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始於中奧陶世,至泥盆紀達於極盛,絕滅於晚侏羅世,延續生存約 3億年。石燕類以腕螺和殼形的特點為主要依據,分成石燕超科(Spiriferacea),無窗貝超科(Athyridacea),萊采貝超科(Retziacea)和無洞貝超科(Atrypacea)(圖1)。 石燕超科的腕螺頂端指向側後方。兩瓣殼都有邊緣清楚的鉸合面,三角孔洞開,有時蓋著三角板。兩殼都凸起,腹殼的凸度往往較大。腹殼的中部殼面下凹成中槽,背殼的相應部位凸起成中隆。殼表除較顯著的同心狀和放射狀褶飾外,微細紋飾的類型特別多樣,有細紋和刺、瘤等構成的各種組合,是石燕超科進一步分類的主要依據。支持鉸齒的齒板有時缺失,有時很發達,甚至相聚成匙形台,並與中隔板聯結。背殼內附著開肌的主突起不很發達。石燕超科的最早代表是始石燕屬(Eospirifer),出現於早志留世初期,多數類群在古生代末滅絕,僅一支有疹的類群延續、繁盛於三疊紀,並在早侏羅世消失。有的學者將正形貝目視作石燕族的直接祖先,另一些學者則反對這種觀點。弓石燕在中國南方泥盆紀地層中分布極廣。中藥的石燕即取材於弓石燕等石燕貝類化石(圖2)。 無窗貝超科的腕螺指向側方,還具備複雜程度不一的聯接腕螺的腕骨──鎖骨。兩殼都缺失鉸合面,腹殼有圓形的莖孔。殼表往往光滑,具同心紋飾,少數有殼線。本超科初見於晚奧陶世,絕滅於侏羅紀。萊采貝超科的主要特徵是:殼表多具放射狀線、褶,殼形與小嘴貝類相仿;而其腕骨構造包括指向側方的腕螺和複雜的鎖骨卻又與無窗貝超科的相同,但以其殼壁具疹孔可與後者區分。此外,它的主突起及相關的構造也特別繁複。此超科生存在志留紀至三疊紀。
無洞貝超科的成員多半缺失鉸合面,具備圓形的莖孔,其下有時蓋著窗板(三角板)。腕螺頂端指向背方。兩殼均凸起,背殼的凸度常大於腹殼,無中隆和中槽。根據殼面裝飾的發育情況,此超科可分為具放射狀紋飾的無洞貝類和僅具同心狀紋飾的光滑無洞貝類。生存時間為中奧陶世到晚泥盆世早期。在石燕類中,此超科歷程最短。這似乎表明指向背方的腕螺不利於適應環境的急劇演變,以致它們最先被淘汰。目前,多數學者認為與無洞貝最密切的是小嘴貝類,前者是從後者演化而來的。據此,有些學者主張將無洞貝超科從石燕貝目中分出來,另立1目。
上述 4超科的化石在中國奧陶紀後的古生代和三疊紀海相地層中相當普遍,對於劃分對比地層有重要意義。