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“志留纪（约4.43亿年前——4.19亿年前）早期到处形成海侵，中期海侵达到顶峰。
志留纪晚期，地壳运动强烈，古大西洋闭合，一些板块间发生碰撞，导致一些地槽褶皱升起，陆地开始从海中显著提升，大陆面积显著扩大。
志留纪晚期，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，这是生物演化的重大事件。此前生物都生存在水中，但是奥陶纪和志留纪早、中期海侵时，海水裹胁着大量海洋生物淹没了大片陆地。当志留纪晚期陆地抬升、海侵消退时，大量海洋生物无法退回到海洋，被遗弃在了陆地上。这些生物大部分死亡，仅其中小部分存活了下来，它们发展成为后来的陆生生物。出现了由水生向陆生过渡的植物类型原始裸蕨植物（由绿藻进化而来）。
志留纪出现了有颌的盾皮鱼类和棘鱼类。无颌类在志留纪虽然很繁盛。但因为无颌，生活方式落后，仅能以流入口内的水中夹杂的食物为食，所以在生存斗争中，它们敌不过新兴的有颌鱼类而日趋衰落了。这在脊椎动物的演化上是一重大事件，鱼类开始征服水域，为泥盆纪鱼类大发展创造了条件。
泥盆纪（约4.19亿年前——3.59亿年前）北方古大陆是温暖的，远至现在的北极地区都处于温带气候。
泥盆纪早期出现了石松类植物，多为形态简单、个体不大的草本类型。泥盆纪中期出现原始的楔叶植物、最原始的真蕨植物、苔藓植物。泥盆纪晚期出现了新的真蕨类、种子蕨类以及原始裸子植物；裸蕨植物濒于灭亡。
无脊椎动物中以腕足类、四射珊瑚、竹节石类、牙形石、棱菊石类、海神石类为主；鹦鹉螺类大大减少；单笔石类大部分绝灭，仅残存少量单笔石科的代表。
泥盆纪鱼类相当繁盛，各种类别的鱼都有出现，被称为“鱼类的时代”。
泥盆纪晚期出现了昆虫。其祖先生活在水中。同时也是环形动物、钩足动物的共同祖先。在泥盆纪末期，出现了有翅昆虫。
两栖动物出现在泥盆纪晚期。两栖动物由鱼类进化而来，既能活跃在陆地上，又能游动于水中，不能一生离水。
约3.65亿年前的泥盆纪末期再次发生生物灭绝事件，其间历经两个高峰，中间间隔100万年，海洋生物遭到重创。这次灭绝事件的时间范围较宽，规模较大，受影响的门类也多。
海洋生物遭到重创，灭绝的海生动物达70多科，82%的海洋物种灭绝，比陆生生物更为严重。灭绝的科占当时科总数的30%，
此次大灭绝中受影响最大的是那些生活在暖水中的物种。
当时浅海的珊瑚几乎全部灭绝，当时赤道浅水水域的珊瑚礁则是全部灭绝，深海珊瑚也部分灭绝，层孔虫几乎全部消失，竹节石全部灭亡，浮游植物的灭绝率也达90%以上，腕足动物中有三大类灭绝，无颌鱼及所有的盾皮鱼类受到严重影响。
陆生植物以及淡水物种，也受到影响。其原因也是地球气候变冷和海洋退却，这次仍然是冰期造成的南极（冈瓦纳大陆）冰盖扩大，同时浅海区域的氧气含量也下降了，有可能是板块漂移，使得露出的浅层大陆架释放的有机质释放入水中，极大地消耗了水中的氧气，同时释放了大量的热量而使得浅海中的水温迅速升高，超出了海洋生物能够承受的极限。
这种情况下损失最大的正好是原本的暖水区域，因为原本这里就处于地球上温度最高的部分，再加热，就严重破坏了生态平衡。而陆地上的特种虽然有影响，但是影响有限。
石炭纪（约3.59亿年前——2.99亿年前）
之前形成的冈瓦纳古陆刚刚成型，就不断地受到海侵的影响，直到石炭纪早期，才形成具统一地史特征的冈瓦纳古陆，它包括今南美洲、非洲、澳大利亚、南极洲以及印度半岛和阿拉伯半岛，还包括中南欧和中国的喜马拉雅山等地区。统一的冈瓦纳古陆与北边的劳亚古陆之间为西窄东宽、形如喇叭口的古特提斯洋所分隔。
石炭纪气候分异现象十分明显，北方劳亚古陆气候温暖湿润，陆地上出现了众多沼泽和湖泊。冈瓦纳古陆为南极区域，成为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。
无脊椎动物以珊瑚、腕足类、菊石类为主；三叶虫大部分绝灭，只剩下几个属种；出现了新兴的筳类。
两栖动物达到极盛，被称为两栖动物时代（包括石炭纪和随后的二叠纪）。石炭纪晚期，冈瓦纳古陆内部出现差异升降，形成陆内裂谷。
石炭纪晚期劳亚古陆植物在温暖湿润的气候下进一步发展。蕨类植物（孢子植物，喜水）因而迅速填满大地，形成了最原始的森林。这样即有植物又有水的环境为植食性的昆虫提供了生存繁衍的最佳良机。
昆虫类进一步发展。在生存竞争中，昆虫开始向着体形小、食量少、繁殖力强的方向进化。
爬行动物最早出现于石炭纪晚期的沼泽森林。爬行动物属于四足总纲的羊膜动物，是对蜥形纲及合弓纲除鸟类及哺乳类以外所有物种的通称。由于它的胚胎在产于陆地上的羊膜卵中发育，使其繁殖和发育摆脱了对外界水环境的依赖，是真正的陆生脊椎动物。这与两栖动物是截然不同的。
爬行动物分为无孔亚纲、下孔亚纲、调孔亚纲、鳞龙下纲和初龙下纲。下孔亚纲分为盘龙目和兽孔目。
无孔亚纲中的杯龙是现在所有爬行动物的祖先。
下孔亚纲也被称为似哺乳爬行动物，包含羊膜动物中所有与哺乳类关系较近的物种，分为盘龙目和兽孔目，是第一群有不同牙齿的四足动物，这些不同牙齿包括犬齿、臼齿、以及门齿。
盘龙目：早期的似哺乳爬行动物，是出现于石炭纪晚期的第一批爬行动物之一。
盘龙目的始祖单弓兽是最早的下孔亚纲类动物。盘龙目是第一批在地球陆地上占据优势地位的羊膜动物，它们在石炭纪晚期占据主要地位。盘龙目体积庞大、四肢成躺卧状态、冷血、大脑很小。它们是那个时代陆地上最大的动物，可达3米长。
石炭纪末期发生了小冰河时期。南方的冈瓦纳古陆为当时的南极，冰期发生时，冰盖大面积延伸。冰期使得北方劳亚古陆原本温暖湿润的气候变得干冷起来。喜欢温暖湿润气候的蕨类植物数量大大减少，而裸子植物（种子繁殖）发展较快，这为爬行动物的发展提供了食物来源。所以爬行动物和裸子植物能够在劳亚古陆迅速发展，因为它们都是真正摆脱了水的影响的新一代动植物。
下一章介绍二叠纪！