生物的进化有一条规律，就是形态级别愈高，进化就愈快。随着寒武纪的来临，生命之火逐渐形成了燎原之势。在广阔的海洋里，不仅生活着细菌、蓝细菌以及单细胞、群体细胞或多细胞植物，生活着单细胞动物和海绵、腔肠动物、蠕虫等多细胞无脊椎动物，而且还生活着体壁由三胚层构成的动物，它们是越来越高等的无脊椎动物，如苔藓动物、腕足动物、软体动物、节肢动物和棘皮动物等。它们有的在水中漂浮，有的固着海底或在海底爬行，生物爆发式繁荣昌盛的局面出现了。时值古生代开始时期。
1999年11月4日，国际着名的科学杂志之一——英国的《自然》杂志发表了一篇由中国学者撰写的，在学术界引起了强烈轰动的研究论文。文章报道了在我国早寒武纪澄江生物群中发现的迄今所知最早的脊椎动物——昆明鱼和海(一)鱼。同期杂志发表了一位法国学者以《逮住第一条鱼》为题的评述：来自中国的这一重大发现表明，“脊椎动物在早寒武世就已经开始了分化”。地球下的第一条鱼被找到了！
澄江县距昆明市63公里。1984年6月，中国科学院南京地质古生物研究所侯先光独自一人来到澄江帽天山进行古生物考察，发现一些保存完好、形状奇特的无脊椎动物化石。随后，侯先光、陈均远等10多位科学家来此，对各化石点进行系统发掘和研究，共采得古生物化石5万多块，有80多个物种，分属40多个门纲。这一发现震惊世界，被称为20世纪最惊人的发现之一。
澄江动物群为什么会引起人们极大的关注，主要原因是澄江动物群不仅门类繁多，保存非常完整，而且科学意义也十分重大。1946年，在澳大利亚距今约6亿年前的前寒武纪晚期地层中，发现了举世闻名的伊迪卡拉生物群化石，主要有水母、海腮和蠕虫类等。1909年，在加拿大距今约5.1亿年前的寒武纪中期地层中发现的布尔吉斯动物群化石，是一些较高等的后生动物，如节肢类、微网虫类、曳鳃类和腔肠类等新的门类。而澄江动物群的发现，使人们认识的化石从原来的20多个门类一下子猛增到40多个门类，轰动世界，澄江帽天山被联合国列为科学遗址。伊迪卡拉生物群和布尔吉斯动物群间隔时间为8500万年，两者之间一直没有过渡类型的化石证据。澄江动物群正好处于这两个化石群中间，承前启后。此外，澄江动物群中的许多种类虽然早已绝灭，但是有很大一部分继续演化至今，构成了现生生物的多样性。也就是说，现代动物的重要门类在澄江动物群中都可以找到它的祖先。
达尔文的进化论是否仍然适用于澄江动物群表现的“生命大爆炸”问题，目前存在分歧意见。一种意见认为，数百万年对于46亿年的地球史来说是短暂的，因此说，地层中出现门类众多的澄江动物群化石是大灾变的结果，并以此对达尔文的学说提出质疑。另一种意见则认为，寒武纪生命大爆炸是一种自然现象，它符合达尔文关于自然选择通过变异遗传，推动生命由低级向高级，由简单向复杂进化的自然规律。只是由于地层中化石记录的不完整性，人们对于“怀胎”的真相至今还没有认识而已。
昆明鱼和海口鱼是我国学者于1998年在昆明滇池附近海口的早寒纪地层中发现的。这两种无颌脊椎动物形态相似，皆呈鱼形，长约3厘米。它们已经有了头的分化，保存了鳃囊构造颌“之”字形的肌节。像盲鳗和棋鳃鳗一样，它们全身裸露，还没有披上外骨骼。这一事实表明现生无颌类还没有外骨骼并不是由于次生退化，而是一种原始特征。现生无颌类仅有盲鳗和七鳃鳗两大类，约50种，但在早古生代的海洋中，它们的数量和种类繁多，是真正的海洋霸主。
“活化石”拉蒂迈鱼
1938年12月22日，在南非小镇东伦敦海港的一条渔船上，一位在当地博物馆工作的年轻女孩拉蒂迈仔细地挑拣着海洋生物标本，突然她眼睛一亮，一个上世纪生物学上最富有传奇色彩的海洋探险故事拉开了序幕。
让拉蒂迈小姐兴奋的是一条全身闪耀着逼人蓝光的怪鱼。与所有现存的鱼类不同，这条鱼身上覆盖着坚硬的鳞片，其肉质肢体状的鱼鳍，很容易让人联想到陆生脊椎动物的四肢。
拉蒂迈把鱼运回了博物馆，请人鉴定，可谁都不认识，博物馆客座鱼类学家史密斯博士又恰巧外出度假。圣诞节前夕的南非天气炎热、潮湿，鱼身美丽的蓝色开始褪成褐色，如何保存这条大约1.5米长的怪鱼成为一个棘手的问题。镇上只有太平间和食物冷冻库具有足以容纳这条大鱼的冷藏设备。
在请求帮助都遭到婉言拒绝后，拉蒂迈找来了少许福尔马林，用它将报纸浸湿后包裹鱼身，以延缓鱼体的变质。
12天之后，拉蒂迈的信终于到了史密斯的手中。透过拉蒂迈所画的粗略素描，史密斯一眼就认出，这是一类生活在远古时代的鱼——空棘鱼，它们在大约6500万年前就同恐龙一起灭绝了，人们对它们的了解也仅限于留在岩石上的片断记录。史密斯简直不敢相信自己的判断，立即拍电报给拉蒂迈，让她精心保管标本。遗憾的是，史密斯担心的最坏情况已经发生了。蓝色的怪鱼已成为一具剥制标本，只保留下来皮肤和内部骨骼，而内部器官与组织都作为垃圾倾入印度洋中去了。
这条鱼后来被命名为拉蒂迈鱼。空棘鱼“起死回生”的故事，很快在全世界掀起波澜，英国《自然》杂志在报道这一发现时，开篇用了古罗马博物学家普林尼的一句话：“非洲总是可以发现新东西。”第一条拉蒂迈鱼是在南非查朗那河河口外捕获的，当地水深约70米。
为了寻找第二条拉蒂迈鱼，史密斯夫妇花费了整整14年时间，走访了非洲东海岸所有的小渔村，并四处悬赏。1952年，又是一个圣诞节前夕，拉蒂迈鱼在科摩罗群岛终于再次现身。为了尽快获得这条鱼，史密斯甚至惊动了当时的南非总理，动用军用直升飞机，最后还差点引起南非与法国间的纠纷，因为科摩罗当时是法国殖民地。以后在科摩罗海域有近200条拉蒂迈鱼被捕获。科摩罗政府赠送给中国4条，分别收藏在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所中国古动物馆、中国科学院水生生物研究所标本馆、上海自然博物馆和北京自然博物馆。
1997年，在距科摩罗有半个地球远的印度尼西亚，拉蒂迈鱼再一次被蜜月旅行中的美国青年尔德曼偶然发现，拉蒂迈鱼的地理分布也成为新的需要解答的谜团。
有关追踪拉蒂迈鱼的故事很多，每一位见过拉蒂迈鱼的人，都会被它深深吸引。是拉蒂迈鱼把我们带回到逝去的年代，告诉我们4亿年前我们的祖先是什么模样，它们在水中是怎样生活的。
大约4.1亿～3.8亿年前，地球上最高等的动物是在水中漫游的肉鳍鱼类，包括人类在内的四足动物就是从这类鱼中演化而来的。肉鳍鱼类与形态各异、种属繁多的辐鳍鱼类，同属于硬骨鱼纲中两个独立的亚纲。肉鳍鱼类虽然直接关系到四足动物的起源，然而现生种类却非常有限。在拉蒂迈鱼被发现之前，我们只知道3种生活在南半球的肺鱼，其他资料都来自化石记录。空棘鱼是肉鳍鱼类中非常保守的一个支系，在演化的历史长河中，它们的体形几乎没有太大的改变。这也是史密斯根据一张草图就能辨认出拉蒂迈鱼是空棘鱼，并称它为“活化石”的原因。
骨鳞鱼
距今约3.5亿年到2.2亿年前的这一段时间里，两栖动物在地球上曾经盛极一时，成为那个时期的统治者。
鱼石螈的发现证明两栖类是由鱼类进化来的。但是到底哪一种鱼才能进化成两栖类呢？
要解决哪些问题，鱼才能离开水到陆地上生活？
鱼石螈出现之前，地球上曾生活过一种非常特殊的鱼——骨鳞鱼，属于总鳍鱼类。它们不仅有外鼻孔，还有一对在口腔内开口的内鼻孔，两者相通。以后出现的陆生脊椎动物也有这样一对内鼻孔，空气由外鼻孔经过嗅囊通过内鼻孔最后进入到肺。内鼻孔的存在说明骨鳞鱼已有肺的结构了，当然它们也具有鳃，所以骨鳞鱼有两套呼吸装置。当它们偶尔将头露出水面时，就用肺进行呼吸。尽管用肺呼吸的机会不多，却为陆生脊椎动物在空气中自由呼吸奠定了基础。骨鳞鱼生活的时代，气候炎热，气温很高。大量生物死亡腐烂后使水质混浊，水域环境恶劣，一些鱼因氧气不足而难以生存。而骨鳞鱼因能够暂时离开水生活，肺得到锻炼，结构更加完善，功能逐渐增强。
骨鳞鱼还有一个特点，即它的偶鳍内部骨骼的排列方式，大致与哺乳类四肢骨骼排列相似。比如胸鳍，肩胛骨下有一块较大的骨头可能与肱骨相当；再往下还有两块骨头又相当于尺骨与桡骨。这种骨骼的排列方式非常有利于把身体支撑起来行动。并且由于腹部不用再贴到地面上，给肺部活动扩大了空间。
此外，骨鳞鱼牙齿的结构和头上骨片的排列方式，以及脊椎的结构等，都与低等陆生四足动物相似，由此看来，骨鳞鱼已具备了登陆的最基本条件。
那么，引导骨鳞鱼登上陆地的因素有哪些呢？美国着名生物学家罗美尔教授认为，正是由于骨鳞鱼想获得更多的水分，反而使它离开了原来的水域环境。
根据这个设想，在3.5亿年前，骨鳞鱼曾经受到极度干旱环境的威胁，于是它们依靠能在空气里进行呼吸的肺，和能用来缓慢爬行的偶鳍，离开原有环境，爬上陆地去寻找新的水域，新的家园。从某种意义上来说，它们成功了，不仅自身的结构逐渐适应了陆地生活环境，还发展进化出今天众多的陆生脊椎动物。鱼石螈就是这个过程中最早最具意义的种类。
戴盔甲的甲胄鱼
脊椎动物虽然在距今5.3亿年的早寒武纪就已出现，但很长一段时间里，这些全身裸露的原始鱼形动物并未得到发展，古海洋中仍然是无脊椎动物的天下。距今4.4亿年的奥陶纪末期，由于大规模的冰川活动，地球上发生了一次生物大灭绝事件。躲过这场浩劫的古鱼类在志留纪时开始了分化，泥盆纪时达到了演化的鼎盛时期。因此，志留纪和泥盆纪被称为“鱼类时代”。
在4.3亿年前的志留纪，最早分化的是甲胄鱼类。这是一些全身披上“甲胄”的古鱼类。当然，这里所说的“甲胄”，并非古代将士戴在头上的头盔和披在身上的金属护身衣，而是一种含钙质成分的骨质甲片。甲胄鱼类属于脊椎动物的最原始类型——无颌类，它们还没有演化出上下颌，没有骨质的中轴骨骼或脊柱，通常靠滤食海洋中的小型生物或微生物为生，有时候可以吮食大型动物的尸体，主动捕食能力非常差。
甲胄鱼类主要包括三个大的演化支系：骨甲鱼类、异甲鱼类和盔甲鱼类。前两个支系分布在欧洲、北美和西伯利亚等地，而盔甲鱼类为中国和越南所特有。盔甲鱼类身长一般不超过30厘米，一块完整的盾状甲包裹着头的背面，并折向腹面形成腹环。眼睛长在头甲的背面或侧面，鼻孔有细长形的、横椭圆形的和心形的，大小不等，但无一例外在头甲的背面口与数目不等的鳃孔则长在头的腹面。有的头甲还“装备”很长的吻突，可以用来进攻、恐吓其他动物，或者用来挖掘水底的淤泥。盔甲鱼类有一个尾鳍，但没有成对的胸鳍或腹鳍。
它们是一种底栖的脊椎动物，生活在滨海或与海相连的河口之中，迁徙能力很差，可以为恢复古地理环境提供重要证据。过去根据古地磁、古生物等证据，曾认为华南与华北两个板块相距十分遥远。但盔甲鱼类的化石记录表明，在大约4亿年前，华南板块(包括越南北方)、塔里木板块和华北板块相互之间已经靠近，它们共同组成了一个华夏早期脊椎动物地理区系。
从无颌类衍生出来的是有颌脊椎动物，包括4个大的类群，即盾皮鱼类、棘鱼类、软骨鱼类和硬骨鱼类。颌的出现是生命史中的一次革命性的事件。由鳃弓演变过来的上下颌提高了鱼类的取食和咀嚼功能，因而增强了它们的生存竞争能力。
以恐鱼为代表的盾皮鱼类也是一种戴盔披甲的鱼类，泥盆纪时曾盛极一时。3.6亿年前的古海洋中，身长10米的恐鱼是一个巨无霸。它的头和躯干的前部都披有厚重的“甲胄”，甲胄长度可达3米。上下颌强壮的骨板，形成了剪刀式的锐利刀刃。凡是被恐鱼捕捉到的其他鱼类，都很难逃脱被吃掉的厄运。
盾皮鱼类笨重的甲胄虽然可起到自我保护作用，但付出了灵活性降低的代价。在生命史中，盾皮鱼类虽成为了泥盆纪古海洋的主宰，但终究是昙花一现，在3.5亿年前泥盆纪结束的时候，与它们的祖先甲胄鱼类一道全部退出了演化的舞台。
棘鱼类是另一类古老的鱼类，长得像黄花鱼，个体也不大，体长不超过30厘米。它的鳍非常特殊，与任何鱼类的鳍都不一样，所有鳍叶的前方都有一根相当强壮的鳍刺，其上还有像雕刻出来的纵向花纹。沿身体的腹侧，在胸鳍和腹鳍之间，还有几对附加的小鳍，同样由鳍刺支持。“棘鱼”的名字也由此而来。棘鱼类始终没有真正发展起来，在4亿年前曾达到其演化的顶峰，之后逐渐衰落，到2.7亿年前的古生代末期全部灭绝。
软骨鱼类和硬骨鱼类是有颌类中获得成功的两个大的支系。软骨鱼类包括各种鲨类和鳐类，中国4.3亿年前的志留纪地层中，曾发现最早的软骨鱼类化石。硬骨鱼类是今天地球上水域的统治者，现在已经到达了它们演化历史的极盛期。现生的脊椎动物大约有5万种，硬骨鱼类中的辐鳍鱼类就占了其中的一半。在鱼类繁盛的泥盆纪，硬骨鱼类还处于演化的早期阶段。这个时期，辐鳍鱼类的化石相对比较少。硬骨鱼类中的另一支——肉鳍鱼类倒是获得了辐射式的发展，并在3.6亿年前演化出了四足动物。
重归海洋的恐龙
2亿多年前的三叠纪，中生代的霸主恐龙刚刚在陆地上诞生之前，那时候称霸地球海洋的已经是形形色色的海生爬行动物了。史前海洋中的爬行动物与现在的不同，不仅种类更为丰富，而且体形巨大，形状怪异。18世纪西方的博物学家首次发现这些“巨兽化石”时，将其称为“海怪”，并做出各种各样古怪的复原。此后，海生爬行动物的化石始终是古生物学中的热点，并强烈地激发了公众的好奇心。
什么是海生爬行动物呢？顾名思义，就是生活在海洋中的爬行动物。它们能在咸水环境中生长、觅食，不经常进入淡水环境，但它们不一定在海洋中繁殖后代。现代海洋中仅有海龟、海蛇及其他少量爬行动物，而在中生代的海洋中则有鱼龙、鳍龙、海龙、沧龙等大名鼎鼎的动物，其中最富盛名的是鱼龙和蛇颈龙。