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科学家曾在35亿年前的古老地层中发现了类似蓝细菌的化石。蓝细菌比大部分细菌都大，能够分泌一层薄薄的细胞壁。最重要的是，蓝细菌能够形成大的层状结构，这种结构被称为叠层石。如果将这种叠层石磨成薄薄的片，在其中可能发现保存精细的蓝细菌和藻类化石。
细菌真的能保存为化石。自然界里有一个特别的生命类群，被称为蓝细菌，是地球上最早的生物之一。科学家曾在35亿年前的古老地层中发现了类似蓝细菌的化石。蓝细菌比大部分细菌都大，能够分泌一层薄薄的细胞壁。最重要的是，蓝细菌能够形成大的层状结构，这种结构被称为叠层石。叠层石是以蓝细菌为主的微生物在生长和新陈代谢活动过程中，附和沉淀无机盐或捕获矿物颗粒而形成的一种生物沉积构造。如果将这种叠层石磨成薄薄的片，在其中可能发现保存精细的蓝细菌和藻类化石。在中国河北张家口宣化至赤城一线，18亿年前的早元古代晚期的地层中含有大量的铁矿石，它们构成了宣龙铁矿的主体。在宣龙铁矿的铁矿石和伴生的叠层石铁矿石中，就曾发现了6个属的化石蓝细菌。
除了蓝细菌以外，化石细菌的数量并不多。在特定的化学条件下，细菌细胞被无机盐取代后，形成活细胞的复制品或者假晶。一些细菌能够分泌铁质的外鞘，有时也能形成化石。有些细菌可以钻入动物的外壳或岩石中，在壳内或岩石中形成微小的管道，因此可以通过分析不同时期动物外壳化石的这些管道间接认识它们。另外，琥珀中通常能保存大量精美的细菌，有些细菌甚至经过亿万年之后还能存活。在一些动物骨骼化石中也可发现引发疾病的细菌，说明这些动物活着的时候曾遭受过细菌带来的病痛。最令人惊奇的化石细菌可能是磁杆菌，这类细菌能够在细胞内形成纳米大小的磁铁矿晶体。在20亿年前的古老岩石中可分辨出该细菌产生的磁铁矿晶体，其大小为几个微米，这可能是最小的化石了。
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