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有角鴞属的化石。雕鴞属的化石发现于法国上始新世或下渐新世及中新世的地层中。林鴞属的最早化石也见于德国和北美洲的中新世地层中。最早的耳鴞属化石则在法国的上始新世或下渐新世被发现。
到距今300—1万年前的第四纪更新世，气候大大变冷，世界进入了冰川时期，但这一段时间寒冷的气候并未完全笼罩全球，使地球变成一个大冰砣。实际上，很多地区并没有遭受冰川的袭击，即使受到影响的地区也是常常是冷暖交替的。这个地质年代阶段的鸟类化石记录明显增多，共有46种鴞形目鸟类的化石在世界各地发现，鸱鴞科鸟类有40种，其中10种已经灭绝；草鴞科有6种，其中5种已经灭绝，而大部分种类都延续至今，说明这时鴞形目鸟类开始进行适应辐射，分化为大量的不同种，并且向全世界扩散。这个时期近代哺乳动物的多样性已经确立，在新出现的草原和森林里，出现了很多夜晚活动的小型兽类，于是，作为以它们为主要食物的鴞形目鸟类也就因此逐渐变成了夜行性的鸟类。
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