vignette|redresse=1.5|Carte montrant les silhouettes de plusieurs espèces représentatives (certaines éteintes) dont les ancêtres ont migré depuis l'Amérique du Sud (en vert) ou l'Amérique du Nord (en bleu) durant le Grand échange.
Le grand échange faunique interaméricain est un évènement paléozoogéographique majeur du Cénozoïque tardif, durant lequel la faune terrestre et d'eau douce a migré d'Amérique du Nord vers l'Amérique du Sud et inversement. Il est survenu lorsque la formation de l'isthme de Panama a relié les deux parties du continent (auparavant séparées) et permis la jonction de l'écozone néotropique avec l'écozone néarctique. Bien qu'il y ait eu des dispersions antérieures, probablement par voie marine, la migration s'est accélérée de façon spectaculaire à la suite de l'apparition du corridor biologique méso-américain il y a environ (Plaisancien). Constaté par la biostratigraphie et la néontologie, cet échange a eu un impact très important sur la zoogéographie des mammifères. Il a également permis la migration entre les deux Amériques de reptiles, d'amphibiens, d'arthropodes, d'oiseaux inaptes au vol et même de poissons d'eau douce. L'apparition d'un pont terrestre entre les deux continents ne semble en revanche pas avoir eu d'impact significatif sur la flore : des études biogéographiques moléculaires ont en effet montré des temps de divergence génétique beaucoup plus précoces pour les plantes et des exemples répétés de dispersion à longue distance à travers les barrières océaniques.
Très étudié depuis les années 1970, cet échange faunique a représenté une expérimentation grandeur nature des théories évolutionnistes en illustrant la compétition créée entre les espèces partageant une même niche écologique.. Des phénomènes analogues se sont produits plus tôt durant le Cénozoïque, lorsque les masses terrestres autrefois isolées de la plaque indienne. et de l'Afrique. sont entrées en contact avec l'Eurasie, il y a respectivement 50 et .
L'isthme de Panama a été rouvert au début du par les 77 kilomètres du canal de Panama (ouvert à la circulation des navires en 1914). Seuls les oiseaux et quelques espèces d'insectes peuvent encore facilement passer d'une Amérique à l'autre, même si quelques propagules et animaux circulent via les bateaux, colis ou véhicules.
Contexte zoologique nord-américain vignette|Les masses continentales au début de l'Éocène.
L'Amérique du Nord forme une masse continentale unique dès le début du Tertiaire. Mais contrairement à sa voisine du sud, elle reste connectée par intermittence aux autres continents (Europe, Asie, puis Afrique) durant tout le Cénozoïque via des ponts terrestres. Le plus ancien est la « route de De Geer » qui reliait le Groenland à la Fennoscandie entre la fin du Crétacé et le début du Paléocène (environ ).. Elle est remplacée bien plus tard par la « route thuléenne » qui connecte à deux reprises le même Groenland aux îles Britanniques via les îles Féroé et l'Islande actuelles entre 57 et . À l'ouest, la Béringie permet le passage en Asie durant la majeure partie du Cénozoïque, mais sa latitude plus élevée encore qu'aujourd'hui (75° nord au Paléocène) limite les migrations. Jusqu'au milieu de l'Oligocène, le détroit de Tourgaï sépare l'Europe de l'Asie au niveau de la mer Caspienne, bien que des passages aient pu exister temporairement. Enfin, l'Afrique reste relativement isolée de l'Eurasie par la Téthys jusqu'à la fin de l'Éocène, même si certains échanges semblent s'être produits par l'actuel détroit de Gibraltar.
Mammifères À partir de l'Oligocène, la faune mammalienne nord-américaine est dominée par les représentants des groupes connus encore aujourd'hui sur la plupart des continents, comme les ongulés, les carnivores, les rongeurs ou les chauves-souris. Ces animaux regroupés dans le clade des Boreoeutheria se sont développés dans l'hémisphère nord après leur séparation avec les Xenarthra (Amérique du Sud) et les Afrotheria (Afrique), puis ont formé différents assemblages fauniques au gré des migrations successives entre les trois continents boréaux.
Parmi les ongulés modernes, les périssodactyles (caractérisés par un nombre impair de doigts aux membres postérieurs) montraient une diversité bien plus importante qu'aujourd'hui. On estime que les premiers représentants de l'ordre seraient apparus en Asie, puis auraient migré en Europe et en Amérique du Nord vers la fin du Paléocène. Les premiers équidés font leur apparition au début de l'Éocène en Amérique du Nord avec Eohippus puis suivent une histoire évolutive complexe faite de nombreuses diversifications et migrations. Leur diversité au Miocène est telle qu'on a trouvé dans une carrière du Nebraska les fossiles de pas moins de douze espèces distinctes qui cohabitaient à la même période il y a . L'unique genre moderne Equus s'est finalement développé sur le continent nord-américain au Pliocène, avant de migrer vers les autres continents, où il s'est diversifié pour donner naissance aux populations actuelles de zèbres, d'ânes et de chevaux.. Les rhinocéros apparaissent en Asie (en Chine et en Mongolie) et migrent en Amérique du Nord à la fin de l'Éocène. Le premier fossile connu du continent, Teletaceras, avait la taille d'un berger allemand, puis ses descendants atteignent celle d'une vache. Les derniers rhinocéros nord-américains disparaissent au début du Pliocène et ne participent donc pas au Grand échange. L'origine des tapirs est quant à elle débattue, car le registre fossile montre leur apparition presque simultanée en Amérique du Nord, en Europe et en Asie. Les plus anciennes attestations de la famille (genre Protapirus) datent du début de l'Oligocène en Allemagne, mais une origine européenne est peu probable..
Les artiodactyles (au nombre de doigts pair) sont aujourd'hui beaucoup plus nombreux et diversifiés. Les plus anciens fossiles connus datent du tout début de l'Éocène et apparaissent simultanément en Eurasie et en Amérique du Nord. Il a été proposé qu'ils auraient évolué durant le Paléocène dans l'isolement de l'Inde qui était alors une île-continent, puis se seraient rapidement dispersés après son rattachement à l'Asie, mais aucun fossile indien de cette époque ne supporte cette hypothèse. En Amérique du Nord, les camélidés apparaissent il y a et restent confinés à ce continent jusqu'au Pliocène, époque à laquelle ils migrent à la fois en Amérique du Sud (lamas, vigognes) et en Asie (chameaux, dromadaires).. Les pécaris (Tayassuidae) sont des animaux proches des suidés, dont les ancêtres communs évoluaient en Asie orientale (Chine et Thaïlande) durant l'Éocène moyen. Ils se dispersent en Amérique du Nord pendant l'Oligocène et disparaissent ailleurs, certainement à cause de la compétition avec leurs cousins porcins. Ces derniers, comme d'ailleurs les hippopotames, restent confinés à l'Ancien Monde. L'important groupe des ruminants apparait vraisemblablement il y a en Asie du Sud-Est et se disperse rapidement jusqu'en Amérique du Nord. Les premiers représentants ont la taille d'un lapin actuel, se nourrissent plutôt de fruits, d'insectes et de jeunes pousses et n'ont pas encore la panse (rumen) qui les caractérise aujourd'hui.. Une seconde radiation remplace ces premiers ruminants (dont ne subsistent que les chevrotains hors d'Amérique) au début du Miocène et conduit au développement d'une famille toujours endémique du continent nord-américain : les Antilocapridae. L'unique espèce actuelle, nommée à tort « Antilope d'Amérique », est la seule survivante d'un groupe très diversifié qui comptait pas moins de 12 lignées distinctes au Miocène tardif. Les cervidés et les bovidés se développent durant la même période dans l'Ancien Monde, puis envahissent l'Amérique du Nord à partir de , lors de l'extension des prairies dans l'hémisphère nord. Malgré de nombreuses extinctions, ils constituent toujours une part importante de la mégafaune nord-américaine : bison, bœuf musqué, mouflon canadien, chèvre des montagnes Rocheuses (Bovidae), caribou, orignal, cerf de Virginie (Cervidae), etc.
Autres groupes
Contexte zoologique sud-américain À la suite du morcellement du Gondwana (un supercontinent qui réunissait à la fois l'Amérique du Sud, l'Antarctique, l'Afrique, Madagascar, l'Inde et l'Australie) à la fin du Crétacé, l'Amérique du Sud se retrouva séparée des autres terres continentales. Elle demeura une île-continent pendant la majeure partie du Cénozoïque. Son isolement permit à une faune très diverse et originale, en grande partie éteinte aujourd'hui, de s'y développer.
Mammifères endémiques vignette|gauche|Vue d'artiste du prédateur Thylacosmilus. L'arrière-plan montre un Glyptodon et plusieurs Toxodon. La faune mammalienne sud-américaine était constituée à l'origine de marsupiaux et de placentaires ayant suivi une évolution différenciée à partir d'ancêtres communs aux autres continents. D'autres mammifères non thériens étaient également présents au Paléocène (Monotremata, Gondwanatheria, et peut-être Multituberculata). Bien qu'aucun de ceux-ci ne se soit diversifié de manière significative et que la plupart des lignées aient rapidement disparu, des formes telles que ou ont survécu jusqu'au Miocène.
Les marsupiaux ont probablement pu migrer d'Amérique du Sud vers l'Australie et inversement, à travers l'Antarctique, entre la fin du Crétacé et le début du Tertiaire. L'actuel Monito del monte est le seul représentant américain du super-ordre des Australidelphia qui regroupe tous les marsupiaux australiens, et sa position basale dans la phylogénie de ce groupe prouve que ces animaux sont apparus d'abord en Amérique du Sud, avant de coloniser l'Australie. Les Ameridelphia, qui comprennent les rats marsupiaux et les opossums, sont quant à eux typiquement sud-américains. On comptait parmi ces derniers quelques macroprédateurs tel . Groupe frère des marsupiaux, les sparassodontes constituaient un ordre de mammifères métathériens aujourd'hui éteint qui présentaient certaines similitudes avec les actuels carnivores placentaires (convergence évolutive). Les ressemblaient ainsi aux hyènes, alors que Thylacosmilus avait l'apparence d'un tigre à dents de sabre comme Smilodon..
Parmi les quatre principaux clades de mammifères placentaires, celui des Xenarthra s'est développé de façon très originale dans l'isolement du continent sud-américain. Il a connu une grande diversification écologique à partir d'un ancêtre probablement myrmécophage, alors que ce régime alimentaire a plutôt constitué une spécialisation chez les mammifères d'autres continentsComme les échidnés, les numbats, les oryctéropes, les pangolins ou les protèles.. Il n'est plus représenté aujourd'hui que par trois groupes très différenciés : les tatous, les fourmiliers et les paresseux. Mais les fossiles montrent une diversité bien plus importante : on comptait ainsi des tatous géants, comme les Pampatheriidae ou les glyptodons, des espèces prédatrices comme , ainsi que divers paresseux terrestres (dont Megatherium, de la taille d'un éléphant) et même semi-aquatiques (comme Thalassocnus).
vignette|Reconstitution de Macrauchenia, un ongulé (Litopterna) à l'allure étrange.