De meest spectaculaire gebeurtenis in het Cenozoïsche terrestrische milieu is de diversificatie en de opkomst tot dominantie van de zoogdieren geweest. Van slechts enkele groepen kleine zoogdieren in het late Krijt, die in het kreupelhout leefden en zich verstopten voor de dinosauriërs, evolueerden meer dan 20 zoogdierorden snel en waren ingeburgerd tegen het vroege Eoceen. Hoewel er aanwijzingen zijn dat deze adaptieve radiatie reeds lang voor het einde van het Krijt was begonnen, versnelde het tempo van de soortvorming in het Paleoceen en het Eoceen. Aan het einde van het Paleoceen verving een grote faunale turnover (uitsterven en ontstaan) vele archaïsche groepen (multituberculaten, plesiadapiden, en “condylarth” hoefdieren) grotendeels door in wezen moderne groepen zoals de perissodactylen (waartoe primitieve paarden, neushoorns en tapirs behoren), artiodactylen (waartoe kamelen en herten behoren), knaagdieren, konijnen, vleermuizen, proboscidea en primaten.
Courtesy of the American Museum of Natural History, New York
In het Eoceen verspreidden deze groepen zich wijd en zijd, migrerend via een noordelijke route, waarschijnlijk van Eurazië naar Noord-Amerika. In het late Eoceen leidde een periode van wereldwijde afkoeling tot veranderingen in de vegetatie, waardoor gebieden met dicht regenwoud veranderden in meer open bos- en graslanden. Dit veroorzaakte een nieuw interval van evolutionaire veranderingen, waaronder het verdwijnen van de laatste primitieve herbivoren, zoals de brontotheres. Vanaf het Oligoceen Tijdperk werden landzoogdiergemeenschappen gedomineerd door vertegenwoordigers van de zoogdiergroepen die vandaag leven, zoals paarden, neushoorns, antilopen, herten, kamelen, olifanten, katachtigen en hoektanden.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Deze groepen ontwikkelden zich aanzienlijk tijdens het Mioceen, toen de veranderingen in klimaat en vegetatie meer open grasland opleverden. Beginnend met primitieve vormen met laaggekroesde tanden voor het snoepen van bladerige vegetatie, ontwikkelden veel plantenetende zoogdieren gespecialiseerde tanden voor het grazen van korrelig gras en lange ledematen om te rennen en te ontsnappen aan steeds efficiëntere roofdieren. Tegen het einde van het Mioceen waren op de meeste continenten graslandgemeenschappen ontstaan die vergelijkbaar waren met die in de moderne savannes van Oost-Afrika. De evolutie binnen veel groepen landzoogdieren sinds het late Mioceen is sterk beïnvloed door de dramatische klimaatschommelingen van het late Cenozoïcum.
Met dank aan het American Museum of Natural History, New York
Migratie van zoogdieren van Eurazië naar Noord-Amerika
De snelle evolutionaire diversificatie of uitstraling van zoogdieren in het vroege Tertiair was waarschijnlijk vooral een reactie op het verdwijnen van reptielachtige concurrenten door de massa-extinctie aan het eind van het Krijt. Latere gebeurtenissen in de evolutie van zoogdieren kunnen zich echter hebben voorgedaan als reactie op veranderingen in de geologie, de geografie en de klimatologische omstandigheden. In het midden van het Eoceen tijdperk bijvoorbeeld werd de directe migratie van landzoogdieren tussen Noord-Amerika en Europa onderbroken door het verbreken van de Thulean Land Bridge, een verbinding die voor die tijd al bestond. Hoewel Europa werd afgesneden van Noord-Amerika, bleef Azië (vooral Siberië) in contact met Alaska gedurende het late Eoceen, en herhaalde migraties vonden plaats gedurende het Oligoceen en Mioceen tijdperk.
Tijdens het vroege Mioceen bracht een immigratiegolf van zoogdieren uit Eurazië beren-honden (vroege voorouders van de moderne hoektanden van het geslacht Amphicyon), Europese neushoorns, wezels, en een verscheidenheid van op herten gelijkende zoogdieren naar Noord-Amerika. In deze periode ontsnapten ook mastodonten uit hun isolement in Afrika en bereikten Noord-Amerika tegen het midden van het Mioceen. Paarden en knaagdieren ontwikkelden zich in het vroege Eoceen, en mensapen ontstonden in het midden van het Eoceen. De immigratie van Afrikaanse zoogdierfaunas, waaronder proboscidea (mammoeten, mastodonten en andere verwanten van de moderne olifanten), naar Europa vond ongeveer 18 miljoen jaar geleden plaats (vroeg Mioceen). Klimatologische afkoeling en uitdroging tijdens het Mioceen leidden tot verschillende perioden waarin graslandecosystemen zich uitbreidden en gelijktijdige evolutionaire diversificaties van grazende zoogdieren optraden.
Migratie van zoogdieren tussen Noord- en Zuid-Amerika
Tijdens het late Plioceen konden door de landbrug die gevormd werd door de Centraal-Amerikaanse landengte opossums, stekelvarkens, gordeldieren en luiaards vanuit Zuid-Amerika naar het zuiden van de Verenigde Staten migreren. Een veel grotere golf van typisch Noordelijk halfrond dieren trok echter naar het zuiden en heeft wellicht bijgedragen tot het uitsterven van de meeste zoogdieren die in Zuid-Amerika endemisch waren. Tot deze Noordamerikaanse indringers behoorden honden en wolven, wasberen, katten, paarden, tapirs, lama’s, pekari’s en mastodonten.