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即使在大型多细胞动物和植物出现后，生命活动的范围仍局限在海洋中。最多样化的群体之一是鱼类。它们有数套高度专业化的结构：能从水中提取自由氧的鳃，以及能推动它们在所处环境中前进的鳍。
鳃和鳍无法在陆地上工作，那么脊椎动物是何时、又是如何爬上古大陆的海岸的呢？在志留纪时期（4.44亿—4.16亿年前），第一批无脊椎动物——蝎子和没有翅膀的昆虫——抵达了陆地。它们为大型捕食者提供了潜在而丰富的食物来源，而这可能吸引了第一批脊椎动物，即两栖动物在大约3.7亿年前登陆。
两栖动物属于四足动物（有四条肢体的动物），它们与爬行动物、鸟类和哺乳动物有着同样的身体形态。四足动物的首次进化发生在何时，又是从哪个群体进化而来，一直是饱受争议的话题。一些科学家将它们的起源追溯到约3.95亿年前的肉鳍鱼类，另一些则认为是肺鱼。肉鳍鱼（如今现存的只有两个品种的腔棘鱼）和肺鱼似乎都能在水下用它们强大的骨质鳍来“行走”。它们能够呼吸空气，因此就能够在热带的旱季存活下来，这时它们会钻入泥土并进入休眠期。
两栖动物（如今有青蛙、蟾蜍、蝾螈和火蜥蜴）的一生分为陆上时期和水下时期。它们的早期阶段——卵，然后是蝌蚪——完全在水下发生。蝌蚪有鳃，但随着它们的成熟，肺会取代鳃，使它们能够在空气中呼吸。早期两栖动物可能基本上都是在水中度日的，但随着它们进化出更强壮的骨骼、更高效的肺和更不易脱水的皮肤，它们会在陆地上度过更多时间。
数百万年来，长达数米的大型两栖动物是陆地上的顶级掠食者，其占据的生态地位与现代的鳄鱼类似。但是，第一批爬行动物出现了，它们更好地适应了陆地生活，使两栖动物的顶尖地位走到了尾声。
第一批陆生植物
原始植物，如藻类（包括海草）已经在海洋中繁衍了数亿年。在海洋温和的环境中，它们表面的每一寸都能参与到光合作用所需的气体交换中。维管系统是大部分陆生植物的关键特征，它能够循环水、营养物质和重要化学物质，在4.16亿年前的志留纪末期就出现了；这一系统还能提供结构上的支持，这对于需要在竞争中超过邻近的其他植物，从而获得最大限度的光照来说至关重要。更古老的植物以木材的形式沉积下来，在石炭纪时期（3.59亿—2.99亿年前），蕨类、石松类和木贼类植物都长得和现代的树木一样高。所有早期植物都是通过孢子来繁殖的。在石炭纪末期，第一批有种子的植物，如针叶树出现了。与孢子不同，种子能够给年幼的植物提供食物、水分和保护。这种有种子的植物很快就主宰了这片土地。