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 。
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