Microfossielen en stromatolieten
De microfossielen komen voor in leisteen en schalie en zijn van twee soorten. Het ene type bestaat uit bolvormige koolstofhoudende aggregaten, of sferoïden, die tot 20 mm (0,8 inch) in diameter kunnen zijn. Deze lijken op algen en cysten van flagellaten en worden algemeen beschouwd als biogeen (geproduceerd door levende organismen). De andere soort microfossielen bestaat uit koolstofhoudende filamenteuze draden, die holle, gebogen buisjes zijn met een lengte tot 150 micrometer. Waarschijnlijk zijn deze buisjes de fossiele resten van filamenteuze organismen. In sommige gesteentelagen zijn er honderden van gevonden. De oudste microfossielen, en mogelijk de oudste bekende bewijzen van leven op aarde, komen uit de Apex chert-afzetting in West-Australië. De chert dateert van 3,47 miljard jaar geleden en bevat ten minste vijf soorten microfossielen. Sommige van deze soorten waren vroege fotosynthesizers, terwijl andere metabolische processen hadden die afhankelijk waren van methaancycli. Een dergelijke diversiteit suggereert dat de eerste levensvormen veel ouder waren dan de chert waarin ze werden ontdekt, mogelijk zelfs 4 miljard jaar. Een veel jongere, maar daarom niet minder fascinerende verzameling microfossielen is te vinden in de 2,8 miljard jaar oude goudriffen (conglomeraatbedden met rijke goudafzettingen) van het Witwatersrandbekken in Zuid-Afrika. Deze beddingen zijn opmerkelijk omdat zij koolstofhoudende zuilvormige microfossielen bevatten die tot 7 mm lang kunnen zijn en die lijken op moderne algen, schimmels en korstmossen. Waarschijnlijk onttrokken zij goud aan hun omgeving op vrijwel dezelfde wijze als moderne schimmels en korstmossen dat doen.
Stromatolieten zijn stratiforme, koepelvormige of zuilvormige structuren die bestaan uit bladvormige matten die zijn neergeslagen door gemeenschappen van micro-organismen, met name draadvormige blauwgroene algen. De vroege Archeaanse voorbeelden vormen koepels met een hoogte van ongeveer 10 cm. Stromatolieten komen voor in veel van de groensteen-granietgordels in de wereld. In de 2,7 miljard jaar oude Steep Rock Lake-gordel in Ontario, Canada, bereiken zij een hoogte en een diameter van 3 meter. Stromatolieten bleven zich gedurende de hele geologische geschiedenis vormen en groeien vandaag de dag in warme getijdenwateren, zoals die van Shark Bay in West-Australië. Zij leveren het onweerlegbare bewijs dat 3,5 miljard jaar geleden op aarde leven is ontstaan door fotosynthese van algen in complexe, geïntegreerde biologische gemeenschappen.
De organismen uit de oertijd waren prokaryoten die niet in staat waren tot celdeling. Zij waren relatief resistent tegen ultraviolette straling en konden dus overleven tijdens de vroege geschiedenis van de Aarde toen de atmosfeer nog geen ozonlaag had. De prokaryoten hadden de overhand tot ongeveer 1,7 miljard tot 1,9 miljard jaar geleden, toen zij werden ingehaald door de eukaryoten (organismen die cellen met kernen bezitten). Deze laatste maakten gebruik van zuurstof bij de stofwisseling en de groei en ontwikkelden zich dan ook in groten getale in de steeds zuurstofrijker wordende atmosfeer van het vroege Proterozoïcum (het Proterozoïcum duurde van 2,5 miljard tot 541 miljoen jaar geleden). De eukaryoten waren in staat tot celdeling, waardoor DNA (desoxyribonucleïnezuur), het genetische coderingsmateriaal, aan opeenvolgende generaties kon worden doorgegeven.
Tegen het begin van het Proterozoïcum hadden zowel microfossielen als stromatolieten een hoge vlucht genomen. De bekendste vindplaats van micro-organismen bevindt zich in de 2 miljard jaar oude stromatoliethoudende ijzervorming Gunflint in het Huronian-bekken in Zuid-Ontario. Deze microbiële fossielen omvatten zo’n 30 verschillende soorten met sferoïdale, filamenteuze en sporelachtige vormen met een doorsnede tot ongeveer 20 micrometer. Tot dusver zijn er 16 soorten in 14 geslachten geclassificeerd. Dergelijke microfossielen zijn overvloedig aanwezig, bevatten prachtig bewaard gebleven organisch materiaal, en vertonen grote gelijkenis met hedendaagse micro-organismen als blauwalgen en microbacteriën. Er zijn vergelijkbare microfossielen uit het vroege Proterozoïcum in Minnesota en Michigan in de Verenigde Staten, de Belcher-eilanden in de Hudson-baai in Canada, Zuid-Groenland, West-Australië, en Noord-China. Deze microbiota leefden ten tijde van de overgang in de chemische samenstelling van de atmosfeer, toen zuurstof zich voor het eerst begon op te hopen.
Tijdens het late Proterozoïcum bereikten stromatolieten hun hoogtepunt van ontwikkeling, raakten wereldwijd verspreid, en diversifieerden zich in complexe, vertakkende vormen. Vanaf ongeveer 700 miljoen jaar geleden begon hun aantal echter sterk af te nemen. Mogelijk aten de nieuw aangekomen metazoöten (meercellige organismen waarvan de cellen zijn gedifferentieerd in weefsels en organen) de stromatolieten op, en vernietigde hun overvloedige groei de leefgebieden van de laatstgenoemden.
Er is de intrigerende vraag wanneer de seksuele deling in levensvormen ontstond. Aan het eind van de zestiger jaren wees de Amerikaanse paleobioloog J. William Schopf erop dat de overvloedige microflora van de 900 miljoen jaar oude Bitter Springs Formatie van centraal Australië enkele eukaryotische algen bevat waarvan de cellen in verschillende stadia van deling zijn gerangschikt in tetrahedrale sporachtige vormen. Deze lijken op de tetraderale sporencellen van levende planten waarvan bekend is dat zij zich door seksuele deling ontwikkelen. Aan het eind van het Precambrium waren de voorwaarden in feite geschapen voor de explosie van leven aan het begin van het Fanerozoïcum (dat zich uitstrekt van ongeveer 541 miljoen jaar geleden tot heden).