大约5.5亿到6亿年前（寒武纪时期），许多多细胞、有性繁殖的生命形式首次出现——预示着地球上生物复杂性的巨大飞跃。到地球形成时，宇宙的年龄已经是现在的三分之二，不久之后，生命就出现在地球表面。但数十亿年来，生命一直处于相对原始的状态。在寒武纪大爆发之前，经过了将近40亿年的时间，复杂的生物体——包括动物、植物和真菌——成为了地球上主要的生命形式。
令人惊讶的是，从单细胞到我们今天所认识的多样化的生物，只有少数关键的发展是必要的。我们不知道在生命起源的星球上，这条路是简单的还是艰难的。我们不知道复杂的生命是常见的还是罕见的。但我们知道它发生在地球上。
这条海岸线由前寒武纪的石英岩组成，其中许多岩石可能含有化石生命形式的证据，这些化石生命形式孕育了现代植物、动物、真菌和其他多细胞、有性繁殖的生物。这些岩石在其漫长而古老的历史中经历了密集的褶皱，并没有显示出后来寒武纪岩石所具有的丰富的复杂生命证据。一旦第一个生物体出现，我们的星球上就充满了从环境中获取能量和资源的生物体，它们通过新陈代谢来生长、适应、繁殖，并对外界刺激做出反应。由于资源短缺、竞争、气候变化等因素造成的环境变化，某些性状增加了生存的几率，而其他性状则降低了生存的几率。由于自然选择现象，最能适应变化的生物得以生存和繁衍。
仅仅依靠随机突变，并将这些特征遗传给后代，就进化的进程而言是极其有限的。如果改变遗传物质并将其传递给后代是进化的唯一机制，可能永远不会达到复杂性。
但数十亿年前，生命发展出了基因转移的能力，基因物质可以通过非无性繁殖的机制从一个有机体转移到另一个有机体。但他们都有共同点：单细胞，原始生物开发有用的基因序列为特定目的序列可以转移到其他生物，授予他们辛辛苦苦进化的能力。
这是现代细菌产生抗生素耐药性的主要机制。如果一种原始生物能够进化出一种有用的适应能力，那么其他生物也能进化出同样的适应能力，而不需要从零开始进化。
细菌横向而不是纵向(通过繁殖)获取遗传信息的三种机制是转化、转导和接合。第二个主要的进化步骤是在单个生物体中开发专门的成分。最原始的生物拥有自由漂浮的遗传物质，这些遗传物质被细胞膜内的原生质包裹着，没有什么比细胞膜更特殊的了。这些是世界上的原核生物：被认为存在的第一种生命形式。
但是更进化的生物在它们的体内包含了创建微型工厂的能力，能够实现特定的功能。这些被称为细胞器的微型器官预示着真核生物的出现。真核生物比原核生物大，有更长的DNA序列，但也有特殊的组成部分，执行自己独特的功能，独立于他们居住的细胞。
与更原始的原核细胞不同，真核细胞具有分化的细胞器，具有自己的特殊结构和功能，使它们能够以相对独立于细胞其他功能的方式执行许多细胞的生命过程。这些细胞器包括细胞核、溶酶体、叶绿体、高尔基体、内质网和线粒体。线粒体本身是非常有趣的，因为它们提供了一个了解生命进化历史的窗口。
如果你把单个线粒体从细胞中取出，它就能独立存活。线粒体有自己的DNA，可以代谢营养物质：它们满足生命的所有定义。但实际上它们也是由所有真核细胞产生的。包含在更复杂、更高度进化的细胞中的基因序列，使它们能够创造出与更早期、更原始的生物体相同的自身成分。包含在复杂生物DNA中的是创造自己版本的简单生物的能力。
亚细胞水平扫描电镜图像。虽然DNA是一种极其复杂的长分子，但它和其他所有物质都是由相同的组成单元(原子)构成的。据我们所知，生命所基于的DNA结构早于化石记录。DNA分子越长越复杂，它能编码的潜在结构、功能和蛋白质就越多。在生物学中，结构和功能可以说是最基本的关系。如果一个生物体发展出了执行特定功能的能力，那么它就会有一个编码信息的基因序列，以形成执行该功能的结构。如果你在自己的DNA中获得了这种遗传密码，那么你也可以创造出一种结构，来执行特定的功能。
随着生物的复杂性增加，它们积累了大量的基因，这些基因编码了具有多种功能的特定结构。当你自己形成这些新的结构时，你就获得了执行那些没有这些结构就无法执行的功能的能力。虽然单细胞生物更简单，繁殖速度更快，但能够执行更多功能的生物往往更具适应性，对变化更有弹性。
线粒体是真核细胞中发现的一些特殊的细胞器，它本身让人想起原核生物。它们甚至有自己的DNA(黑点)，聚集在离散的焦点上。有了许多独立的成分，真核细胞可以在各种条件下茁壮成长，而它们简单的原核细胞则不能。但是增加复杂性也有缺点。当休伦冰期结束，地球再次成为一个温暖潮湿的世界，有大陆和海洋时，真核生物已经很常见了。原核生物仍然存在(现在仍然存在)，但不再是我们这个世界上最复杂的生物。然而，要使生命的复杂性爆发，还需要另外两个步骤：多细胞性和有性繁殖。
根据地球上留下的生物记录，多细胞生物是经过无数次独立进化而成的。在早期，单细胞生物获得了形成菌落的能力，许多单细胞生物将自己缝合在一起形成微生物席。这种类型的细胞合作使一组有机体在一起工作时能够取得比单独任何一个有机体都要大的成功。
这里显示的绿藻是一个真正的多细胞生物的例子，一个单一的样本由多个独立的细胞组成，这些细胞共同工作，使整个有机体受益。多细胞生物提供了一个更大的优势：拥有“吃白食的”细胞的能力，或者不需要做任何工作就能从群体生活中获益的细胞。在单细胞生物的环境中，白吃白喝的细胞本质上是有限的，因为产生过多的白吃白喝的细胞会破坏菌落。但是在多细胞生物的环境中，不仅可以打开或关闭白吃白喝细胞的产生，而且这些细胞可以发展出特殊的结构和功能，以帮助整个有机体。多细胞性的最大优势是分化的可能性：多种类型的细胞共同工作，以获得整个生物系统的最佳利益。
多细胞生物不是让单个细胞在一个群体中竞争遗传优势，而是让一个有机体伤害或破坏自身的各个部分，从而使整体受益。据数学生物学家埃里克·利比说：
真核生物有多种谱系，多细胞性由许多独立的起源演化而来。疟原虫黏菌、陆生植物、红藻、褐藻、动物，以及许多其他种类的生物，都在地球历史的不同时期进化出多细胞生物。事实上，最早的多细胞生物可能早在20亿年前就出现了，一些证据支持了早期水生真菌更早出现的观点。
但并不是只有多细胞生物才使现代动物生命成为可能。真核生物比原核生物需要更多的时间和资源来发育成熟，多细胞真核生物的时间跨度更大。复杂性面临着巨大的障碍：与它们竞争的更简单的生物体能够更快地改变和适应。
一种被称为虹吸体的迷人的生物体本身就是一群小动物的集合，它们共同努力形成一个更大的群体生物体。这些生命形式横跨多细胞生物和群居生物之间的边界。在很多方面，进化就像一场*备竞赛。存在的不同生物体不断地争夺有限的资源：空间、阳光、营养等等。他们还试图通过直接的手段，如掠夺，摧毁他们的竞争对手。一个具有单一关键突变的原核细菌可以有数百万代的机会消灭一个大型、长寿的复杂生物。
现代动植物与快速繁殖的单细胞对手竞争的关键机制是有性繁殖。如果一个竞争对手有数百万代人来研究如何摧毁一个更大、速度更慢的有机体，那么适应能力更强的有机体就会胜出。但是有性繁殖允许后代与亲本有显著的不同，而无性繁殖则不能与之匹配。
有性繁殖的生物体只能将各自50%的DNA传递给后代，其中有许多随机因素决定了哪些特定的50%能够遗传下去。这就是为什么后代与他们的父母和兄弟姐妹只有50%的DNA相同，不像无性繁殖的生命形式。为了生存，有机体必须正确编码所有负责其功能的蛋白质。在错误的地方发生一个突变就可能导致错误，这就强调了正确复制DNA中的每个核苷酸是多么重要。但是缺陷是不可避免的，即使有了生物体用来检查和纠正错误的机制，在1/10,,到1/10,,,之间复制的碱基对中也会有错误。
对于无性繁殖的生物体来说，这是父母之间遗传变异的唯一来源。但是对于有性繁殖的生物体来说，父母双方DNA的50%将组成孩子，其中约0.1%的DNA在不同的样本间变化。这种随机化意味着，即使是一个适应能力很强的单细胞生物，在面对孩子的挑战时，也会适应能力较差。
在有性繁殖中，所有的生物体都有两对染色体，每一对父母都将其DNA的50%(每一对染色体中的一条)贡献给孩子。你得到的50%是一个随机的过程，允许兄弟姐妹之间存在巨大的基因变异，与父母中的任何一方都明显不同。有性繁殖还意味着，与无性繁殖相比，生物体在更少的世代内就有机会适应不断变化的环境。突变只是上一代到下一代变化的一种机制;另一种是遗传给后代的变异。
如果在后代中有更广泛的多样性，当一个物种的许多成员被选择对抗时，存活的机会就更大。幸存者可以繁殖，在那个时刻传递优先的特性。这就是为什么植物和动物可以存活几十年、几百年或几千年，并且仍然能够在每年繁殖数十万代的生物体的持续冲击下存活下来。
毫无疑问，将基因水平转移、真核生物的发展、多细胞生物和有性生殖从原始生命转变为主宰世界的复杂、分化的生命，这种说法过于简单化了。我们知道这发生在地球上，但我们不知道它的可能性有多大，也不知道它在地球上需要的数十亿年是典型的，还是比平均速度快得多。
我们所知道的是，在寒武纪大爆发之前，地球上已经存在了近40亿年的生命。寒武纪大爆发预示着复杂动物的出现。地球上早期生命的故事是地球上大多数生命的故事，只有最近的5.5亿到6亿年间，我们所熟悉的世界才得以展现。经过亿年的宇宙之旅，我们终于准备好进入一个复杂的、分化的、可能还有智慧生命的时代。
伯吉斯页岩化石矿床可以追溯到中寒武纪，可以说是地球上最著名、保存最完好的化石矿床。至少有种复杂、分化的动植物已被确认，这标志着地球进化史上最重要的时代之一:寒武纪大爆发。这幅透视画展示了一个基于模型的重建，以真实的颜色再现了当时的生物体。
