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Le Paléocène est la première époque de l'ère Cénozoïque. Cette dernière est la plus courte de l'histoire terrestre.
Il est précédé du Crétacé et suivi de l'Éocène. Il débute par un événement bien connu : la limite Crétacé-Tertiaire, il y a 65 millions d'années. La crise biologique qui y est associée pourrait être due au recoupement des effets d'un impact météoritique (caractérisé par un pic d'iridium dans les sédiments) et d'une activité volcanique intense (mise en place des plateaux de basaltes du Deccan). On peut ajouter à cela, une régression du niveau marin (intense activité de la dorsale médio-Atlantique due à l'ouverture de l'océan) associée à un refroidissement global.
Il y a quelque 65 Ma donc, les grands reptiles (dinosaures, ptérosauriens), les ammonites, bélemnites, foraminifères planctoniques et rudistes disparaissent de la surface de la Terre ; d'autres ordres se maintiennent, mais les populations diminuent.
Malgré cette apparente hécatombe, des représentants des 4 ordres de reptiles se maintiennent et évoluent : tortues, crocodiles, lézards et serpents.
Les victimes de l'extinction sont les espèces de grande taille ayant évolué jusqu'à une spécialisation extrême, qui les vouait à une prochaine disparition. D'ailleurs plusieurs groupes se sont sans doute éteints quelques millions d'années avant la fin du Maastrichtien.
Dès lors, les mammifères qui se tenaient cachés dans l'ombre des reptiles géants, vont se diversifier et se multiplier pour occuper les niches écologiques laissées vacantes par les dinosaures.
Quelques 22 nouveaux ordres apparaissent au cours des 10 millions d'années que va durer le Paléocène : Marsupiaux, Insectivores, Lémuriens, Créodontes (carnivores) et animaux à sabots, ancêtres des chevaux, rhinocéros, porcs et chameaux.
Tous ces animaux ont comme points communs d'être de petite taille, d'être des quadrupèdes plantigrades avec un museau fin et un volume crânien peu important et, pour le plupart, d'être des herbivores. Au début du Paléocène, ils sont encore extrêmement semblables à leurs ancêtres du Mésozoïque. Par la suite, les espèces vont évoluer pour atteindre de grandes tailles, qui vont être maximales de l'Éocène à l'Oligocène. Cette période offre l'un des exemples les plus marquants d'évolution au cours de l'histoire de la vie. Malgré cette explosion, c'est surtout à l'Éocène que se démarque ce nouveau règne, avec les mammifères et les oiseaux les plus grands qui aient jamais existé. Parmi ces derniers, il faut citer le Gastornis, le plus grand prédateur connu de cette époque.
Ne négligeons pas les autres classes d'êtres vivants comme les mollusques, qui subissent une phase de diversification au Danien, ceci afin de combler les niches écologiques occupées jadis par les ammonites, bélemnites et autres prédateurs de taille moyenne.
Les insectes, eux, constituent une sorte d'équivalent terrestre des Mollusques. Peu touchés par la récente crise biologique, ils poursuivent leur évolution depuis des millions d'années.
Dans le règne végétal, les Angiospermes, qui étaient apparues à la fin du Crétacé, se répandent pour conquérir l'ensemble de la terre. Les premières forêts d'arbres à feuilles caduques et graminées se manifestent, mais restent peu abondantes durant la première période du Tertiaire.
Au XIXe siècle, dans les tufs de la commune de Sézanne, des fouilles ont mis au jour des restes fossilisés d'une vigne de l'âge terciaire (50 millions d'années) qui a été baptisée Vitis Sezannensis. Cette variété, disparue de l'Europe, subsiste de nos jours dans le Sud-Est du continent américain.