第一节 动物界的第一次大发展——海生无脊椎动物时代
最早划定寒武系，是以大量三叶虫突然出现为标志。后来发现在寒武系底部（如云南晋宁梅树村组）或震旦系顶部（如三峡灯影组上部）含有大量个体微小的原始硬壳无脊椎动物化石，如软舌螺、腹足类、腕足类、棱管壳、齿形壳等（统称为小壳动物群），故在国际上决定以地层中开始出现小壳化石的层位作为寒武系的底界。梅树村组（阶）剖面第一化石带有希望作为寒武系与前寒武系界线层型。
寒武纪已发现动物化石2500多种，除脊椎动物外，几乎所有门类都有了。其中最多的是节肢动物中的三叶虫，其数量占生物分类总数的60—70％，故寒武纪又称“三叶虫时代”；其次为腕足类动物，约占20—30％；其他无脊椎动物占10—15％，包括海绵动物、古杯动物、腔肠动物（如珊瑚）、软体动物（如头足类）、环节动物、牙形石、棘皮动物、笔石动物等。因此，早古生代是海生无脊椎动物空前繁盛的时代。
三叶虫是比较高级的节肢动物，种类繁多，形体大小不一，一般长数厘米，大部分游移于浅海底，以其他动物或其尸体为食料。其躯体各部分结构已经分化得很好，可以横分为头、胸、尾三部，又可纵分为中轴和左右肋叶三部分，所以叫三叶虫。头部结构复杂，有一对眼睛；胸部有若干个胸节；尾部也有各种形状。头胸尾三部都有多节的附肢。我国已经描述过的三叶虫有1200多种。其中有些是很好的标准化石。莱氏虫（
1）、德氏虫（2）、蝙蝠虫（3）等都是。三叶虫以寒武纪为最盛，到古生代末就完全绝灭了。腕足类是具有两片硬壳的浅海底栖动物，两壳一大一小，但每一片壳是左右对称的。这种动物多数可以从两壳后端伸出一条肉茎，用以插入泥沙，固着海底生活。腕足类在整个古生代都很繁盛，扬子贝是中奥陶世的标准化石，但以志留纪为最盛，是腕足类的“壮年时代”，到中生代以后就衰落了，目前海洋中只剩下不多的种属。笔石是已经绝灭了的小型群体海生动物，开始出现于中寒武世，特别繁盛于奥陶纪和志留纪，演化很快，形体多种多样，是很好的标准化石。这种化石多保存在页岩特别是黑色页岩里，很像是笔迹，因此叫笔石。珊瑚是生活于温暖、清澈浅海中的一类腔肠动物，单体或群体，可以分泌灰质形成体内隔壁及外壳等硬体，种类很多。中国南方志留系中常有由蜂房珊瑚和链珊瑚构成的珊瑚礁灰岩。头足类是软体动物中构造最复杂的一类，头上生有许多触手，和现在的乌贼属于同类，可以在海中漂游，但是早古生代的头足类具有一个锥形外壳，壳内分成许多房室，外形像牛角，故称角石。如中国北方的珠角石、南方的直角石都是中奥陶世的标准化石。牙形石又名牙形刺，形体微小，外形很像虫牙，由磷酸钙2组成。形状呈直单锥刺状或弯曲单锥刺状，一般小于1mm，最大约5mm。其分类位置有多种说法。但从寒武纪至三叠纪，分布于世界各地海相地层中，演化迅速，成为地层划分和对比的重要微化石。
从奥陶纪开始，主要是志留纪，出现了淡水原始的鱼类无颌类，属于脊椎动物，说明一个新的时代即将来临。在植物界方面，寒武、奥陶纪都是以海生藻类为主，到了志留纪，已出现半陆生的裸蕨植物，也意味着即将进入一个新的时代。
人们很早注意到，从寒武纪一开始生物界便呈现爆发性增长的形势，称其为寒武纪生命“大爆炸”。1984年，中科院南京地质古生物研究所的科研人员在云南省澄江县发现5.3亿年前（相当早寒武世）的动物化石群，包括节肢类、脊索类、叶足类、腕足类等40多门类的80多种动物，引起国内外科学家的重视，认为这是地球生命演化史上的重大事件，是目前世界上能了解寒武纪生命“大爆炸”呈生命多样性的窗口和有力佐证。自然界的生命和发展过程，也和万事万物一样，既包含有缓慢的进化，也包含有迅速的飞跃。生物界在寒武纪以前，还是低级的原始的（单细胞的菌类、藻类等极低等生物），分布面积不广，分布密度也不大，特别是还未形成硬体，很难保存成为化石。寒武纪以前的漫长时代，是生物孕育、萌芽和发展的初期阶段，这种长期缓慢演化，为生物本身准备了质变的飞跃和大量繁殖的条件，因而一到寒武纪，在适宜的外界条件（如海水温度、成分、营养物质等）促使下，自然界的生命之火，即成燎原之势，出现动物界从软躯体到硬躯体、从单样性到多样性的飞跃和第一次大发展，并奠定了现代生命存在形式的基本框架。