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除了出于觅食、繁殖或降温的目的以外，陆生恐龙通常不会在水中。然而，中生代时期也有大量的海栖动物。蛇颈龙是一种长颈、有鳍的爬行动物。鱼龙的外观更像海豚，而沧龙则与体型厚实、有重叠鳞片的鳍鳗差相仿佛。与其他许多海洋物种一样，在白垩纪-第三纪灭绝事件中，蛇颈龙、鱼龙等动物都灭绝了。生存至今的海洋物种中的的一些成员也经历了重大损失。其中包括：* 有孔虫类，它们是带壳的单细胞生物* 棘皮类动物，包括海星，海胆，海参* 身体柔软、带壳的软体动物但在白垩纪-第三纪灭绝事件后，这些生物和其他部分海洋物种最终缓过气来，继续繁衍发展，种类也变得更多。蛤，蜗牛，龙虾，螃蟹和虾也在灭绝事件中存活下来，最终成了海洋食肉动物的口中食，人类的盘中餐。在第一只陆生恐龙在地面奔跑之前，鲨鱼就已经在海洋里生活了很久。时至今日，它们仍是海洋中最出名的食肉动物。但有几个物种则是某些早已灭绝的海洋生物门类中仅剩的幸存者。今天的八目鳗类鱼和七鳃鳗与已经灭绝的甲胄鱼类很相似。不过，可以追溯到中生代的海洋生物中，最有名的还要数腔棘鱼，它们是水生肉鳍类动物的唯一幸存者。肉鳍鱼是叶鳍、硬骨鱼类。当然，世界上还有许多肉鳍类动物生存，不过它们早在中生代之前就已分化出来，变成了四足脊椎动物的祖先。科学家认为腔棘鱼在上世纪30年代才最终灭绝，所以也许有一天我们仍能发现其它从中生代生存至今的物种。
三叠纪，起始于距今2亿5000万年前，结束于1亿9960万年前。三叠纪时，脊椎动物得到了进一步的发展。其中，槽齿类爬行动物出现，并从它发展出最早的恐龙，三叠纪晚期，蜥臀目和鸟臀目都已有不少种类，恐龙已经是种类繁多的一个类群了。海生爬行类在三叠纪首次出现，由于适应水中生活，其体形呈流线式，四肢也变成桨形的鳍；似哺乳爬行动物亦称兽孔类，四肢向腹面移动，因此更适于陆地行走。海洋无脊椎动物类群发生了重大变化，内生、游泳的软体动物—甲壳动物群落成为海洋中的优势群落；六射珊瑚取代四射珊瑚，并迅速发展，遍及全球。裸子植物的苏铁、本内苏铁、尼尔桑、银杏及松柏类的植物自三叠纪起迅速发展起来。
侏罗纪 ，约1亿9960万年前到1亿4550万年前。侏罗纪是恐龙的鼎盛时期，当时除了陆上的身体巨大的迷惑龙、梁龙、腕龙等，水中的鱼龙和飞行的翼龙等也大量发展和进化。早期的鸟类也出现、最著名的就是始祖鸟，以及中华龙鸟。侏罗纪的昆虫更加多样化，大约有一千种以上的昆虫生活在森林中及湖泊、沼泽附近。除原已出现的蟑螂、蜻蜓类、甲虫类外，还有蛴螬类、树虱类、蝇类和蛀虫类。在侏罗纪的植物群落中，裸子植物中的苏铁类，松柏类和银杏类。极其繁盛。蕨类植物中的木贼类、真蕨类和密集的松、柏与银杏和乔木羊齿类共同组成茂盛的森林，草本羊齿类和其它草类则遍布低处，覆掩地面。在比较干燥的地带，生长着苏铁类和羊齿类，形成广阔常绿的原野。
白垩纪，中生代最后纪，始于1.455亿年前，结束于6550万年前。脊椎动物中的爬行类从晚侏罗世至早白垩世达到极盛，主要代表有暴龙（霸王龙）、古魔翼龙、青岛龙等，随后走向衰落。哺乳动物还是比较小，只是陆地动物的一小部分。鸟类开始分化，并且飞行能力及树栖能力比始祖鸟大大提高，著名的“孔子鸟”就是早白垩世鸟类的代表分子。海洋里，我们认识的鳐鱼，鲨鱼，和其他硬骨鱼也常见了。海生爬行动物则包含：生存于早至中期的鱼龙类、早至晚期的蛇颈龙类、白垩纪晚期的沧龙类。海洋无脊椎动物中浮游有孔虫异军突起，成为划分对比白垩纪中、晚期海相地层的重要依据。昆虫在这个时期开始多样化，并发现最古老的蚂蚁、白蚁、鳞翅目（蝴蝶与蛾）。芽虫、草蜢、瘿蜂也开始出现。早白垩世仍以裸子植物中的苏铁类、本内苏铁类、银杏类和松柏类为主，真蕨类仍然繁盛。到晚白垩纪晚期被子植物迅速兴盛，代替了裸子植物的优势地位，形成延续至今的被子植物群，诸如木兰、柳、枫、白杨、桦、棕榈等，遍布地表。
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