A volte, i paleontologi scavano fossili difficili da classificare. Alcuni fossili sono così criptici che non c’è nemmeno alcun accordo su quale phylum animale appartengano. Ad alcuni, come i Vendozoa, misteriosi “materassi” trapuntati e borse del periodo Ediacarano, da circa 600 a 542 milioni di anni fa, è stato provvisoriamente assegnato un proprio phyla. Altri rimangono fuori luogo, con interpretazioni contrastanti sulla loro affinità. Un fossile la cui classificazione è sconosciuta è indicato come incertae sediis, latino per “posizione incerta”.
Gli organismi fossili difficili da classificare sono i più numerosi dagli albori della vita multicellulare, durante i periodi Edicaran e Cambriano. La vita multicellulare è emersa nell’Ediacaran, circa 600 milioni di anni fa. I fossili di quest’epoca sono così primitivi che è difficile dire cosa siano. Uno di questi organismi fossili è Cloudina, uno dei primi organismi biomineralizzanti, di cui rimane solo un tubo calcareo. Vari esperti di organismi fossili lo chiamano una spugna primitiva, uno cnidaro simile al corallo (parente di meduse) o persino un verme segmentato precoce.
Gli organismi fossili del biota ediacarano sono tra i più misteriosi, perché ce ne sono così tanti e c’è poco consenso sulla classificazione di alcuni tranne che di pochi. Il biota di Ediacara comprendeva i primi ecosistemi multicellulari conosciuti e, come affermato in precedenza, consisteva in vari sacchi, fronde e materassi pieni di liquido con un caratteristico motivo trapuntato. Un membro iconico del biota di Edicaran, Charnia, assomiglia in qualche modo a un moderno cnidaro, la penna marina, portando alcuni scienziati a classificare il biota di Ediacara come cnidari senza cellule urticanti, ma altri ricercatori li chiamano licheni, funghi, protisti giganti, basali metazoi, colonie batteriche e altro. La questione è ancora irrisolta.
Altri organismi fossili che sono stati difficili da classificare provengono dal periodo Cambriano, avvenuto immediatamente dopo l’Ediacarano. Uno dei più famosi è la creatura predatore simile a un gambero Anomalocaris, i cui pezzi costituenti erano un tempo ritenuti tre organismi distinti. Inizialmente si pensava che una delle sue “braccia” staccate appartenesse a un crostaceo, la sua bocca, a forma di fetta di ananas, fu scambiata per una medusa, e il suo corpo fu classificato come una spugna. Solo nel 1985 gli scienziati si sono resi conto che si trattava di parti di un proto-artropode predatore, il più grande predatore Cambriano conosciuto lungo fino a un metro.
Altri organismi fossili che si sono rivelati difficili da classificare includono il Cambriano Wiwaxia, Opabina, Odontogriphus e molti altri. Dopo il Cambriano, molti organismi si stabiliscono in phyla ben consolidati e diventano più facili da classificare.