De periode van 540 miljoen jaar geleden tot 520 miljoen jaar geleden markeerde een schijnbaar nachtelijke overvloed aan meercellige levensvormen in de oceanen van de wereld, een gebeurtenis die bekend staat als de Cambrian Explosion. Veel van deze Cambrian ongewervelde dieren, bewaard in de beroemde Burgess Shale uit Canada, evenals andere fossiele afzettingen rond de wereld waren werkelijk opvallend, in die mate dat paleontologen ooit dachten dat ze een volledig nieuwe (en nu uitgestorven) phyla voorstelden leven. Dat is niet langer de geaccepteerde wijsheid - het is duidelijk dat de meeste, zo niet alle, Cambrian-organismen in de verte verwant waren aan moderne weekdieren en schaaldieren. Toch waren dit enkele van de meest buitenaards ogende dieren in de geschiedenis van de aarde.
De naam zegt het al: Toen Charles Doolittle Walcott Hallucigenia voor het eerst uit de Burgess koos Shale, meer dan een eeuw geleden, was hij zo in de war door het uiterlijk dat hij bijna dacht dat hij was hallucineren. Deze
ongewervelden wordt gekenmerkt door zeven of acht paar spichtige benen, een gelijk aantal gepaarde spikes die uit de rug steken en een hoofd dat praktisch niet te onderscheiden is van zijn staart. (Bij de eerste reconstructies van Hallucigenia liep dit dier op zijn ruggengraat, zijn poten werden aangezien voor gepaarde antennes.) decennia dachten natuuronderzoekers of Hallucigenia een volledig nieuw (en volledig uitgestorven) dierenras van het Cambrium vertegenwoordigde periode; tegenwoordig wordt aangenomen dat het op afstand voorouder was van onychoforen, of fluwelen wormen.Tijdens het Cambrium was de overgrote meerderheid van de zeedieren klein, niet meer dan een paar centimeter lang - maar niet de 'abnormale garnaal', de Anomalocaris, die van kop tot staart meer dan drie voet lang was. Het is moeilijk om de gekheid van deze gigantische ongewervelde te overschatten: Anomalocaris was uitgerust met gestalkte, samengestelde ogen; een brede mond die leek op de ring van een ananas, aan weerszijden geflankeerd door twee puntige, golvende 'armen'; en een brede waaiervormige staart waarmee hij zichzelf door het water voortstuwde. Niemand minder dan Stephen Jay Gould zag Anomalocaris aan voor een voorheen onbekend dierenras in zijn baan boek over de Burgess Shale, "Wonderful Life." Tegenwoordig is het gewicht van het bewijs dat het een oude voorouder was van geleedpotigen.
Als er maar één of twee fossielen van Marrella waren, zou je paleontologen kunnen vergeven dat ze dachten dat deze Cambrische ongewervelde was een of andere bizarre mutatie - maar Marrella is in feite het meest voorkomende fossiel in de Burgess Shale, vertegenwoordigd door meer dan 25.000 exemplaren. Marrella leek enigszins op de Vorlon-ruimteschepen uit "Babylon 5" (clips op YouTube zijn een goede referentie) gekenmerkt door zijn gepaarde antennes, naar achteren gerichte hoofdpennen en ongeveer 25 lichaamssegmenten, elk met zijn eigen paar poten. Minder dan een centimeter lang, Marrella leek een beetje op een sierlijke trilobiet (een wijdverspreide familie van Cambrische ongewervelde dieren waaraan het slechts in de verte verwant was), en men denkt dat het zich heeft gevoed door op zoek te gaan naar organisch afval op de oceaanbodem.
Het lijkt een beetje op een twee centimeter lang Stegosaurus (zij het zonder kop, staart of poten), Wiwaxia was een licht gepantserde Cambrische ongewervelde die ver voorouderlijk lijkt te zijn geweest op weekdieren. Er zijn genoeg fossiele exemplaren van dit dier om te speculeren over zijn levenscyclus. De jeugdige Wiwaxia schijnt de karakteristieke verdedigingspieken te missen die uit hun rug omhoog steken, terwijl volwassen individuen dikker waren gepantserd en de volledige aanvulling van deze dodelijk droegen uitsteeksels. Het onderste gedeelte van Wiwaxia is in het fossielenbestand minder goed bevestigd, maar het was duidelijk zacht, plat en zonder pantser en had een gespierde "voet" die werd gebruikt voor voortbeweging.
Toen het voor het eerst werd geïdentificeerd in de Burgess Shale, werd de bizar ogende Opabinia als bewijsmateriaal voor de plotselinge evolutie van meercellig leven tijdens het Cambrium ("plotseling" in deze context, dat wil zeggen in de loop van een paar miljoen jaar, in plaats van 20 of 30 jaar) miljoen jaar). De vijf gestalkte ogen, de naar achteren gerichte mond en de prominente slurf van Opabinia lijken wel haastig te zijn samengesteld, maar later onderzoek naar de nauw verwante Anomalocaris toonde aan dat Cambrische ongewervelde dieren zich ongeveer in hetzelfde tempo ontwikkelden als alle andere Aarde. Hoewel het moeilijk is om Opabinia te classificeren, wordt aangenomen dat het op de een of andere manier voorouder is van moderne geleedpotigen.
Leanchoilia is op verschillende manieren beschreven als een "arachnomorph" (een voorgestelde clade van geleedpotigen die zowel levende als spinnen en uitgestorven trilobieten) en als een "megacheiran" (een uitgestorven klasse van geleedpotigen die wordt gekenmerkt door hun vergrote aanhangsels). Deze twee centimeter lange ongewervelde ziet er niet zo bizar uit als sommige andere dieren op deze lijst, maar het is een beetje beetje hiervan, een beetje van dat "anatomie is een objectles over hoe moeilijk het kan zijn om 500 miljoen jaar oud te classificeren fauna. Wat we met redelijke zekerheid kunnen zeggen, is dat de vier gestalkte ogen van Leanchoilia niet bijzonder nuttig waren. Het lijkt erop dat deze ongewervelde het liefst zijn gevoelige tentakels gebruikte om zijn weg langs de oceaanbodem te voelen.
In een Cambrian wereld waar vier, vijf of zelfs zeven ogen de evolutionaire norm waren, waren paradoxaal genoeg het vreemdste aan Isoxys de twee bolvormige ogen, waardoor het op een gemuteerde garnaal leek. Vanuit het oogpunt van natuuronderzoekers was het meest opvallende kenmerk van Isoxys het dunne, flexibele schild, verdeeld in twee "kleppen" en sportieve korte stekels aan de voor- en achterkant. Hoogstwaarschijnlijk is deze schaal geëvolueerd als een primitief verdedigingsmiddel tegen roofdieren, en het kan (of in plaats daarvan) een hydrodynamische functie hebben vervuld toen Isoxys in de diepe zee zwom. Het is mogelijk om de verschillende soorten Isoxys te onderscheiden door de grootte en vorm van hun ogen, die overeenkomen met de intensiteit van het licht dat doordringt tot verschillende oceaandiepten.
Deze Cambrian ongewervelde was niet de voorouder van geleedpotigen, maar ook stekelhuidigen (de familie van zeedieren waaronder zeesterren en zee-egels). Helicocystis was niet visueel opvallend - eigenlijk een twee centimeter hoge, ronde stengel verankerd aan de oceaanbodem - maar een gedetailleerde analyse van zijn gefossiliseerde schalen verraadt de aanwezigheid van vijf gespecialiseerde groeven die uit het wezen van dit wezen spiralen mond. Het was deze beginnende vijfvoudige symmetrie die tientallen miljoenen jaren later resulteerde in de vijfarmige stekelhuidigen die we tegenwoordig kennen. Het bood een alternatief sjabloon voor de bilaterale of tweevoudige symmetrie die wordt weergegeven door de overgrote meerderheid van gewervelde en ongewervelde dieren.
Er zijn meer dan 5.000 geïdentificeerde fossiele exemplaren van Canadaspis, waardoor paleontologen dit ongewervelde dier tot in detail konden reconstrueren. Vreemd genoeg ziet het 'hoofd' van Canadaspis eruit als een vertakte staart die vier gestalkte ogen heeft (twee lange, twee korte), terwijl zijn 'staart' eruitziet alsof hij is geplaatst waar zijn kop had moeten gaan. Er wordt aangenomen dat Canadaspis op zijn twaalf paar poten langs de oceaanbodem liep (wat overeenkomt met een gelijk aantal lichaamssegmenten), de klauwen aan het uiteinde van de voorste aanhangsels die sedimenten opwekken om bacteriën en ander afval op te graven voor voedsel. Hoe goed ze ook is getuigd, Canadaspis was buitengewoon moeilijk te classificeren; er werd ooit gedacht dat het direct voorouder was van schaaldieren, maar misschien zelfs eerder dan dat van de boom des levens afgesplitst.
De vreemde verschijning van gewervelde dieren uit het Cambrium lijkt in de wereld van vandaag het meest op de vreemde verschijning van moderne garnalen. In feite was Waptia, de derde meest voorkomende fossiele ongewervelde van de Burgess Shale (na Marrella en Canadaspis), herkenbaar een directe voorouder van moderne garnalen, met zijn kraaloogjes, gesegmenteerd lichaam, halfhard schild en meervoudig poten. Het is mogelijk dat deze ongewervelde zelfs roze is gekleurd. Een onderscheidend kenmerk van Waptia is dat de vier voorste ledematenparen verschilden van de zes achterste ledematenparen; de eerste werden gebruikt om over de zeebodem te lopen en de tweede om door het water te stuwen op zoek naar voedsel.
Een van de meest opwindende dingen van ongewervelde dieren uit het Cambrium is dat er voortdurend nieuwe geslachten worden opgegraven, vaak op extreem afgelegen plaatsen. Aangekondigd in 2014, na zijn ontdekking in Groenland, was Tamiscolaris een naaste verwant van Anomalocaris (zie tweede dia hierboven) die bijna drie voet lang was van kop tot staart. Het belangrijkste verschil is dat, terwijl Anomalocaris duidelijk op zijn mede-ongewervelde dieren joeg, Tamiscolaris een van de 's werelds eerste "filtervoeders", die micro-organismen uit de zee kammen met de delicate haren op de voorste aanhangsels. Tamiscolaris is duidelijk geëvolueerd van een "apex predator" -stijl anomalocarid als reactie op veranderende ecologische omstandigheden waardoor microscopische voedselbronnen overvloediger werden.
Misschien wel de vreemdst uitziende ongewervelde Cambrian die hier wordt gepresenteerd, Aysheaia, is paradoxaal genoeg ook een van de best begrepen. Het heeft veel kenmerken gemeen met zowel onychophorans, ook wel bekend als fluwelen wormen, als de microscopisch kleine wezens die bekend staan als tardigrades, of "water beren. "Te oordelen naar zijn kenmerkende anatomie, graasde dit één of twee inch lange dier op prehistorische sponzen, dat het stevig vasthield met zijn talrijke klauwen. De vorm van zijn mond duidt eerder op roofzuchtige voeding dan op detritusvoeding - net als de gepaarde structuren eromheen mond, die waarschijnlijk werd gebruikt om prooien te grijpen, samen met de zes vingerachtige structuren die uit deze ongewervelde groeien hoofd.