到4.9亿年地球进入奥陶纪(4.9——4.38亿年前)，在5000万年内，地球出现了原始脊椎动物异甲鱼类——星甲鱼和显褶鱼。海生无脊椎动物笔石、三叶虫、鹦鹉螺类和腕足类空前发展，珊瑚开始出现。
但4.4亿年前的奥陶纪晚期，约3千米厚的冰层覆盖了非洲北部和中部地球，以及南美洲的部分地区，这导致洋流和大气环流变冷，整个地球进入大冰期，85%的物种灭绝。这是地球第一次大的灭绝事件。
4.38亿年前志留纪(4.38——4.1亿年前)开始，南极冰盖消融，低等维管束植物开始登上陆地，裸蕨类和石松类是目前已知最早的陆生植物。到4.1亿年前，昆虫和蛛形类节肢动物出现，大海中也增加了有颌骨的鱼类--棘鱼类，三叶虫衰退，板足鲎类成为海洋最大的动物。
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