接下来的重大进化就是真核生物的多细胞化。大约14亿年前，最早的多细胞真核生物出现了，但它只是单细胞群体。直到6亿年前，真核生物在地球上发生了大的适应辐射，从该时期的岩石中，已经能够找到大量的绿藻、红藻和褐藻，带刺的大型真核单细胞浮游藻类（常称为“疑源类”），以及微小的动物和动物胚胎化石。中国扬子地台新元古代陡山沱期生物群就是6亿年前真核生物多细胞化、组织化、性分化和多样性的见证。
大约5.6亿年前，最早的后生动物在前寒武纪晚期的海洋中发生了适应辐射，但后生动物的多样化主要发生在寒武纪早期不到2000万年内，通常称作“寒武纪大爆发”，现代动物主要的门类都形成于这一时期。
在生命史的前30亿年，生命大部分局限于水中，生命由水中向陆地进发是生命史中的又一里程碑事件。大约在4.7亿年前，植物和真菌一起开始登上陆地，4.3亿年前植物维管系统产生，早期陆地生态系统开始建立。陆生植物改变了地球面貌，为陆地上动物的进化创造了契机。
大约在5亿多年前，脊椎动物的基本结构体制已经确立（鱼类起源）；3亿~3.5亿年前，陆地脊椎动物及其适应特征起源和进化，昆虫及其他陆地无脊椎动物起源与进化；在1.4亿~2.1亿年前，被子植物及哺乳动物起源和进化；在200多万年前，形态特征可归入人属的早期人类已经起源。
四、寒武纪生命大爆发
（一）寒武爆发
寒武纪（Camorian）是指在地质时间上约为5.7亿年前至5.05亿年前古生代初期的一段地质时间。绝大多数无脊椎动物门在这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）中，而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象，被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，简称“寒武爆发”。
达尔文在其《物种起源》一书中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用作反对其进化论的有力证据。但他同时解释道，寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先，是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。
然而地质学和古生物学的发展并未如达尔文所料。远征考察接二连三，基础研究突飞猛进，而寒武纪的突然性却随着化石的增加而愈发明显，愈发引人注目。确实，生命的起源年限不断上移，而今已经抵达38亿年前；但是那些全都是单细胞生命，而多细胞生物似乎却顽固地止步于5亿多年前的寒武纪早期附近。
（二）寒武爆发起源
人们一直认为在生命大爆发之前不可能出现高等的后生动物，但埃迪卡拉动物群的发现打破了这一观念，它说明在寒武纪之前，已经有生物在默默地为生命大爆发“做准备”，这就是埃迪卡拉门。埃迪卡拉动物群包含了多种形态奇特的动物化石：身体巨大而扁平，多呈椭圆形或条带形，具有平滑的有机质膜，是人们迄今为止发现的最古老、最原始的化石，也是在太古代地层中发现的最有说服力的生物证据。按德国古生物学家塞拉赫的观点，埃迪卡拉动物群可分为辐射状生长、两极生长和单极生长3种类型。除辐射状生长的类型中可能有与腔肠动物有关系的类群外，其他两类与寒武纪以后出现的生物门类无亲源关系。
尽管有关埃迪卡拉动物群的性质还有许多争议，但其奇怪的形态令许多学者相信，埃迪卡拉动物群是后生动物出现后的第一次适应辐射，它们采取的是不同于现代大多数动物采取的形体结构变化方式，不增加内部结构的复杂性，只改变躯体的基本形态，变得非常薄，成条带状或薄饼状，使体内各部分充分接近外表面，在没有内部器官的情况下进行呼吸和摄取营养，如现代大型寄生动物涤虫。现代大多数动物采取的是保持浑圆或球形的外部形态的同时，进化出复杂的内部器官来扩大相应的表面积（如肺、消化道），从化石上可以看出，这些生物已具有了高度分化的组织和器官，说明它们已不是最原始的类型。它们代表了后生动物出现以后的第一次辐射演化，因此可以认为，埃迪卡拉动物群是在元古宙末期大气氧含量较低的条件下后生动物大规模占领浅海的一次尝试，结果失败了，而导致灭绝。在后来的演化过程中，后生动物采取了第二种方式，使内部的器官向复杂化和物种多样化发展，即生物系统演化。
（第三节）远古的遗迹——化石
现代人研究古代生物，大都是从已经发现的动物化石入手。数以万计的动物化石，带着远古时期留下的印记，向现代人传递着来自远古的生物信息。
一、什么是化石
化石其实就是埋藏在地层中古代生物的遗体或是活动遗迹，包括植物中的生物遗体和活动物、无脊椎动物、脊椎动物等化石及其遗迹化石。它是地球历史的见证，是研究生物起源和进化的科学依据，是研究动植物生活习性、繁殖方式及当时生态环境的实物证据，具有重要的科学价值、美学观赏价值和医学价值。
通过化石研究，科学家逐渐认识遥远的、过去的生物形态、结构、类别，可以推测出亿万年来生物起源、演化、发展的过程，还可以恢复漫长的地质历史时期各个阶段的地球生态环境。
2006年12月，西班牙的考古学家挖掘出了欧洲历史上最大的恐龙化石。他们用出土地区和村落的名字给这个化石命名，叫做“土拉斯奥鲁斯·鲁代文斯”。考古学家们对这个庞然大物作了研究，初步判断出这只恐龙是一个食草类恐龙。它体长将近40米，体重在40~48吨之间，相当于现在7头大象的重量。它的头小、嘴大、脖子和尾巴长，是一种四脚蜥蜴类动物。在美洲和非洲曾发现过类似的巨型恐龙化石，但这次发现的不仅仅是欧洲最大的一个恐龙化石，也是世界上最大的琴龙化石之一。
（贴士）
最古老的生物化石是来自澳大利亚西部，距今约35亿年前的岩石，这些化石类似于现在的蓝藻，它是一些原始的生命，是肉眼看不见的。它的大小只有几个微米，到几十个微米。
二、化石的形成条件
虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的：
（一）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。
（二）如果一个生物的身体部分被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。
（三）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。
三、化石的分类
地层中的化石，从其保存特点看，可大致分为：
（一）实体化石。它指古生物遗体本身几乎全部或部分保存下来的化石。原来的生物在特别适宜的情况下，避开了空气的氧化和细菌的腐蚀，其硬体和软体可以比较完整地保存而无显著的变化。
（二）模铸化石。就是生物遗体在地层或围岩中留下的印模或复铸物。根据它们与围岩的关系可以再次分为五种类型，即印痕化石、印模化石、模核化石、铸型化石和复合模化石。
（三）遗迹化石。它指保留在岩层中的古生物生活活动的痕迹和遗物。遗迹化石中最重要的是足迹，此外还有节肢动物的爬痕、掘穴、钻孔以及生活在滨海地带的舌形贝所构成的潜穴，均可形成遗迹化石。遗物化石方面，往往指动物的排泄物或卵（蛋化石）；各种动物的粪团、粪粒均可形成粪化石。我国白垩纪地层中恐龙蛋世界闻名，过去在山东莱阳地区以及近年来在广东南雄均发现成窝垒叠起来的恐龙蛋化石。
（四）化学化石。古代生物的遗体有的虽被破坏，未保存下来，但组成生物的有机成分经分解后形成的各种有机物如氨基酸、脂肪酸等仍可保留在岩层中，这种视之无形，但却具有一定的化学分子结构，足以证明过去生物的存在的化石称为化学化石。随着近代化学研究的进展，科学技术的提高，古代生物的有机分子（指氨基酸等）可从岩层中分离出来，进行鉴定研究，同时产生了一门新的学科——古生物化学。
（五）特殊的化石。琥珀——古代植物分泌出的大量树脂，其黏性强、浓度大，昆虫或其他生物飞落其上被粘住后，树脂继续外流，昆虫身体就可能被树脂完全包裹起来。这样一来，外界空气无法进入，整个生物没有什么太大的变化就可以很好地保存下来。
（贴士）
美国《科学人》杂志载文指出，中科院南京地质古生物研究所陈均远教授等人在贵州瓮安县一座磷矿中发现的距今5.8亿年的“贵州小春虫”，被科学界认为是迄今最古老的两侧对称动物。这一发现将两侧对称动物化石的记录提前到了寒武纪前4000万年，即距今5.8亿年。
（第四节）远古动物探秘
