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大约6亿年前，寒武纪开始，绝大多数无脊椎动物门在几百万年的很短时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等)，在寒武纪之前更为古老的地层中却从来没被发现，古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”。 寒武纪-奥陶纪灭绝事件是约于4.88亿年前，第一次发生了生物集群灭绝事件。当时消灭了很多腕足动物门、牙形石等物种，在地球上约49%的属种都在这次事件中消失。

志留纪末期，陆生植物中的裸蕨植物首次出现，植物终于从水中
开始向陆地发展，这是生物演化的又一重大事件。

泥盆纪-距今约3.65万年前的泥盆纪后期，
也称第二次生物大灭绝，
是地球史上第四大的物种灭绝事件，海洋生物遭到重创。

石炭纪使陆生生物飞跃发展，海生无脊椎动物也有所更新。蜓类是石炭纪海生无脊椎动物中最重要的类群，腕足动物数量很多， 头足类则以菊石迅速发展为主。

在石炭纪晚期，脊椎动物演化史出现一次飞跃，从此摆脱了对水的依赖，以适应更加广阔的生态领域，以北美宾夕法尼亚早期地层中的林蜥为代表。生活在陆上的昆虫，如蟑螂类和蜻蜓类，是石炭纪突然崛起的一类陆生动物，其中有些蜻蜓个体巨大，两翅张开大者可达70cm。

陆生脊椎动物进一步繁盛，两栖动物占到了统治地位。早石炭纪一开始，两栖动物蓬勃发展，主要出现了坚头类（也称迷齿类），同时繁盛的还有壳椎类




距今约2.5亿年前的二叠纪末期，发生了有史以来最严重的大灭绝事件，估计地球上有96%的物种灭绝，其中90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失。陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也灭绝了。 这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失。

三叠纪与侏罗纪之间，这次灭绝事件的影响程度遍及陆地与海洋。在海洋生物中，有20%的科消失；许多大型镶嵌踝类主龙、大部分兽孔目、以及许多大型两栖动物也灭亡，当时至少50%的物种消失。

侏罗纪界于三叠纪和白垩纪之间，约1.99亿年前到1.46亿年前。恐龙成为陆地的统治者，翼龙类和鸟类出现，哺乳动物开始发展等等。陆生的裸子植物发展到极盛期。淡水无脊椎动物的双壳类、腹足类、叶肢介、介形虫及昆虫迅速发展,棘皮动物的海胆开始占据了重要地位。

白垩纪是地质年代中最严重的大规模灭绝事件之一，包含恐龙在内的大部分物种灭亡。称霸了地球近1亿多年的恐龙时代结束了。

第三纪距今约0.35亿年,生物景观上增加了多样性，被子植物、哺乳动物、鸟类、真骨鱼类、双壳类、腹足类、有孔虫等生物大量出现，这也标志着“现代生物时代”的来临，78万年前开始出现猿人至今。