科学家依据基因组信息研究发现,大约在300万年前,原始大熊猫的食谱结构从肉食发展为以竹为食,“侏儒型”大熊猫出现。当时温热潮湿的环境适合竹林的生长,从而促使大熊猫种群出现了第一次扩张。大约在70万年前,大熊猫种群数量开始下降,到30万年前左右,出现了第一次瓶颈。在此期间,中国出现了两次巨大的更新世冰川作用,寒冷导致体型庞大的巴氏大熊猫替代了“侏儒型”大熊猫。在倒数第二次冰期之后,大熊猫的种群数量又出现了第二次扩张,并且在5万—3万年前达到顶峰,其间大湖期温热的气候可能对大熊猫的繁盛起到很大作用,而这一时期高山针叶林是适宜熊猫栖息的环境。在末次冰期最盛期,由于严重的高山冰川作用,导致大量的熊猫栖息地丧失,给其种群造成了第二次瓶颈。
对较近时代的研究发现,大约在30万年前,熊猫种群分化成为秦岭和非秦岭两支。模拟结果显示,在4万年前左右,非秦岭种群扩张了3倍,而秦岭种群则下降了80%。其后,非秦岭种群数量逐渐减少,而秦岭种群则渐趋稳定。大约在2800年前,非秦岭种群分化成两个分支,即岷山熊猫和邛崃山—大小相岭—凉山熊猫,形成了如当前稳定的3个遗传系。科学家指出,人类活动造成地理隔离,形成很多独立的小种群,如小相岭大熊猫,使其长期处于更为危险的境地。