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許多大型哺乳動物出現於3500萬年前。當時地球溫度下降，草原替代森林。但是最大的動物卻不是最凶殘的。當時速度最快、最聰明、最險惡的陸地生靈是一些
小的捕獵動物，它們捕食比自身更小的獵物。劍齒虎是最早的殺手，體長小於1.5米。它們的獵物中可能有黃鼠狼、倉鼠和河狸，這些動物都在這時出現。
在分類系統上，劍齒虎屬於貓科動物（Felidae），劍齒虎亞科（Smilo-dontine）。大約在始新世（距今約3千6百萬年），貓科動物從古食
肉類動物分衍而出，與祖獵虎科（Nimravidae）分道揚鑣。貓科動物的成員除了劍齒虎亞科之外，還包括始劍虎亞科
（Machairodontines）、貓亞科（Felines）、獵豹亞科（Acinonychines）和豹亞科（Pantherines）等，牠們
曾經廣泛地分布在美洲、歐洲、亞洲及非洲各地。但是，其中始劍虎亞科與劍齒虎亞科的成員皆在更新世時期（距今約2百萬年到1萬年），先後的滅絕了。
貓科動物是食肉類哺乳動物中，族群數量與特徵分化最發達的一群。牠們主要的特徵是膨大的腦室、敏銳的神經控制系統；頭部方面吻部發達、頭圓、面短、顴弓
擴張、上下顎具有強而有力的肌肉附著；在牙齒特徵上則是齒列縮短，門齒和犬齒發達，以利於穿刺和撕裂獵物，臼齒為切尖形片狀，上下並形成裂齒，可用來切斷
食物；舌面有厚的角質鉤狀突起，用來舐刮獵物骨骼上的肌肉。另外，四肢強壯靈活，末端形成利爪，做為打鬥與捕獵之用；尾巴較長，具有平衡的作用。
劍齒虎的體型與現代的非洲獅大致相當，結構壯碩，嘴巴可開張至120度，使得那一對頎長利牙能夠刺穿獵物。在肩部與頸部之間有強大的肌肉牽拉，如此一
來，不但能夠撐起牠那巨大沈重的頭部，也可產生強勁的向下刺戳力。從橫切面來看，劍齒虎的利齒略呈弧形，以增加咬合強度，也可減少刺咬獵物皮肉的阻力。沿
著利齒後側周緣，形成如牛排刀的鋸齒狀 ，使得在切割獵物身上的皮肉時更為容易。
劍齒虎的前肢強壯，尾巴短小，奔跑速度並不快，顯然牠並不是靠速度來捕捉獵物，而且牠捕捉的對象也大都是速度不快的大型哺乳動物，例如猛 象、野牛。推測劍齒虎能夠善用其利齒長牙，深深地刺入獵物的腹部、後腿或臀部，等待獵物流血過多死亡後，再慢慢地盡情啖咬進食。
在洛杉磯瀝青沈積中保存了大量的劍齒虎化石，古生物學家認為劍齒虎並不如現代貓科動物般聰明機靈，以致經常為捕捉其他大型動物而身陷瀝青湖泊陷阱中。此
外，在化石中也曾發現有關節炎或其他骨骼傷害的個體，從傷痕看起來，這些個體似乎已經跛腳了，而從骨骼再生的現象也顯示其受傷了一段不算短的時間，顯示在
受傷的期間，有其他夥伴提供食物才得以繼續存活。根據這個現象，有些古生物學家認為劍齒虎是一種具有社群性的動物，牠們群居在一起，並且合作狩獵，也提供
食物給年老的、年幼的與受傷的其他劍齒虎。
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