哺乳动物头骨比爬行动物头骨的骨块更少 ， 愈合得更好 ， 这使得哺乳动物的头骨更加坚固 。如果一个古动物的耳区构造能够保留下来并形成化石 ， 那么只要根据是存在一块还是三块听小骨 ， 就可以判断它是否属于哺乳动物 。
哺乳动物具有很多特点 ， 比如它们具有很高的代谢率；体温保持恒定；四肢是向下方伸出 ， 而不是像爬行动物或两栖动物那样向两侧伸出；有皮毛可以保持身体的温暖；胚胎在母体内发育 ， 一直发育到相当程度时才出生；母亲用乳汁来喂养幼仔……不过 ， 哺乳动物的上述特点大多都难以在化石中表现出来 。所以 ， 对于古生物学家来说 ， 要判断一件化石是哺乳动物的还是爬行动物的 ， 多数还是要靠牙齿和骨骼这些容易保存为化石的部分 ， 比如可以通过动物头骨化石的耳区结构来区分 。
哺乳动物头骨比爬行动物头骨的骨块更少 ， 愈合得更好 ， 这使得哺乳动物的头骨更加坚固 。爬行动物的下颌由多块小骨头组成 ， 而哺乳动物的下颌骨只由一块叫齿骨的骨头构成 。爬行动物的头骨和下颌骨之间利用方骨和关节骨相互连接 ， 听小骨只包括一块镫骨（也称耳柱骨） 。而哺乳动物的头骨和下颌骨利用鳞骨和齿骨相互连接 ， 听小骨从外向内依次有锤骨、砧骨和镫骨三块 ， 其中锤骨和砧骨分别由关节骨和方骨演化而来 。听小骨能在耳膜与充满液体的内耳间传递声音到耳蜗 ， 产生听觉的感知 。如果一个古动物的耳区构造能够保留下来并形成化石 ， 那么只要根据是存在一块还是三块听小骨 ， 就可以判断它是否属于哺乳动物 。
除了下颌骨和听小骨的不同 ， 哺乳动物的牙齿形态也与爬行动物的有较大差别 。多数爬行动物嘴中的牙齿是同一种形态 ， 或者全是锥形 ， 或者全是叶形 ， 但哺乳动物的牙齿出现了门齿、犬齿、前臼齿和臼齿的分化 ， 适用于不同的功能 ， 如抓取、穿刺、切割、研磨等 。由于食性和行为的差异 ， 不同类群的哺乳动物的牙齿形态也千差万别 ， 于是科学家仅仅通过观察研究牙齿化石 ， 就可以推断出哺乳动物的类别甚至具体到属种的分类 。
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