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就经历了漫长的地质构造运动，科学家们称“加里东运动”，这次运动完结后，形成全球范围的海域缩退，其结果是陆地面积进一步扩充了，地形起伏复杂，气候变得干燥炎热。在泥盆纪早期，适宜这种环境的裸蕨植物获得了迅速发展，泥盆纪晚期，石松类和真蕨类形成了成片的森林。这为陆生生物的发展准备了条件，在当时干热的环境中，水体逐渐干涸促使一部分鱼类不得不用鳍在泥沼中爬行，当肉鳍演变成四肢，使它们能够爬到树林中去时，一个新的门类出现了，这就是两栖类。事实上，部分植物摆脱海洋登陆，客观上为生物界的发展奠定了条件，因此是生物演化史上的重大事件。
 另一方面，海洋中的无脊椎动物仍然统治着那里的世界，腕足类、珊瑚、层孔虫、苔藓虫、双壳类、牙形刺等生物在大洋中竞相发展，其中腕足类是非常引人注目的一类生物。腕足类属于底栖固着型生物，软体由两瓣壳所保护，此外，还有一个用于支撑和固定身体的肉茎。它们在喜欢固定生活在安静的海底，与世无争。腕足类品种繁多，在我国南方这一时期的地层中，保存着丰富的腕足动物化石，广西泥盆系号称腕足动物化石的“聚宝盆”，在那里，到处都可以见到石燕贝类、扭月贝类、无洞贝类、穿孔贝类、长身贝类等形形色色的腕足动物化石。泥盆纪时，珊瑚也非常繁盛，珊瑚对气候的影响感知灵敏，群体造礁珊瑚分布在热带、亚热带，而在温凉气候下主要是小型单体珊瑚。
根据生物的生态类型，科学家们已经把泥盆纪海洋中的生物划分出三种类型：礁相生物，主要指珊瑚、层孔虫等；壳相生物，基本由腕足类、双壳类组成；浮游相生物，由菊石、笔石和牙形刺等生物构成。这为我们进一步了解它们提供了便利，生物的分异是划分生物群落组合和生态区系的重要依据。
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