从化石与形态学上分析,具有八腕总目的头足动物高等与十腕总目的,也就是说章鱼进化的更高等。
以进化史上看,头足动物多遵循多腕足到少腕足,外壳到内壳,内脏简单到复杂的规律。
章鱼类有进化精进的八腕足,内外壳基本退化,有复杂的内脏系统,而且有软体类最为聪明的头脑,而且似乎已超过一般动物的思维能力了。基本符合规律,加之化石年代的确定,可以定位于高于乌贼类的阶层及整个软体类进化程度最高的一类。
头足纲可分为两个到四个亚纲,其中现存两个亚纲。一个是蛸亚纲(Coleoidea)又称为二腮亚纲,外壳已经消失或是内化。此亚纲包括章鱼、乌贼、墨鱼等。另一个是鹦鹉螺亚纲(Nautiloidea)又称为四鳃亚纲,外壳依然存在,此纲包括鹦鹉螺等。另有已灭绝的菊石亚纲(Ammonoidea,也可以分类为四鳃亚纲)和箭石亚纲(Belemnoidea)。
相对章鱼与乌贼为最高等的亚纲中。
头足纲在寒武纪晚期出现,在古生代和中生代期间支配并分化出水生型态。已灭绝的Tommotia是头足纲的原始型态,它有类似章鱼的触手,但却用类似蜗牛的脚来行走于海床。早期的头足纲位在食物链的顶端。 不论是古代的箭石类(Belemnoidea)或是现代的新头足类(Neocoleoidea),或是菊石(ammonoids),都是由拥有外壳的鹦鹉螺类在4.5亿年前到3亿年前的古生代分化出来。古代的头足纲有外壳保护,这些外壳原本是圆锥状,但是后来变成了鹦鹉螺那样的螺旋形状。到了现代,许多的种类依然有内壳,而大多数拥有外壳的种类在白垩纪就消失了。
蛸亚纲(Coleoidea),又称二鳃亚纲,属于软体动物门头足纲。以下有9个目: 箭石目:箭石(已灭绝) 十腕总目(Decapodiformes ) 旋乌贼目(Spirula) 乌贼目(Sepiida)例如乌贼 耳乌贼目(Sepiolida) 枪形目或管鱿目(Teuthida):例如鱿鱼 八腕总目(Octopodiformes ) 章鱼目:例如章鱼、船蛸(Argonauta)、水母蛸(Amphitretus)等。 吸血鬼乌贼目:吸血鬼乌贼(Vampyroteuthis)活化石,又称幽灵蛸。
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