Durante mucho tiempo,el panda gigante, junto al panda rojo, fue incluido en la familia de los prociónidos, la misma de los mapaches. Pruebas genéticas recientes lo colocan en la familia de los osos (Ursidae),4 5 siendo su pariente más cercano el oso de anteojos de América del Sur.
Existen dos subespecies de panda gigante:
Ailuropoda melanoleuca melanoleuca - a la que pertenece la mayor parte de la población de pandas; se encuentra en las regiones montañosas de Sichuan.
Ailuropoda melanoleuca qinlingensis - vive en las montañas Qinling en Shaanxi a 1.300–3.000 msnm. Se distinguen de la variedad de Schiuan por tener una coloración distinta (marrón claro y oscuro) y una cabeza más pequeña con molares más largos.
El primer intento de clasificación, por Armand David, puso al panda bajo el género Ursus, llamándolo Ursus melanoleucus en 1869. En 1870, Alphonse Milne-Edwards rebautizó al animal con el nombre actual.
De acuerdo con los análisis comparativos de ADN, evolutivamente, los pandas se separan del tronco principal de los osos hace alrededor de 17 millones de años. En aquella época el Ursavus u oso del amanecer, habitaba en Europa subtropical.
Los fósiles encontrados prueban que el panda vivió en ambientes y regiones diferentes de las que lo hace en la actualidad. Otros registros fósiles hallados hablan de la existencia de una segunda especie (hoy extinta), el Ailuropoda minor, que tenía la mitad del tamaño del panda moderno.
En 2002 fue publicado un trabajo que prueba, a través de estudios de su genoma, que el panda enfrentó una situación de cuello de botella hace 43.000 años. El cuello de botella es un fenómeno en el que la población de una especie es diezmada por lo que los ejemplares actuales descienden de un pequeño grupo de supervivientes.
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