Invertebrats fòssils
Les restes de teixit nerviós es troben rarament preservades en artròpodes fòssils, particularment en les formes més arcaiques, com ara les que daten del principi del Cambrià. Tanmateix, nous exemplars fòssils de Fuxianhuia protensa, una forma xinesa que pertany a un grup d'artròpodes primitius que daten de fa uns 520 milions d'anys, preserven les restes neuronals més completes d'aquest període. Aquests fòssils inclouen el cervell i els lòbuls òptics. La neuroanatomia del cervell relativament complex de F. protensa dóna suport a la hipòtesi cladística que els branquiòpodes (crustacis que comprenen espècies com ara la gamba petita) deriven d'un ancestre semblant als malacostracis (gran grup de crustacis que inclou els crancs, els llagostins i les llagostes). Aquest ancestre probablement va evolucionar vers una reducció dels centres cerebrals, tal com succeeix en els insectes i els malacostracis. L'origen dels cervells sofisticats va possibilitar probablement l'evolució de comportaments visuals versàtils, una hipòtesi que és coherent amb la presència d'ulls compostos en artròpodes del Cambrià inferior, uns ulls que eren equiparables en mida i en resolució als ulls dels insectes i els mala-costracis actuals.
Un parell d'ulls fossilitzats corresponents al depredador Anomalocaris, un artròpode que va viure al principi del Cambrià (fa uns 515 milions d'anys) a l'oest del Canadà, situen l'origen dels ulls compostos abans de l'aparició d'estructures pròpies dels artròpodes, com ara els exosquelets mineralitzats de gran duresa. La superfície de cadascun dels ulls fossilitzats es compon per almenys 16.000 lents hexagonals. La considerable agudesa visual que hom infereix d'aquests ulls compostos és coherent amb un estil de vida actiu. L'existència de grans depredadors amb bona agudesa visual, com ara l'Anomalocaris, dins els ecosistemes del Cambrià inferior, probablement va contribuir a accelerar l'evolució de depredador a presa iniciada fa més de 500 milions d'anys.
Un petit fòssil de mol·lusc marí descobert en estrats del Silurià (fa uns 400 milions d'anys) de Herefordshire, Anglaterra, corresponent al gènere Kulindroplax, és el primer d'aquests animals a presentar closques externes (valves) protegint un cos vermiforme. Aquest animal evidencia que els aplacòfors, un grup de mol·luscs vermiformes sense closca que es troben distribuïts als oceans de tot el planeta, van evolucionar a partir de formes més complexes amb valves, les quals es van perdre al llarg de l'evolució d'aquests mol·luscs.
Encara que hom considera que els insectes van aparèixer durant el Silurià, fa uns 415 milions d'anys, les restes fòssils d'aquests animals són escasses abans del Carbonífer tardà (fa uns 345 milions d'anys) i fins ara no es coneixia gairebé cap fòssil d'entre fa 385 i 325 milions d'anys. La troballa d'un petit insecte anomenat Strudielladevonica en roques del Devonià superior (fa uns 365 milions d'anys), a Bèlgica, ha permès disminuir aquest hiatus biostratigràfic del registre fòssil dels insectes. Aquest animal constitueix un dels insectes complets més antics que es coneixen i el seu cos es troba dividit en cap, tòrax i abdomen. Tanmateix, presenta dues antenes i tres parells d'extremitats al tòrax, essent aquest darrer un caràcter propi dels insectes. Les mandíbules suggereixen que aquest animal tenia una dieta omnívora.
Vertebrats ancestrals
Crani gairebé complet del peix placoderm artrodir Eastmanosteus calliaspis, corresponent al Devonià d'Austràlia occidental
© Albert Prieto-Márquez
Els placoderms van ser un dels primers grups de vertebrats amb mandíbules; van viure als oceans del Silurià fins al Devonià (entre 410 i 370 milions d'anys). Noves anàlisis de l'anatomia mandibular en placoderms del gènere Compagopiscis, utilitzant microscòpia tomogràfica de raigs X mitjançant radiació sincrotrònica, han permès descobrir que les mandíbules d'aquests peixos cuirassats estaven compostes de cartílag i d'ossificacions a la part superior i inferior, i d'un element dermal a la inferior. Les ossificacions mandibulars consisteixen en dents, les quals estan formades per os i dentina, i una polpa dentària. Aquesta troballa indica que les dents no van evolucionar de manera convergent entre els grups de vertebrats actuals i fòssils, sinó de manera successiva dins el llinatge dels gnatostomats (vertebrats amb mandíbules) poc després de l'origen de les mandíbules.
Els amniotes formen el grup de vertebrats terrestres més divers, en el qual es troben els mamífers, les tortugues, els llangardaixos, les serps, els cocodrils i els ocells, a més d'altres formes extingides, com ara els dinosaures no aviaris. Les restes fòssils de reproducció d'un amniota més antigues que es coneixen fins ara han estat reportades en exemplars de Mesosaurustenuidens, corresponents al Permià inferior (fa uns 280 milions d'anys) de l'Uruguai i el Brasil. Els mesosaures eren rèptils primitius i els primers amniotes que van desenvolupar un estil de vida totalment aquàtic. Les restes fòssils sud-americanes consisteixen en esquelets d'adults que presenten exemplars molt petits i subdesenvolupats dins la seva cavitat toràcica. Alguns d'aquests espècimens immadurs adopten una postura recargolada i probablement representen embrions i nadons de Mesosaurus. L'absència de restes de closques d'ou i la presència de l'exemplar esmentat dins la cavitat toràcica d'un adult suggereixen que els mesosaures eren vivípars, o bé que ponien ous amb un estat de desenvolupament molt avançat.
Rèptils mesozoics
Els hadrosàurids constitueixen una radiació de dinosaures herbívors que van ser molt abundants i diversos en els ecosistemes terrestres d'Amèrica, Europa, Àsia i l'Antàrtida fa entre 90 i 65 milions d'anys. Nous estudis de la histologia i la biomecànica de les seves dents indiquen que els hadrosàurids van assolir la dentició més sofisticada entre els rèptils; la seva complexitat histològica supera en alguns casos l'existent entre els mamífers herbívors més evolucionats. En particular, les dents dels hadrosàurids estaven constituïdes per sis tipus diferents de teixit. Quatre d'aquests teixits (l'esmalt, l'ortodentina, la dentina secundària i el cement coronal) es troben també en les dents dels mamífers. Addicionalment, però, els hadrosàurids posseïen una sèrie de túbuls disposats radialment que omplien la polpa i un tipus de dentina anomenada de mantell. A diferència dels mamífers, la distribució d'aquests teixits variava dins de cada dent, de manera que, a mesura que la dent s'anava desgastant, diferents tipus de teixits quedaven exposats a la superfície d'oclusió. Tanmateix, hom ha pogut observar que la superfície d'oclusió dels hadrosàurids lambeosaurins (aquelles formes amb els conductes nasals desplaçats posterodorsalment) era còncava, adient per a moldre plantes, mentre que la d'altres formes com els saurolofins (hadrosàurids amb crestes cranials sòlides o sense cresta) Prosaurolophus i Saurolophus presentaven superfícies llises i summament inclinades, més apropiades per a llescar la vegetació de què s'alimentaven aquests animals.
Superfície d'oclusió de la mandíbula inferior d'un exemplar d'Edmontosaurus annectens, un hadrosàurid del final del Cretaci de l'Amèrica del Nord
© Albert Prieto-Márquez
L'extinció dels dinosaures al final del Cretaci, fa 65 milions d'anys, ha estat un dels temes més discutits en les últimes dècades dins la paleontologia de vertebrats. Més recentment, el debat s'ha centrat en si la diversitat dels dinosaures estava declinant o no poc abans de l'impacte meteorític, i consegüent vulcanisme, que va comportar la desaparició del 75% de les espècies del nostre planeta. Noves anàlisis de disparitat morfològica, és a dir, de variabilitat anatòmica en diversos grups de dinosaures propis dels últims deu milions d'anys del Cretaci tardà, indiquen que no hi havia una tendència universal en la biodiversitat de dinosaures. Per contra, s'ha descobert una heterogeneïtat en aquest aspecte que depèn del grup taxonòmic i de la localització geogràfica d'aquests animals. Específicament, els grans herbívors com els ceratòpsids (dinosaures amb banyes) i els hadrosàurids ("becs d'ànec") mostren una disminució en la disparitat a l'Amèrica del Nord, mentre que certes formes d'hadrosàurids asiàtics mantenen, o en alguns grups fins i tot incrementen, la seva disparitat.
Els fòssils de plomes, cabells i altres teixits tous es preserven normalment com a traces carbonitzades formades per masses de mida micromètrica de forma esfèrica, ovalada o allargada. Durant molt de temps aquestes estructures han estat considerades restes de biofilms de bacteris queratinofílics, és a dir, aquells bacteris que degraden la queratina. Recentment, però, aquestes estructures han estat reinterpretades com a melanosomes, és a dir, orgànuls cel·lulars portadors de pigments, com per exemple la melanina. El reconeixement d'aquests melanosomes fòssils permet la reconstrucció de la coloració en estructures biològiques com ara les plomes d'ocells o la pell de determinats animals extingits. Així, per exemple, l'aplicació de microscòpia electrònica ha permès la detecció de melanosomes en plomes fòssils d'Archaeopteryxlithographica (Juràssic superior, fa 150 milions d'anys, a Baviera, Alemanya), un petit dinosaure carnívor que durant molt de temps ha estat considerat l'ocell més primitiu conegut. La comparació estadística de la morfologia d'aquests orgànuls en Archaeopteryx amb els que es troben en més de vuitanta espècies actuals d'ocells ha permès identificar notables semblances amb els melanosomes d'aus que llueixen un plomatge negre. D'aquesta manera s'ha pogut concloure que les plomes d'Archaeopteryx eren, almenys en algunes regions del cos, de color negre.