太古宙

太古宙时期的地球是一个海洋的世界。绿色的海水比洗澡水还烫，有毒的气体弥漫在大气中，地表温度也非常高。微生物蓬勃发展，释放出了第一批氧气，而复杂生命的出现还要再等几十亿年。

在最初的15亿年里，地球上的生存环境依然十分恶劣。虽然我们能找到距今40亿～25亿年的太古宙地层，但由于在漫长的岁月中像毛巾一样被反复加热、折叠，这些岩石往往严重变质了。第一批地块形成于太古宙，它们的碎片至今仍散落在地球上。板块构造已经开始，这些大陆的模样和今天的完全不同。由于地核的热量不断上升，当时的火山喷发比现在更频繁，火山喷发造就的岛弧漂流、汇聚，最终形成了第一批地块。

太古宙时期的原始大陆被滚烫的暗绿色海洋包围，这种奇特的颜色源自水中丰富的铁离子。起初，温度高达85℃的海水几乎遍布整个地球，在接下来的20亿年里，海水逐渐冷却下来。空气温度比冥古宙时期要低，大气中充满了对大多数生命有害的甲烷、氨和二氧化碳。这些气体引发了温室效应，烘烤着整个地球。一天只有12个小时，太阳的亮度只有现在的75%。然而，这个奇异的星球却是生命的摇篮、微生物的沃土。在太古宙末期，第一批氧气渗透到了大气中，这就是地球历史上的“大氧化事件”（Great Oxygenation Event，GOE）发生的契机。

生命，远超我们的认知

早期微生物的化石大多藏在岩石里，这些岩石是在温暖的浅水环境中形成的。在许多看似不可能存在生命的地方，科学家也发现了生命的痕迹。

例如，科学家在一块37亿年前的岩石中发现了一些管状结构，它们有可能是生活在海底热液喷口附近的微生物遗骸。这些喷口如今仍然存在，它们在海水涌出火山加热过的岩石时形成，整体呈塔状，通常位于构造板块边缘或地壳中的热点附近。海底没有阳光，溶解在水中的化学物质维持着一条由微生物、蛤蜊、虾和管虫组成的小而复杂的食物链。这个过程被称为化能营养（chemotrophy），“chemotrophy”一词来自希腊语，意思是化能自养。

光合作用开始了

最早进行光合作用的生命是在太古宙开始进化的，它们都是简单的原核生物，比如细菌和古细菌这类没有核膜包裹着细胞核的生物。出现较晚的真核生物细胞结构更复杂，其细胞核被一层核膜包裹着，复杂的动物、植物、真菌和原生生物都是由真核细胞进化而来。

最初的原核生物很可能以溶解在水中的化学物质为食，后来，一些原核生物将太阳光作为其新陈代谢的燃料，并释放出氧气。在向大气输送氧气这种赋予地球生机的气体方面，叠层石中的蓝细菌发挥了重要作用。大约10亿年后，氧气水平才上升到足以推动复杂生物进化的程度。

生命的薄层

地球上一些最古老的生命模式被记录为叠层石。叠层石虽然看起来像没有生命的岩石，但其表面曾经布满了数以百万计的蓝细菌，后者的能量来自太阳。叠层石呈柱状、穹状或锥状，长度可以超过1米，但只有表面分布着生物。叠层石的形状取决于其表面沉积的物质，这些物质由蓝细菌分泌的黏液黏合在一起，硬化后形成碳酸钙，形成像洋葱皮一样一层层的结构。这些生命之层藏在曾是宽阔浅海的地层中，代表地球上最古老的生物之一。

有些叠层石的结构是通过非生物过程形成的，比如通过海水中的碳酸盐沉淀。在化石记录中，生物叠层石和非生物叠层石很难区分，有些叠层石的结构十分复杂，其形成过程离不开生物的帮助。在太古宙和元古宙，叠层石很常见，但随着复杂生命不断进化，越来越多的复杂生命以叠层石上的微生物群落为食，叠层石的数量便随之减少。如今，叠层石主要存在于极咸（高盐）环境中，如澳大利亚的鲨鱼湾，这样的环境能使叠层石上的微生物群落免遭动物捕食。