Окаменелости, используемые геологами для прослеживания путей эволюции и реконструкции моделей климата Земли, дошли до нас в различных формах. Некоторые остались почти неизменными по сравнению с их первоначальным состоянием, как, например, скелеты саблезубых тигров, открытые в смоляных карьерах около Ла-Бриа в районе Лос-Анджелеса, но большей частью они в разной степени изменены химическими реакциями при сохранении внешнего вида. Наиболее распространенными окаменел остями являются твердые части животных, сложенные обычными минералами, — кости или зубы, состоящие из фосфатных минералов, и раковины, сложенные карбонатом кальция. Мягкие ткани обычно разлагаются слишком быстро, чтобы от них что-нибудь сохранилось, хотя в некоторых видах среды осадконакопления они тоже сохраняются. И это большая удача, потому что большинство докембрийских и раннекембрийских животных были мягкотелыми и их остатки имеют критическое значение для понимания природы кембрийского взрыва.
Химические реакции, которые резко изменяют минеральный и химический составы остатков — как твердых, так и мягких их частей, — обычно оставляют нетронутой морфологию и внутреннюю структуру растений или животных. В типичных случаях реакции происходят после погребения организма в осадках, когда циркулирующая в осадке вода, несущая растворенные в ней минералы, реагирует с первичным материалом погребенного организма, трансформируя его. Хорошим примером такой реакции является окаменевшее дерево, которое сохраняет тончайшие детали своего первоначального строения — годичные кольца и т. п., несмотря на тот факт, что целлюлоза и другие химические компоненты первоначального дерева полностью замещены кремнеземом — той самой составной частью, которая слагает обычный минерал кварц. Как показывает само название, в данном случае древесина была превращена в камень.
Некоторые очень ценные ископаемые вообще являются остатками не организмов, а их следов — это борозды после проползших червей, царапины крабов, отпечатки следов динозавров. Подобно опытному следопыту, который может определить пол, рост и вес человека по не слишком отчетливым следам, некоторые палеонтологи умудрились насобирать по мелочам огромное количество информации о древних организмах и их поведении по такого рода остаткам. Их работа гораздо труднее, чем работа следопыта, поскольку во многих случаях вообще неясно, какое животное оставило данный след.
Студентом я холодно относился к палеонтологии. Помню, как я проводил долгие вечера по пятницам в жаркой комнате старинного здания, делая зарисовки древних существ под руководством доброго, но тоже древнего преподавателя. На этих занятиях почти не было речи о поведении, эволюции или каких-либо процессах, а только о классификации. Я думал, что геофизика или геохимия гораздо более интересные дисциплины; кроме того, мне никогда не нравились мои рисунки. Но если на мгновение призадуматься, согласитесь, что при правильном подходе вряд ли существует нечто более интересное и волнующее, чем держать в руках кусок породы возрастом в 500 миллионов лет, выцарапывать из нее окаменелый остаток какого-нибудь неизвестного существа и пытаться реконструировать мир, каким он был полмиллиарда лет назад. Палеонтологи занимались именно этим. На основе мириадов изученных ими окаменевших остатков животных раннего кембрия они сумели узнать многое о способах перемещения, диете и местах обитания самых разных существ на великом древе эволюции.