Se basan en el estudio de los fósiles, que son restos de seres que vivieron en el pasado o de su actividad que han quedado preservadas. Muchos fósiles guardan cierta similitud con especies actuales.
Al comparar su anatomía con la de grupos de animales y plantas aparecen características estructurales que son semejantes entre todos, lo que sugiere que debe haber relaciones ancestrales.
El registro fósil es el conjunto de fósiles existentes. Es una pequeña muestra de la vida del pasado distorsionada y sesgada. No se trata, además, de una muestra al azar. Cualquier investigación paleontológica debe tener en cuenta estos aspectos, para comprender qué se puede obtener a través del uso de los fósiles.
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