Les bactéries n’ont ni squelette ni carapace durs. Si des fossiles de bactéries existaient, comment seraient-ils formés ? Les bactéries sont si petites que, même si elles devenaient fossiles, comment pourraient-elles être trouvées ? En fait, les bactéries peuvent effectivement être fossilisées. Il existe un groupe particulier d’êtres vivants dans la nature, appelés cyanobactéries, qui sont l’un des premiers organismes apparus sur Terre. Les scientifiques ont découvert des fossiles ressemblant à des cyanobactéries dans des strates géologiques vieilles de 3,5 milliards d’années. Les cyanobactéries sont plus grandes que la plupart des bactéries et peuvent sécréter une mince paroi cellulaire. Plus important encore, elles sont capables de former de grandes structures en couches, appelées stromatolites. Ces structures sont des dépôts biologiques formés par des micro-organismes principalement des cyanobactéries au cours de leur croissance et de leur métabolisme, en adhérant et en précipitant des sels inorganiques ou en capturant des particules minérales. Si l’on moud ces stromatolites en fines tranches, on peut y découvrir des fossiles bien conservés de cyanobactéries et d’algues. En Chine, dans la région de Zhangjiakou, entre Xuanhua et Chicheng, dans la province du Hebei, des strates géologiques datant de la fin de l’Archéen, il y a 1,8 milliard d’années, contiennent de grandes quantités de minerai de fer, qui constituent la majeure partie du gisement de fer de Xuandong. Dans le minerai de fer de Xuandong et les minerais de fer associés aux stromatolites, six genres de fossiles de cyanobactéries ont été découverts.
En dehors des cyanobactéries, le nombre de fossiles de bactéries est limité. Dans des conditions chimiques particulières, après que les cellules bactériennes ont été remplacées par des sels inorganiques, elles forment des répliques de cellules vivantes ou des pseudocristaux. Certaines bactéries peuvent sécréter une enveloppe en fer et parfois aussi devenir fossiles. D’autres bactéries peuvent pénétrer dans les coquilles d’animaux ou dans les roches, formant de minuscules tubes à l’intérieur de ces coquilles ou de ces roches, permettant ainsi de les étudier indirectement en analysant ces tubes dans les fossiles de coquilles d’animaux de différentes époques. De plus, l’ambre conserve souvent de nombreux fossiles de bactéries magnifiquement préservés, et certaines bactéries peuvent même survivre après des centaines de millions d’années. Des bactéries pathogènes ont également été découvertes dans les fossiles d’os d’animaux, montrant que ces animaux avaient souffert de maladies causées par des bactéries pendant leur vie. Le fossile de bactérie le plus étonnant est peut-être le magnétospirillum, qui peut former des cristaux d’hématite de taille nanométrique à l’intérieur de ses cellules. Les cristaux d’hématite produits par cette bactérie peuvent être distingués dans des roches anciennes datant de 2 milliards d’années et mesurant quelques micromètres, ce qui en fait peut-être les plus petits fossiles jamais découverts.