形态

纵向三叶虫分为三个部分：头部有眼、口器和其他感觉器官如触角，由许多环组成，尾部

三叶虫的躯体分三个体段（tagmata）：头部由口前的两个环和口后的四个环完全融合在一起组成，由可以相互运动的环组成，尾部由最后几个羽尾扇和完全融合在一起的环组成。最原始的三叶虫尾部的环构造相当简单。三叶虫的非常灵活——化石的三叶虫有时会像现今的地鳖一样可以将身体卷在一起来保护自己。

三叶虫有一对口前的触角，它的其他足之间没有区别。每个足有六个节，这与其他早期的节肢动物类似。第一节还带有羽毛似的副叶被用来呼吸和游泳。躯体上有从中叶伸出的侧叶。这个横向的三叶结构是三叶虫名字的来源，而不是它纵向分为头、胸、尾三部分。

虽然三叶虫只在背部有盔甲，但是它们的外骨骼还是相当重的，它们的外骨骼是由甲壳素为主的蛋白质联合方解石和磷化钙等矿物组成的。不像其他节肢动物那样能够在蜕皮前重新吸收外骨骼中的大部分矿物，三叶虫在蜕皮是将所有盔甲中的矿物全部抛弃，因此一个三叶虫可以留下多个良好地矿物化的外骨骼，这提高了三叶虫化石的数量。在蜕皮时外骨骼首先在头部和之间分开，这是为什么许多三叶虫的化石不是缺少头部就是缺少，其实许多化石是三叶虫蜕掉的皮，而不是死去的三叶虫形成的。大多数三叶虫的头部有两个面部缝合来简化蜕皮过程。头部的两侧有一对复眼，有些种的复眼相当先进。事实上约5.43亿年前三叶虫是第一批进化出真正的眼睛的动物。有人认为眼睛的出现是寒武纪生命大爆发的导致原因。

从奥陶纪到泥盆纪末，一些三叶虫（比如裂肋三叶虫目）进化出了非常巧妙的棘刺（spines）似的结构，尤其在摩洛哥发现了这样的化石。不过要当心的是许多从摩洛哥出售的带有棘刺结构的三叶虫化石实际上是伪造品。此外在俄罗斯西部、美国俄克拉何马州以及加拿大安大略省也有带棘刺结构的化石被发现。这种棘刺结构可能是对于鱼的出现的一种抵抗反应。

据《新科学家》（2005年5月）的报道“有些……三叶……的头上有类似现代甲虫的角。”根据这些角的形状、大小和位置伦敦大学玛利皇后学院的罗布·克奈尔（Rob Knell）和伦敦自然历史博物馆的理查德·福提得出结论认为它们用来作为寻找配偶时进行角斗。假如这个理论正确的话，三叶虫是进化史上最早表现这个行为的动物。

三叶虫的大小在1毫米至72厘米之间，典型的大小在2至7厘米间。最大的三叶虫霸王等称虫（英语：Isotelus）（Isotelus rex）是1998年在加拿大哈得逊湾边上奥陶纪的岩石里发现的。

感觉器官

三叶虫的名字来自于它横向分为中叶和两个对称的侧叶

蛙形镜眼虫的复眼

复眼内透镜数较多之拟平鬃虫

Cheirurus sp.，产于摩洛哥，泥盆纪

Asaphus expansus robustus，产于俄罗斯，奥陶纪

许多三叶虫有眼睛，它们还有可能用来作味觉和嗅觉器官的触角。有些三叶虫是瞎的，可能它们居住在非常深的海底，那里没有光，因此用不着眼睛。有些（比如蛙形镜眼虫Phacops rana）有很大的眼睛。

三叶虫的眼睛是由方解石（碳酸钙，CaCO3）组成的。纯的方解石是透明的，有些三叶虫使用单晶的、透明的方解石来组成其每只眼睛的透镜。这与大多数其他节肢动物不同，大多数节肢动物使用软透镜的、由甲壳素组成的眼睛。三叶虫坚固的方解石透镜无法像人的软晶状体的眼睛那样来调节焦距。但是有些三叶虫的方解石组成一个内部的、复合结构，这个结构可以降低球差，同时提供极好的景深。在今天生存的动物中蛇尾海星Ophiocoma wendtii使用类似的透镜。

典型的三叶虫眼睛是复眼，每个透镜都是一个拉长的棱镜。每只复眼内的透镜数不等，有些只有一个，有些可达上千。在这样的复眼中其透镜一般排列为六边形。

发育

从卵中孵化出来的幼虫被称为原甲期（protaspid），在这个阶段里所有环全部融合在一起形成一个单一的盔甲。在此后的生长期里在每次蜕皮时在尾部前会增加新的环。此后在蜕皮时环的数目不再增加。对三叶虫的幼虫阶段人们的认识很丰富，它们为研究三叶虫之间的亲缘关系提供了非常重要的帮助。

术语

在描述不同属的区别时，头部不同部位的存在、大小和形状特别重要。

图1显示头部的大约形态。面部是头鞍（glabella）两边的侧叶。三叶虫蜕皮或者死后其活动颊（librigena）往往会分开，暴露其头盖（cranidium），图2显示了头部更细致的结构。

来源

Cyphaspis tafilalet，产于摩洛哥，泥盆纪

Ductina vietnamica，产于中国，泥盆纪

基于形态上的类似三叶虫的祖先可能是类似于节肢动物的动物如斯普里格蠕虫或其他隐生宙埃迪卡拉纪时期类似三叶虫的动物。早期三叶虫与伯吉斯页岩和其他寒武纪的节肢动物化石有许多类似的地方。因此三叶虫与其他节肢动物可能在埃迪卡拉纪和寒武纪的交界之前有共同的祖先。

灭绝

Asaphus kowalewskii，一种在俄罗斯出土的三叶虫

二叶石，三叶虫足迹的化石

三叶虫灭绝的具体原因不明，但是志留纪和泥盆纪时期两颚有强大关节连接的鲨鱼和其他早期鱼类的出现与同时发生的三叶虫数量的减少似乎不是无关的。三叶虫可能为这些新动物提供了丰富的食物。

此外到二叠纪后期时三叶虫的数量和种类已经相当少了，仅剩下蚜头虫目（Proetus)，这无疑为它们在二叠纪-三叠纪灭绝事件中灭绝提供了条件。此前的奥陶纪-志留纪灭绝事件虽然没有后来的二叠纪-三叠纪灭绝事件那么严重，但是也已经大大地减少了三叶虫的多样性。

今天存在的与三叶虫最接近的动物可能是鲎或头虾纲（Cephalocarida）等动物

化石分布

清初文人王士祯在《池北偶谈》一书《谈艺》篇中首次记载了泰山燕子石，即三叶虫化石，“背负一小蝠、一蚕，腹下蝠近百，飞者、伏者、肉羽如生，蚕右天然有小凹，可以受水；下方正，受墨。公制为砚，名曰：‘多福砚’”。由于三叶虫总是与其他海洋动物的化石一起被发现，因此它们看来全部在海洋中生活。在远古海洋中三叶虫的生活环境从浅海到深海非常广。偶尔三叶虫在海底爬行时留下的足迹也被化石化了。几乎在所有今天的大陆上均有三叶虫的化石被发现，它们似乎在所有远古海洋中均有生存。

今天在全世界发现的三叶虫化石可以分上万种，由于三叶虫的发展非常快，因此它们非常适合被用作标准化石，地质学家可以使用它们来确定含有三叶虫的石头的年代。三叶虫是最早的、获得广泛吸引力的化石，至今为止每年还有新的物种被发现。一些印第安人部落认识到三叶虫是水生动物，他们称三叶虫为“石头里的小水虫”。

三叶虫是美国俄亥俄州（Isotelus）、威斯康辛州（Calymene）和宾夕法尼亚州（Phacops rana）的州化石（英语：List of U.S. state fossils）。

在英属哥伦比亚、纽约州、中国、德国和其他一些地方发现过非常稀有的、带有软的身体部位如足、鳃和触角的三叶虫化石。

在俄罗斯、德国、摩洛哥、美国和加拿大均有商业采集三叶虫化石的企业。

2000年于加拿大发现最大化石三叶虫Isotelus rex，长720毫米，宽400毫米，时间约4亿4千5百万年前奥陶纪时期的。

分类

三叶虫演化表

莱得利基虫目(Redlichiida)（早寒武纪~中寒武纪）：为最原始的三叶虫，被认为是三叶虫纲其他目的祖先，也是目前已知最早出现在化石上的节肢动物。拥有细小的尾巴和较扁平的身躯，以及巨大的半月形全色眼。

球接子目(Agnostida)（早寒武纪~晚奥陶纪）：身体较小，尾部与头部的形状大小相等，大部分没有眼睛。可能后来演化成甲壳类。

褶颊虫目(Ptychopariida)（早寒武纪~晚奥陶纪）：由莱德利基虫目演化而成，包括的三叶虫种类相当的繁多，其后再演化成其他三叶虫目。拥有较大的，通常比尾部还要长。

栉虫目(Asaphida)（早寒武纪~晚志留纪）：由褶颊虫目演化而成。体型较大，头部与尾部通常大小相近，多数品种外型扁平，具有强壮的尾部。

纵棒头虫目(Corynexochida)（早寒武纪~晚泥盆纪）：由褶颊虫目演化而成，是分布范围极其广泛的三叶虫类别，各大洲都有其代表。

裂肋三叶虫目(Lichida)（中寒武纪~中泥盆纪）：这类三叶虫未有确实的祖先资料。身躯长满小刺。小刺主要用作保护身体，免受袭击，而且具有平衡的作用。有人将裂肋三叶虫目齿肋虫科(Odontopleurida)独立出来，变成齿肋虫目(Odontopleurida)。

镜眼三叶虫目(Phacopida)（早奥陶纪~晚泥盆纪）：这类三叶虫未有确实的祖先资料。具有发达的复眼﹣ 裂色眼，对环境有很强的适应能力，多具有发达的卷曲器官。此类群的灭绝标志着三叶虫繁盛海洋时代的终结。

蚜头虫目(Proetida)（中寒武纪~晚二叠纪）：泥盆纪后期的大灭绝中唯一幸存的三叶虫类，具有流线型的身体，但身上没有刺和装饰。

镰虫目(Harpetida)（中寒武纪~晚泥盆纪）：此类三叶虫无吻板(rostral plate)，且面缝合线(facial suture)的样式十分特殊，是一种沿着头部外缘的缝合线型式。

游盾目(Nektaspida)（早寒武纪~晚志留纪）：包括纳罗虫、周小姐虫等。

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