4.1億年前隨著志留紀的結束，地球演化史走入了古生代的下半段，也就是古生代第四紀—泥盆紀。就像奧陶紀延續了寒武紀的大爆發一樣，泥盆紀也承接了志留紀的生機勃勃，生物的種類和數量都達到了空前的規模，無論繁盛的蕨類植物還是興起的昆蟲和兩棲類，，都成長到了之前時期未有過的巨大體型。特別是以魚類為代表的脊椎動物進入飛躍發展時期，所以泥盆紀常被稱為“魚類時代”。
古生代第四紀—泥盆紀早晚期板塊分佈圖
其實“北冥有魚”的時代也是古地理演化的結果。受早古生代加里東運動的影響，從泥盆紀開始，地球又發生海西運動，許多地區升起，露出海面成為陸地，海水覆蓋面積達到地球的85%，包括北半球廣闊的古太平洋，古地理面貌與早古生代相比有很大的變化：最大最完整的古陸—岡瓦納古陸，圍繞南極地區分佈；由勞倫古陸和波羅的古陸構成歐美聯合大陸，與岡瓦納古陸逐漸靠近；到泥盆紀晚期，兩個古陸在赤道附近開始逐漸拼接，為日後盤古超大陸形成奠定了基礎。
古生代第五紀—石炭紀板塊分佈圖
海洋麵積的廣闊且溫暖為魚類時代的到來準備好了舞臺
和奧陶紀的演化生物代表—6米長的直殼鸚鵡螺在奧陶紀讓位給新一代海洋霸主板足鱟一樣，泥盆紀也發生了一次統治權的大交接：裝備了雙顎的脊椎動物終於走到聚光燈下，成為最耀眼的明星。節肢動物和軟體動物稱霸地球已成為昨日黃花。自泥盆紀之後的4億年裡，脊椎類動物都穩穩佔據著地球上最龐大、最強壯、最兇猛生物的寶座。
泥盆紀的“魚類時代”
在泥盆紀的江河洋海中，脊椎類動物又以魚類為主，如無頜類的骨甲魚類、盔甲魚類、花鱗魚類、異甲魚類（統稱為“甲冑魚類”）；有頜類魚的四大分支：盾皮魚類（鄧氏魚）、棘魚類、軟骨魚類（鯊魚）和硬骨魚類，亂哄哄你方唱罷我登場。其中無頜類在泥盆紀早期最為興盛，它們憑藉著堅固的裝甲，在志留紀板足鱟橫行的水域中也能佔得一席之地。然而到了泥盆紀中期，當兇猛強壯的有頜魚類崛起後，有力的下顎和鋒利的牙齒不但徹底咬碎了板足鱟的統治，也把那些溫且笨重的無頜類近親捕殺殆盡。只有極少數特化的無頜類殘存下來，成為現代圓口綱動物的祖先。
泥盆紀海洋的頂級獵食者—鄧氏魚的頭部化石
有頜魚類的四大分支在泥盆紀中後期迅速發展
原始的鯊魚和肉鰭魚開始在海洋和淡水中巡遊狩獵，數量龐大的棘魚群是它們的美餐。而盾皮魚類由於湧現出了鄧氏魚這樣的超級巨星而大放異彩，成為泥盆紀魚類時代的代表。
泥盆紀海洋霸主鄧氏魚捕殺鯊魚
鄧氏魚存在於晚泥盆紀（距今約3.6億至3.8億年前），比第一隻恐龍的誕生還要早1.35億年，最大體長可達11米，重量約6噸，是人類已知體型最大的盾皮魚，也是當時最大的海洋獵食者，位居晚泥盆紀食物鏈的頂端，是暴龍出現前史前咬合力最巨大的史前生物，主食鯊魚、硬骨魚、三葉蟲、菊石、鸚鵡螺、盾皮魚等。然而物極必衰，巨大的身軀極大地影響了鄧氏魚的運動速度和靈敏度，使其在進化中漸漸輸給了鯊魚等軟骨魚，而且隨著泥盆紀末期地球環境的變化，發生了地球演化史上的第二次物種大滅絕—泥盆紀後期滅絕事件，鄧氏魚最終滅絕。鄧氏魚及其他盾皮魚家族成員滅絕後，鯊魚的體型開始變大，種類變得更多。
泥盆紀高大的維管植物森林
泥盆紀時期植物不再是志留紀草本的模樣
志留紀登陸成功的陸生管維植物，終於戰勝了地球引力的束縛，其最大高度從泥盆紀初期的30㎝演化至後期的30m，整整高出了100倍，不再是低矮的草本姿態，而是高大的維管植物森林，進入泥盆紀中期以後，平行演化的石松植物、蕨類和原始裸子植物陸續出現。它們在河湖沼澤和平原地區，密集形成了大片高大的喬木叢林，陸地生態系統從平面延伸成立體的網絡，生物的密度和豐富程度大幅度提高。
（泥盆紀後期滅絕事件（圖中"LateD"）有數次滅絕高峰期）
廣袤的植物森林通過光合作用，又一次改變了地球大氣的組成，數千萬年後，隨著氧氣濃度不斷攀升，催生了巨大的陸生節肢動物。但持續低含量的二氧化碳水平抑制了溫室效應，成為泥盆紀末期全球氣候劇變和大滅絕的誘因，當然這都是後話了。
泥盆紀時期兩棲動物出現，森林稱為昆蟲最後的樂園
提塔利克魚（Tiktaalik）—有腳的魚類，介於魚類和兩棲類之間的迷失環節
在泥盆紀晚期，個別肉鰭魚類開始向這個蒼翠茂密的陸地新世界發起衝鋒，憑藉發達的偶鰭肌肉支撐，它們用特化的魚鰾呼吸空氣，艱難地從乾涸的泥坑匍匐爬行到附近的水塘。它們中的某個幸運兒演化出最早的原始兩棲類，成為所有四足動物的祖先，拉開了巨獸時代的序幕。
魚類向四足類動物的進化歷程
早期兩棲動物由於運動和生殖受水束縛，無力插足植被層。此時的泥盆紀森林是被以昆蟲為代表的節肢動物所統治，當然泥盆紀森林也是地球上最後一塊由節肢動物統治的生態系統。蛛形類和多足類的節肢動物在樹幹上攀緣，在林間穿梭。它們清理枯萎的植物和真菌，各種食肉蟲互相捕食，儼然是前脊椎動物時代的陸地版本。
泥盆紀的陸生節肢動物群，主要是蛛形類和多足類
進入泥盆紀晚期，全新的節肢動物—昆蟲誕生。昆蟲雖然體型微小，常被忽視，但它出現的意義絲毫不亞於兩棲脊椎類動物。在以後的4億年，昆蟲將演化出動物界最豐富的種類，最龐大的數量，最複雜的結構和最奇妙的行為，成為地球上最引人入勝的生命奇觀。它們將和四足脊椎類動物一道，塑造整個泥盆紀陸地生態系統。
鄧氏魚在泥盆紀末期進化中逐漸輸給了鯊魚
地球演化史名片：
地質時期：顯生宙-古生代-泥盆紀
起止時間：4.1億年前 – 3.54億年前
持續時間：約6千萬年
氣候類型：化石記錄說明遠至北極的地區當時處於溫帶氣候
發生事件：魚類繁盛，兩棲類出現，石松類和節蕨類繁盛，昆蟲出現，晚泥盆紀發生大滅絕
代表生物：甲冑魚類，有頜魚類的鄧氏魚和鯊魚，石松類，節蕨類
代表化石：甲冑魚類，鄧氏魚，肉鰭魚類，早期蕨類植物
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