Muitos grupos de organismos com grande relevância para a biodiversidade atual surgiram durante a Era Mesozoica (250-66 milhões de anos atrás). Ao longo dos três períodos que a compõem (Triássico, Jurássico e Cretáceo), diversos grupos de insetos, peixes, anfíbios, lagartos, serpentes, crocodilos, aves e mamíferos aparecerem. No reino vegetal, fósseis de angiospermas são encontados pela primeira vez.

O clima da Terra e a configuração dos continentes foram profundamente modificados ao longo do Mesozoico. No início do Triássico, as massas de terra ainda formavam um único supercontinente - a Pangeia. No Cretáceo, ocorre a separação entre África e América do Sul e a formação do Oceano Atlântico.

Rochas datadas do Mesozoico são encontradas em todas as regiões do Brasil. Nesse contexto, o foco de trabalho do Laboratório de Paleontologia e Macroevolução se dá em duas frentes.

A primeira delas engloba os depósitos do período Triássico do Rio Grande do Sul, onde foram encontrados alguns dos mais antigos dinossauros do mundo. Entre eles, destacamos o Staurikosaurus, Saturnalia, Pampadromaeus, Buriolestes e Nhandumirim. Além desses, outros grupos de vertebrados também foram descobertos, como os cinodontes (precursores dos mamíferos), rincossauros (grandes répteis herbívoros, parentes distantes dos dinossauros) e formas de transição entre os répteis e dinossauros.

A segunda linha de pesquisa se concentra nos ecossistemas do Cretáceo da Bacia do São Francisco (MG) e da Bacia do Araripe (Nordeste do Brasil), onde estudamos diversos tipos de microfósseis, crustáceos, insetos, peixes, plantas e répteis. As rochas dessas bacias sedimentares guardam registros de como a mudança da configuração dos continentes e as alterações climáticas afetaram os ecossistemas da época, incluindo sua fauna e flora.

O LPM conta com uma excelente estrutura para estudo de fósseis do Cretáceo. Os equipamentos mais utilizados são estereomicroscópios, canetas pneumáticas (instrumentos para remover restos de rocha onde os fósseis ficam preservados), material para preparação química e microscópio eletrônico de varredura. Atualmente desenvolvemos parceria com outras instituições para uso de técnicas mais avançadas como espectroscopia e tomografia computadorizada.

Parte do sistema reprodutivo das plantas envolve a produção de esporos e grãos de pólen - estruturas do tamanho de células, envoltas por uma substância resistente à degradação em ambientes anóxicos.

Produzidos aos milhares, há uma grande probabilidade de esporos e grãos de pólen serem encontrados em depósitos sedimentares ricos em matéria orgânica, mesmo naqueles em que quase não há preservação de restos macroscópicos de vegetais, como folhas, caules e raízes. Nesse sentido, o paleontólogo pode desvendar quais plantas viveram no passado olhando apenas para os palinomorfos encontrados em rochas e solos.

Como as plantas fornecem uma espécie de assinatura do ambiente físico, como clima e umidade, a Palinologia é uma importante ferramenta para estudos sobre mudanças climáticas e a evolução dos biomas.

O LPM desenvolve pesquisas com palinomorfos continentais, especialmente aqueles ligados à origem e evolução do Cerrado, e as mudanças climáticas que afetaram os ecossistemas da região central do Brasil (principalmente o estado de Minas Gerais) ao longo dos últimos 40.000 anos.

A infraestrutura necessária a este tipo de estudo inclui equipamento para amostragem de depósitos sedimentares (testemunhador tipo Russo), material de segurança para manipulação de ácidos fortes (HF, HCl, H2SO4) e microscópio óptico com profundidade de foco.

O estado de Minas Gerais é rico em cavernas formadas em rochas muito antigas, quando parte do atual território do estado era ocupado por um extenso mar. Essas cavernas, formadas basicamente por carbonato de cálcio, podem se transformar em 'armadilhas', preservando os organismos que morreram dentro desse ambiente, ou que foram transportados para o seu interior pela água ou por algum predador.

Parte da história das ciências naturais do século XIX está intimamente relacionada às cavernas de Minas Gerais, como resultado do trabalho pioneiro do dinamarquês Peter Lund, o fundador da Paleontologia brasileira.

As cavernas formadas em rochas ricas em ferro, como as encontradas no Quadrilátero Ferrífero e no norte de Minas (Vale dos Gigantes), tem um menor potencial para preservação de fósseis. No entanto, por terem substrato rígido, elas podem conter marcas de escavação feitas por organismos do passado - originando as paleotocas.

O LPM trabalha com diversos aspectos dos ambientes de caverna, também conhecidos como ambientes cársticos.

Entre eles, destaca-se o estudo dos fósseis preservados nesses depósitos, incluindo sua anatomia, paleoecologia e relações filogenéticas, os processos que levaram à sua formação e a importância desses ambientes como memória e patrimônio natural.