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在四五亿年前的寒武纪，地球海洋中出现了一群笔石动物。他们的软体部分个头不大，却长出了长长的骨骼，形成了一根根笔石枝。到了两三亿年前的石炭纪，笔石动物绝灭了，但它的化石却在穿越几亿年后成为了人类的好帮手。
笔石是笔石动物的化石，由于其保存状态是压扁成了碳质薄膜，很像铅笔在岩石层上书写的痕迹，因此才被科学家叫做“笔石”。
笔石是奥陶纪最奇特的海洋动物类群，它们自早奥陶世开始即已兴盛繁育，分布广泛。笔石是一类微小的蠕虫状生物，它们像今天的珊瑚虫一样群体生活。整个笔石群体仅有5厘米长，它们漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鲸类所吃的大量微小海洋生物是一样的。笔石对于科学家来说是特别重要的，因为它们在一个较长的时期里是逐渐变化的。科学家能够根据共同发现的笔石的种类判定其他海洋生物化石的年龄。
笔石是对笔石纲化石的统称，是一类已灭绝的海洋群体生物，通常隶属于半索动物门笔石纲。笔石虫体所分泌的骨骼，称为笔石体。笔石体一般大小为几厘米或几十厘米，较大的可达70cm或更长。1966年富卡尔特和热尼奥的分析结果表明，笔石骨骼中不含几丁质，但有甘氨酸、丙氨酸等多种氨基酸，这些氨基酸可能来源于硬蛋白，透射电镜下所显示的骨骼超微结构有蛋白骨胶原的外表，很可能其物质成分为骨胶原。因此，笔石体的成分似乎是一个非几丁质的有机物。
笔石一般被分成6个目：树形笔石目、管笔石目、腔笔石目、甲壳笔石目、茎笔石目和正笔石目。其中最常见的和研究较详细的是树形笔石目和正笔石目。
根据化石保存的状态、共生动物的类别以及笔石动物自身的骨骼构造，科学家推测一部分笔石动物在海底营底栖固着生活，例如大部分的树形笔石，它们有固定的茎、根等构造；另一部分笔石动物营漂浮生活，例如正笔石，它们具有叫做“线管”的丝状体，用来附着在漂浮体上。
笔石动物可以与腕足动物和三叶虫等动物的化石共生。但是也有一些特定的环境里只有漂浮笔石而没有其它生物或是仅有极少的浮游生物伴生。
笔石通常保存在黑色页岩中，即一般所说的“笔石相页岩”。究其原因可能是因为当时的沉积环境海水较为平静，海底还原作用强，氧气不足，含有较多的硫化氢，不适宜底栖生物生存，但是在这样的环境里营漂浮生活的笔石可以在表层水体中生活，死后尸体沉入水底变成化石；另一种原因则可能是因为当笔石从正常的水体漂浮到这种不宜生存的水体中时，便大量死亡并沉入海底，而海底底栖动物稀少，没有将这些笔石尸体“消灭”掉，它们就大量保存下来并变成了化石。除了页岩之外，在细砂岩、粉砂岩或灰岩中也能发现一些笔石化石。
笔石的地理分布很广，演化快，同一物种可以在世界上许多洲发现。根据笔石演化的阶段特征及特殊类型的地质历程，在地层对比中有独特的价值。
笔石在地史上的分布时期相当长，初见于中寒武世，至早石炭世后期绝灭。由于各类笔石的生活方式不同，其分布情况也不一样。一般说来，树形笔石亚目的地理分布比较零星，地区性色彩浓厚，地质历程比较长（从寒武纪到石炭纪都有），地层意义不大。正笔石式树形笔石亚目，地理分布广，地质历程短，主要产于早奥陶世新厂期（特马豆克期），地层意义较大。腔笔石目、茎笔石目、甲壳笔石目和管笔石目发现的资料少，前三个目分布在欧洲奥陶纪，后一个目见于欧洲奥陶纪及志留纪和中国贵州的早奥陶世及四川的早志留世。正笔石目的地理分布最广，地质历程短，限于奥陶纪、志留纪及早泥盆世；其中无轴亚目（除个别分子可上延至早志留世外）仅限于奥陶纪；隐轴亚目限于早奥陶世宁国期及
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