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已知最古老的马科化石可追溯到5400万年前的始新世早期，比如始祖马（Sifrhippus）和曙马（Eohippus），这些早期的马科动物后脚有三个脚趾，前脚有四个，体型和现代狐狸差不多，以柔嫩的植物为食，并已经开始适应奔跑。它们大脑的复杂结构表明，这是一群机警和聪明的动物。后来的马减少了脚趾的数量，出现了三趾的马，并且长出了更适合碾磨草和其他坚硬植物的牙齿，不过这个演化阶段出现的三趾的马和有些观众了解的三趾马不是一个概念，在马科动物5400万年的演化史中，除了最早的马和现代马，中间演化过程中的许多种类的马的前后肢都是三趾，比如草原古马、渐新马、中新马等等，三趾在古马类身上是非常普遍的特征，所以三趾的马大都不是三趾马，但是所有的三趾马都是三趾的。 马科在中新世时期变得相对多样化，出现了许多新物种，那时的马更像马，已经有了现代马的典型体型。马的身体重量主要集中在它们的第三脚趾上，其它脚趾则逐步缩小，甚至几乎不接触地面。现在唯一幸存的马属是在早更新世进化而来，并迅速在世界各地扩散。 马的演化故事绝大多数时间都在北美洲上演，然而在大约1万年前，马从北美洲消失了，现代北美地区的马都是在哥伦布发现新大陆之后由欧洲人带过去的。 现代马科动物的近亲是犀牛和貘，幸存的马属包含了3种斑马，3种野驴和1种野马，家驴和家马分别是从非洲野驴和普氏野马驯化而来。