在地球古老的黑色岩层中，经常可以看到特殊的一类动物化石，它们外形很像铅笔在岩石层上书写的痕迹，这是因为这种化石常因升华作用而保存为碳质薄膜，在岩层上神似象形文字，因此科学家把这类化石命名为笔石。

拥有笔石状化石的生物是一类生活在5亿多年前至3亿年前的奇异海洋动物——笔石动物，它们如今已经灭绝。

第一块笔石化石发现于18世纪，谁也不知道它们是怎样的一类生物，有人认为它们是地衣、苔藓植物或藻类，也有人认为它们是软体动物或是与珊瑚同属的腔肠动物。

直到年，科学家才真正地确认笔石是一类完全不同于其他生物的群体动物，是一个单独的动物门类。

古生物学家们通过对其化石深入细致的研究，认为笔石和现代海洋中的杆壁虫在外形、器官特征和超微结构等方面有许多相似之处，属于半索动物，因此将笔石单独列为一个纲——笔石纲。

笔石动物的生活开始于一个叫“胎管”的圆锥体（从卵孵出时的原始房室），从胎管生长出一些分叉或不分叉的枝，每一个枝上通常都含有一系列排列整齐、形态相近的管状体，称为“胞管”，笔石的虫体就住在“胞管”中。“胞管”的形状变化很大，有直的、弯的、卷曲的、喇叭状的、角状的……

许多胞管接连生长便形成长条形的笔石枝,一个或多个笔石枝组成一个笔石体，一个笔石体上寄居着成千上万个笔石单体，类似于一个蜂巢。

笔石体的分叉形式和空间排列格局大多不一样，使得不同类型的笔石不仅大小差异悬殊（大的长达2米以上，小的则只有1毫米），形态差别也很大，有的呈树状，有的似网兜，有的如张开的弓，有的像展翅飞翔的大雁，但最奇异的还要数那些表面布满各种网眼、中间围成一个空腔的网兜状的细网笔石。

笔石动物最早出现于古生代寒武纪中期，群体性生活在海洋。这个时期的笔石动物以底栖的树形笔石类为主，比较原始，演化速率相对较慢，它们像一棵树一样，固着在海底，然后向上生长，依靠笔石虫体的触手摆动，滤食海水中悬浮的有机物。

可能是由于海底水流的冲击使藻体破碎，让一部分藻类漂浮起来，固着其上的笔石也随之漂浮起来，从此一部分笔石从底栖生活变为浮游生活。

由于浅层海洋比海底中含有更高的氧气浓度以及营养物质，漂浮在海面上的笔石动物接触更多的氧气和营养物质之后，在新的生活环境中适应了新的生活方式，笔石体本身的结构也相应地发生变化，如根茎退化，分枝次数减少，笔石枝变细，笔石体也变小，于是形成了正笔石式树形笔石，开始随波逐流的漂浮生活。

生存策略的改变导致笔石动物从此开始了快速演变的演化之路。

在奥陶纪生物大辐射时期，漂浮生活的笔石动物群的主体达到鼎盛时期。在当时绝大部分是处于深海的环境，海底大多缺氧而不适合底栖动物的生长，相反、海水上层却很适合漂浮为生的笔石生长和大量繁衍，成为当时海里一大奇观。

这种随波逐流的生活方式让笔石动物广泛分布，大量繁殖，加上它演化比较快，成为奥陶纪至早泥盆世的重要标准化石（标准化石是指分布广、数量大，在某一地层单位中特有的生物化石，该层以上和以下的地层中基本上没有这种化石，能确定地层地质时代的化石）常用它来确定地层时代和进行各个地区的地层对比，科学家能够根据发现的笔石的种类判定其他海洋生物化石的年龄。

虽然笔石动物大量繁殖，但对笔石胞管口饰的功能分析，笔石动物也只是奥陶纪海洋里的甜点，许多头足类和节肢动物可以轻易捕食它们。

在奥陶纪末期，地球第一次生物大灭绝事件发生，造成了海洋动物中约50%属和80%种的消亡。

但这次生物大灭绝并没有打断笔石动物的繁盛，它们依然广泛繁盛于志留纪时期的海洋。到了泥盆纪中期，受到全球气温降低和海平面下降的影响，笔石动物迅速衰落，仅剩下少量的单笔石和树笔石类代表。

在晚泥盆纪至早石炭纪之交，地球上发生了第二次生物大灭绝事件，导致海洋动物中约70%的物种惨遭灭绝，笔石动物遭到重创。在遭受气温降低、海平面下降、火山爆发、地球严重缺氧等事件的影响后，笔石动物群体大量死亡，最终在三亿年前的石炭纪彻底灭绝，退出了地球生命演化的舞台，保留在地层中，成为地球忠实的史官。