脊椎动物的变化主要表现在爬行动物的衰亡，哺乳类、鸟类和真骨鱼类取而代之，兴起且高度繁盛。第三纪的早期，仍生活着古老、原始的哺乳动物；到了中期，现代哺乳动物的祖先先后出现，逐渐代替了古老、原始的哺乳动物；第三纪晚期，现代哺乳动物群逐渐形成，更是偶蹄类和长鼻类繁盛的时期。尤其马的进化很快。
中生代末，海生无脊椎动物有明显的兴衰现象。盛极一时的菊石类完全绝灭，箭石类极度衰退，而双壳类、腹足类、有孔虫、六射珊瑚、海胆、苔藓虫等则进一步繁盛。第三纪出现的有孔虫分布广泛、进化迅速，对于海相第三系的划分与对比很有意义。
此外，它们的生态分带已应用于确定沉积盆地水深的变化。原生动物中的放射虫在第三纪也十分繁盛，在深海研究中占有突出地位。双壳类在第三纪有很大发展，腹足类在第三纪进入极盛期。
陆生的无脊椎动物以双壳类、腹足类、介形类为主，可以根据它们不同时期组合面貌的变化，进行陆相第三系的划分。
约5000多万年前，灵长类动物呈辐射状演化，从低等灵长类动物原猴类中又分化出高等灵长类动物。
3300万-2400万年前，产生了猿。埃及发现的最早的古猿原上猿和埃及猿已经具有类人猿的一些性状；稍晚后的古猿化石还有森林古猿分布范围较广，在亚洲、欧洲、非洲均有所发现。东非的原康修尔猿已经是一种猿，是人类和非洲猿的祖先。
以上古猿均为林栖动物，四肢行走，属于攀树的猿群。现存的猿中包括两个类群，非洲猿（大猩猩、黑猩猩和人类）和亚洲猿（长臂猿和猩猩），这两个类群之间存在着明显的界限，显然，二者的分化发生在1200万年-1500万年前。
在约1000万年前至约380或200多万年前，有两种过渡时期的化石代表。一种是腊玛古猿，一种是南方古猿。
最初的人类在人类学中被称为“完全形成的人”。我国古人类学者把这一进程分作猿人和智人两大阶段，每段再分为早晚两个时期。
250万年前，热带非洲的气候开始恶化，冰期从北半球袭来。随着气候越来越干旱，稀树大草原开始逐渐变为灌木大草原，大多数南方古猿消失。有两个例外，一种情况是，某些地区稀树大草原保留下来，那里的南方古猿得以生存下去，比如南方古猿能人种和两种粗壮种。
更重要的一种情况是某些南方古猿群体利用自己的聪明才智发明了一些成功的防卫机制而生存下来，对于这些防卫机制人们只能去猜测，可能会扔石头，或者使用有木头和其他植物材料制成的原始武器，有可能露宿野外篝火旁。
事实上正是这些南方古猿的后裔生存下来并繁荣起来，最终进化成人属，从树上栖息双足行走转变为陆地生活并双足行走。
历史进化中刘存下来的种种，有些已经消散如云烟，而有些因果循环生成了现在的世界。正如很多个历史时候一样，华枫隐隐觉得这次“末日危机”之后，也许会有更大的挑战等着他们，这种挑战远大于这次堪称人类生死存亡之际的危机。
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