sowohl Mikrofossilien als auch Stromatolithen. Das bekannteste Vorkommen von Mikroorganismen befindet sich in der 2 Milliarden Jahre alten stromatolithentragenden Gunflint-Eisen-Formation im Huronischen Becken im Süden Ontarios. Diese mikrobiellen Fossilien umfassen etwa 30 verschiedene Arten mit kugelförmigen, fadenförmigen und sporenartigen Formen bis zu einem Durchmesser von etwa 20 Mikrometern. Sechzehn Arten in 14 Gattungen sind bisher klassifiziert worden. Mikrofossilien dieser Art sind reichlich vorhanden, enthalten schön erhaltene organische Substanz und sind heutigen Mikroorganismen wie Blaualgen und Mikrobakterien sehr ähnlich. Es gibt vergleichbare Mikrofossilien aus dem frühen Proterozoikum in Minnesota und Michigan in den Vereinigten Staaten, den Belcher-Inseln in der Hudson Bay in Kanada, dem südlichen Grönland, Westaustralien und Nordchina. Diese Mikrobiota lebten zur Zeit des Übergangs in der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, als sich zum ersten Mal Sauerstoff anreicherte.
Im späten Proterozoikum erreichten Stromatolithen ihren Höhepunkt der Entwicklung, wurden weltweit verbreitet und diversifizierten sich zu komplexen, verzweigten Formen. Ab etwa 700 Millionen Jahren begann ihre Zahl jedoch deutlich zu sinken. Möglicherweise fraßen die neu eingetroffenen Metazoen (Vielzeller, deren Zellen in Gewebe und Organe differenziert sind) die Stromatolithen, und ihr üppiges Wachstum zerstörte deren Lebensraum.
Es stellt sich die spannende Frage, wann die sexuelle Teilung bei den Lebensformen auftrat. In den späten 1960er Jahren wies der amerikanische Paläobiologe J. William Schopf darauf hin, dass die reichhaltige Mikroflora der 900 Millionen Jahre alten Bitter-Springs-Formation in Zentralaustralien einige eukaryotische Algen enthält, deren Zellen in verschiedenen Teilungsstadien zu tetraedrischen, sporenähnlichen Formen angeordnet sind. Diese ähneln dem Tetraeder von Sporenzellen lebender Pflanzen, von denen bekannt ist, dass sie sich durch sexuelle Teilung entwickeln. In der Tat waren am Ende des Präkambriums die Bedingungen für die Explosion des Lebens zu Beginn des Phanerozoikums (das sich von vor etwa 541 Millionen Jahren bis heute erstreckt) geschaffen.