白亜紀と古第三紀の間の大量絶滅
提唱されている単一の理由が、大規模な絶滅を起こしたり、これまで分かっているような生物種の変化を引き起こすには影響が小さすぎるとして、複数の原因が組み合わさって大量絶滅が起こったと考える研究者もいる。
J. David ArchibaldとDavid E. Fastovskyはレビュー論文の中で、火山活動・海面低下・地球外天体の衝突の3要因が組み合わさって絶滅が起こったとするシナリオについて検討した。このシナリオでは、陸棲・海棲の両方の生物種に、生息地の変化や喪失によって大きなストレスが加わった。この時代で最大の脊椎動物である恐竜が真っ先に環境変化の影響を受け、多様性が失われた。同時に、火山活動で生じた微粒子が地球全体を低温にし、乾燥させた。その後起こった天体衝突が、すでに大きな負荷を受けていた陸棲・海棲の両方の食物連鎖に、光合成の停止というとどめを加えて崩壊させたとしている。
Sierra Petersenらは、南極のシーモア島での研究に基づき、白亜紀と古第三紀の間に大量絶滅は別々に2回起こり、1つはデカントラップでの火山活動により、もう1つはチックシュルーブでの天体衝突によるものだとしている。
2010年3月に、41人の科学者からなる国際委員会は20年間の科学論文をレビューし、大量絶滅の原因として天体衝突説・その中でもチクシュルーブでの衝突を承認し、大規模な火山活動などのほかの原因を除外した。委員会では、直径10~15kmの小惑星がユカタン半島のチクシュルーブに衝突したとされ、衝突のエネルギーは420ゼタジュール、TNT換算で100兆トン(広島や長崎原爆の100万倍以上に相当)とされた。
衝突の影響は世界的な大災害となり、現象のいくつかは衝突後短い間のものだったが、生態系を破壊するような地球科学的・気候的な影響もあった。
衝突時の噴出物が大気圏に再度突入する際には、数時間の間強い赤外線パルスが放出され、熱線として生物を焼き払った。この熱線の影響の程度には議論があり、火災の影響は北アメリカにとどまり、全世界的なファイアーストームには至らなかったという意見もある。2013年に核の冬についての著名なモデル研究者が発表した論文では、地層から見つかった煤の総量に基づくと、生物圏全体が燃え、それによる煤が日光を遮る効果から隕石の冬が生じたとされた。
噴出物の再突入によって仮定された火災や隕石の冬の効果を除いても、衝突時に発生したダストの雲は最大1年間日光を遮り、光合成を阻害した。
より複雑だが、同様の事例が海中にも見られた。海底にすむ動物が栄養源としてデトリタス(マリンスノー)を利用しているのに対し、その上層の動物は植物プランクトンの一次生産にほとんど依存している。このため、深海底に住む生物に比べ、その上層を泳ぐ生物のほうが多く絶滅したのである。
円石藻と呼ばれる植物プランクトンや軟体動物(アンモナイト、淡水生腹足類、厚歯二枚貝、その他の二枚貝を含む)は、食物連鎖上で関係する他の生物と共に、絶滅するか個体数が激減した。例えば、巨大な海生爬虫類であるモササウルスの餌は主にアンモナイトであったため、アンモナイトが絶滅すると共にモササウルスも絶滅した。一方でワニ類やチャンプソサウルスは半水生であり、デトリタスを利用することもできたため、K-Pg境界を生き延びることができた。現生のワニも腐肉食が可能で、数か月間にわたって餌なしで生き延びることができる。さらに、幼体はサイズが小さい上に成長が遅く、初めの数年間は無脊椎動物や死んだ生物を食べる。こういった特徴が、白亜紀末を生き延びたことと関連があると考えられている。
この大量絶滅によって数多くの生態的地位が空白となったにもかかわらず、それらが利用されて生物多様性が回復するまでには長い期間を要した。
哺乳類の種はK-Pg境界のおよそ3000万年前から多様化し始めたが、この多様化はK-Pg境界で行き詰まった。恐竜の絶滅によって恐竜が占めていた生態学上のポジションはがら空きになったにもかかわらず、哺乳類はK-Pg境界を越えて全体としては爆発的な多様化を起こさなかった。翼手目(コウモリ)や鯨偶蹄目(現在のクジラやイルカ、偶蹄目など)はK-Pg境界後に多様化したと解釈されていたが、最近の研究だと実際にK-Pg境界直後に多様化したのは有袋類だけであると結論付けられている。
K-Pg境界時点の哺乳類の大きさはラット程度と小さく、そのおかげで環境変化からうまく逃れることができた。現在もその習性が残っていることから、初期の単孔類や有袋類は穴を掘って生活するか半水棲になっていたと考えられている。穴を掘ったり半水棲になることは、K-Pg境界の環境変化から保護されるのに役立ったとされている。
K-Pg境界の大量絶滅では地球上の生命の進化に大きな影響を与えた。白亜紀に優勢を占めていた生物種が除かれたことで、生き残った他の種がその位置に取って代わることができ、古第三紀の間に多くの生物が適応放散という形で著しく多様化した。最も顕著な例が恐竜から置き換わった哺乳類であり、K-Pg境界後に恐竜の空白を埋めるように急速に進化した。また、哺乳類の属内では、K-Pg境界後に現れた新種の体長は平均して9.1%ほどその前よりも大きくなっていた。
他の種でも多様化は見られ、分子生物学的解析と化石記録から、鳥類の多くの種(特に新顎類)がK-Pg境界後に適応放散を起こしていた。この群からは、草食のガストルニスやドロモルニス科、肉食のフォルスラコス科といった巨大な飛べない鳥も誕生した。
また、白亜紀のトカゲやヘビの絶滅は、イグアナやオオトカゲ科、ボア科といった現在のグループへの進化を引き起こしたとされる。陸上ではティタノボアやマッツォイア科(英語版)が出現し、海では巨大なウミヘビに進化した。
硬骨魚は爆発的に多様化し、絶滅により空いた種の空白を埋めた。暁新世と始新世には、カジキ、マグロ、ウナギ、ヒラメが出現した。
古第三紀には昆虫にも変化が見られた。アリの多くは白亜紀から生息していたが、始新世になるとアリは多様化しより優勢となった。チョウも多様化し、これは植物の葉を食べる昆虫が絶滅によりいなくなったためと考えられている。高度な巣を作る技術を持つシロアリもこの時から地位を高めていった。