Характерной чертой палеонтологической летописи является ее неполнота — она не содержит сведений о многих формах организмов, которые или были сравнительно немногочисленными, или обитали в областях, где не создавались заметные толщи отложений, или где отложения были в дальнейшем разрушены.
Вероятность сохранения сведений в палеонтологической летописи существенно зависит от условия захоронения животных, причем она значительно возрастает для животных, имеющих твердые части тела, которые легче подвергались процессу фоссилизации. В связи с этим сравнительно хорошо освещена история позвоночных, обладающих развитым скелетом.
Схематичные сведения об истории этих животных представлены, где высота заштрихованных зон характеризует время существования классов позвоночных, а их ширина — примерное число групп, входивших в эти классы для различных интервалов времени. Как видно из этого рисунка, почти все современные позвоночные принадлежат к шести классам: хрящевые рыбы, костные рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие.
В настоящее время не существует более или менее общепринятых представлений о причинах возникновения и распространения каждого из этих классов в определенный момент времени, а также о причинах значительных колебаний разнообразия форм, входящих в эти классы, в геологическом прошлом.
Можно отметить, что ранее существовали определенные представления о причинах возникновения перечисленных выше групп животных. В мифологии ряда народов эти причины связывались с творческой деятельностью внеземных сил. Эта идея не была отброшена после возникновения научной палеонтологии. В первой половине XIX в. ее пытались приспособить к истолкованию палеонтологической летописи Агассис, Д’Орбиньи и другие ученые того времени. В результате быстрого распространения теории возникновения видов путем естественного отбора наиболее приспособленных организмов, предложенной Дарвиным и Уоллесом, во второй половине XIX в. взгляды Агассиса и Д’Орбиньи были признаны ошибочными, хотя они не были заменены каким-либо другим объяснением причин возникновения различных групп животных в определенные моменты времени.
Можно представить два возможных варианта решения этого вопроса. Один из них связан с допущением, что макроэволюция (процесс формирования высших таксономических групп, в данном случае — классов позвоночных) не отличается принципиально от микроэволюции (процесса образования видов) и является суммой сравнительно небольших изменений организмов, возникших в ходе видообразования.
Так как процесс образования видов происходит под влиянием локальных колебаний условий окружающей среды в отдельных экологических системах, то этот процесс может развиваться при постоянных или мало изменяющихся глобальных условиях эволюции, создаваемых абиотическими компонентами биосферы. Колебания состояния малых по сравнению с биосферой экологических систем, детерминированные для каждой системы, могут быть случайными для биосферы в целом, также как колебания отдельных молекул случайны по отношению к физическому состоянию тела, включающего эти молекулы.
Отметим, что далеко не очевидна возможность возникновения значительных изменений организмов, соответствующих формированию высших таксономических групп, путем суммирования небольших разнородных изменений. Представляется вероятным, что если такая возможность существует, процесс макроэволюции должен иметь в значительной мере стохастический характер.
Второй вариант механизма формирования новых фаун должен иметь место, если на протяжении геологической истории происходили крупномасштабные изменения абиотических компонент окружающей среды. Если эти изменения были достаточно велики, они могли оказывать значительное влияние на эволюцию и в особенности на макроэволюцию. В таком случае макроэволюционный процесс должен быть в большой мере детерминированным, что облегчает поиски пути причинного и количественного объяснения главных закономерностей этого процесса. Для этой цели необходимо исследовать связи смены последовательных фаун с изменением среды, окружающей организм.