Die ältesten Fossil-Belege für das Vorhandensein von Zweiseitentieren sind allerdings mindestens 250 Millionen Jahre jünger als ihr errechnetes erstes Auftreten. Sie stammen nicht aus dem Tonium, sondern erst aus der letzten Phase des Ediacariums. Dementsprechend werden zum Beispiel Fossilien der Gattung Kimberella auf 555 Millionen Jahre datiert. Überreste dieser Tiere waren das erste Mal im Jahr 1959 bekannt gemacht worden und ihre sorgfältige naturwissenschaftliche Erstbeschreibung erfolgte 1966. Damals wurde Kimberella noch für ein Hohltier gehalten. Ab 1997 legten allerdings neue Fossilfunde nahe, dass die Gattung zu den Zweiseitentieren gehörte. Im März 2020 wurde die Entdeckung eines ähnlich alten Fossils, eines Wurms, der die Bezeichnung Ikaria wariootia erhielt, veröffentlicht. Das etwa reiskorngroße Fossil wurde in Südaustralien entdeckt und auf ein Alter von 571 bis 539 Millionen Jahre datiert.