Tiến hóa của thú

Phục dựng loài Procynosuchus, thành viên của nhóm cynodont, bao gồm cả tổ tiên của động vật có vú
Tiến trình tiến hóa của động vật có vú đã trải qua nhiều giai đoạn kể từ khi tổ tiên của chúng, động vật Một cung bên, lần đầu tiên xuất hiện vào cuối kỷ Than đá. Vào giữa kỷ Tam Điệp, nhiều loài Một cung bên trông giống động vật có vú bắt đầu xuất hiện. Dòng dõi dẫn đến động vật có vú ngày nay rẽ nhánh vào kỷ Jura; thú Một cung bên từ thời kỳ này bao gồm chi Dryolestes, quan hệ gần hơn với các thú có nhau thai (placentalia) và thú có túi (marsupial) hiện đại hơn là các loài thú thuộc bộ Đơn huyệt (monotreme), các chi khác như Ambondro, thì quan hệ gần hơn với thú đơn huyệt. Sau này, hai dòng dõi eutherian và metatherian tách ra; metatherian là những động vật có họ hàng gần hơn với thú có túi còn eutherian gần gũi hơn với thú có nhau thai. Vì Juramaia (loài thú eutheria được biết đến sớm nhất) sống cách đây khoảng 160 triệu năm trong kỷ Jura, sự tách rời giữa hai dòng thú này chắc hẳn đã phải xảy ra trong cùng thời kỳ đó.
Sau sự kiện tuyệt chủng kỷ Phấn trắng – Paleogen quét sạch những loài khủng long không phải là chim (chim là nhánh khủng long duy nhất còn sót lại) và một số nhóm động vật có vú, thú có nhau thai và thú có túi tiến hóa thành nhiều dạng mới và chiếm các hốc sinh thái bị bỏ trống trong suốt đại Tân Sinh.
Động vật có vú là nhóm động vật Một cung bên duy nhất còn tồn tại. Dòng dõi Một cung bên tách ra khỏi lớp Mặt thằn lằn vào giai đoạn cuối kỷ Than đá, khoảng 320-315 triệu năm trước. Lớp Mặt thằn lằn bao gồm các loài bò sát và chim ngày nay, cùng với tất cả các loài động vật tuyệt chủng có quan hệ mật thiết với chúng. Nhóm này không bao gồm các loài bò sát giống động vật có vú, một nhóm gần gũi hơn với các động vật có vú.
Trong suốt kỷ Permi, các động vật Một cung bên bao gồm nhiều loài ăn thịt chiếm ưu thế và một số động vật ăn cỏ quan trọng. Tuy nhiên, trong kỷ Tam Điệp kế tiếp, một nhóm Mặt thằn lằn khá khiêm tốn trước đó gọi là lớp thằn lằn chúa, đã vươn lên và chiếm ưu thế. Các động vật có vú xuất hiện trong thời kỳ này; với khứu giác vượt trội và bộ não lớn, đã tạo tiền đề cơ bản cho các thích ứng phù hợp tại hốc sinh thái ban đêm, thời điểm mà chúng ít tiếp xúc với các loài săn mồi (chủ yếu là thằn lằn chúa) lớn hơn. Lối sống về đêm có lẽ đã góp phần rất lớn vào sự phát sinh các đặc điểm của lớp thú ngày nay như lông mao giữ ấm cơ thể và hệ trao đổi chất hằng nhiệt. Vào kỷ Phấn Trắng, sau khi khủng long chân thú thay thế các loài Rauisuchia (họ hàng với cá sấu) để trở thành động vật ăn thịt chiếm ưu thế, động vật có vú phải chạy lan sang các hốc sinh thái khác. Ví dụ, một số trở thành thủy sinh, một vài trở thành loài bay lượn và một số thậm chí ăn thịt cả khủng long chưa trưởng thành.
Hầu hết các bằng chứng được lấy từ bản ghi hóa thạch. Trong quá khứ, hóa thạch thú và tổ tiên của chúng vào đại Trung sinh rất hiếm hoi và rời rạc; nhưng, từ giữa những năm 1990, đã có nhiều phát hiện mới quan trọng, đặc biệt là ở Trung Quốc. Các kỹ thuật tân tiến trong phương pháp phát sinh chủng loại phân tử (ngành nghiên cứu và ước tính thời gian mà các điểm quan trọng bắt đầu tách ra đối với các loài hiện đại) đã làm sáng tỏ một số khía cạnh của quá trình tiến hóa lớp thú. Nếu được sử dụng một cách khôn khéo, những kỹ thuật này thường xuyên đồng bộ với bản ghi hóa thạch.
Mặc dù các tuyến vú là một đặc trưng của thú hiện đại, ta không hiểu rõ sự tiến hóa của nó do các mô mềm thường không được bảo quản trong các hóa thạch. Hầu hết các nghiên cứu về sự tiến hóa của thú chỉ tập trung vào hình dạng của răng, phần cứng nhất trên cơ thể của các loài động vật bốn chi. Các đặc điểm nghiên cứu quan trọng khác bao gồm: sự tiến hóa của xương tai giữa, tư thế chân tay duỗi thẳng, vòm miệng xương thứ cấp, lông mao, tóc và hệ trao đổi chất máu nóng.