Microfósseis e estromatólitos
Os microfósseis ocorrem em cerejas e xistos e são de duas variedades. Um tipo consiste em agregados carbonados esféricos, ou esferoides, que podem medir até 20 mm (0,8 polegadas) de diâmetro. Estes assemelham-se a algas e quistos de flagelados e são amplamente considerados como biogénicos (produzidos por organismos vivos). A outra variedade de microfósseis é constituída por fios filamentosos carbonáceos, que são tubos ocos curvos de até 150 micrómetros (0,006 polegadas) de comprimento. Muito provavelmente, estes tubos são os restos fósseis de organismos filamentosos. Centenas deles foram encontrados em algumas camadas rochosas. Os microfósseis mais antigos, e possivelmente a mais antiga evidência conhecida de vida na Terra, provêm do depósito de inertes de Apex na Austrália Ocidental. O cerne data de há 3,47 mil milhões de anos e contém pelo menos cinco espécies de microfósseis. Algumas destas espécies eram primeiros fotossintetizadores, enquanto outras tinham processos metabólicos que dependiam da ciclagem do metano. Esta diversidade sugere que as primeiras formas de vida eram muito mais antigas do que o inerte em que foram descobertas, possivelmente com uma idade de 4 mil milhões de anos. Uma colecção muito mais jovem, mas não menos fascinante, de microfósseis ocorreu nos recifes de ouro de 2,8 mil milhões de anos (leitos de conglomerado com ricos depósitos de ouro) da bacia de Witwatersrand na África do Sul. Estes leitos são notáveis porque contêm microfósseis colunares carbonáceos de até 7 mm (ligeiramente menos de 0,3 polegadas) de comprimento que se assemelham a algas modernas, fungos e líquenes. Provavelmente extraíram ouro do seu ambiente da mesma forma que os modernos fungos e líquenes.
Estrromatólitos são estruturas estratiformes, dominais, ou colunares feitas de esteiras em forma de folha precipitadas por comunidades de microrganismos, particularmente algas filamentosas azuis-esverdeadas. Os primeiros exemplos Arqueanos formam cúpulas com uma altura de cerca de 10 cm (4 polegadas). Os estromatólitos ocorrem em muitas das cinturas de granito verde-esverdeado do mundo. Na faixa de 2,7 mil milhões de anos da Steep Rock Lake em Ontário, Canadá, atingem 3 metros (9 pés) de altura e diâmetro. Os estromatólitos continuaram a formar todo o percurso através do registo geológico e hoje crescem em águas intertidais quentes, como exemplificado pelos de Shark Bay na Austrália Ocidental. Eles fornecem provas indiscutíveis de que a vida tinha começado na Terra utilizando a fotossíntese de algas em comunidades biológicas complexas e integradas há 3,5 mil milhões de anos.
Estes organismos Arqueanos eram procariotas incapazes de divisão celular. Eram relativamente resistentes à radiação ultravioleta e, portanto, capazes de sobreviver durante a história inicial da Terra, quando a atmosfera não possuía uma camada de ozono. Os procariotas foram predominantes até cerca de 1,7 a 1,9 mil milhões de anos atrás, quando foram ultrapassados pelos eucariotas (organismos que possuíam células nucleadas). Estes últimos fizeram uso de oxigénio no metabolismo e para o crescimento e assim desenvolveram-se profusamente na atmosfera cada vez mais rica em oxigénio do Proterozóico primitivo (o Eon Proterozóico estendeu-se de 2,5 mil milhões para 541 milhões de anos atrás). Os eucariotas eram capazes de divisão celular, o que permitiu que o ADN (ácido desoxirribonucleico), o material de codificação genética, fosse transmitido às gerações seguintes.
Por um período inicial do Proterozóico tanto os microfósseis como os estromatólitos tinham proliferado. A ocorrência mais conhecida de microrganismos é na formação de ferro Gunflint com 2 biliões de anos de idade com estromatólitos na Bacia Huroniana do sul do Ontário. Estes fósseis microbianos incluem cerca de 30 tipos diferentes com formas esferoidais, filamentosas, e esporádicas até cerca de 20 micrómetros (0,0008 polegadas) de diâmetro. Dezasseis espécies em 14 géneros foram classificadas até à data. Microfósseis deste tipo são abundantes, contêm matéria orgânica maravilhosamente preservada, e são extremamente semelhantes aos microrganismos actuais como as algas azul-verde e as microbactérias. Existem microfósseis comparáveis dos primeiros Proterozóicos em Minnesota e Michigan nos Estados Unidos, nas Ilhas Belcher em Hudson Bay no Canadá, no sul da Gronelândia, na Austrália Ocidental, e no norte da China. Estas microbiota viveram na altura da transição na composição química da atmosfera quando o oxigénio começou a acumular-se pela primeira vez.
Durante o Proterozóico tardio, os estromatólitos atingiram o seu pico de desenvolvimento, tornaram-se distribuídos em todo o mundo, e diversificados em formas complexas e ramificadas. A partir de cerca de 700 milhões de anos atrás, contudo, começaram a diminuir significativamente em número. Possivelmente os metazoários recém-chegados (organismos multicelulares cujas células são diferenciadas em tecidos e órgãos) comeram as algas estromatolíticas, e o seu crescimento profuso destruiu os habitats destes últimos.
Há a intrigante questão de quando surgiu a divisão sexual em formas de vida. No final da década de 1960, o paleobiólogo americano J. William Schopf salientou que a abundante microflora das Bitter Springs Formation de 900 milhões de anos da Austrália Central inclui algumas algas eucarióticas que têm células em várias fases de divisão dispostas em formas esporádicas tetraédricas. Estas assemelham-se ao tétrade de células de esporos de plantas vivas conhecidas por se desenvolverem por divisão sexual. Com efeito, no final do Pré-Cambriano foram criadas as condições para a explosão da vida no início do Éon Fanerozóico (que se estende de cerca de 541 milhões de anos atrás até ao presente).