A excepción de los biarmosuquios y eotitanosuquios, los dinocéfalos eran los terápsidos menos avanzados, comparten algunas características con sus ancestros pelicosaurios, sin embargo también poseen adaptaciones más avanzadas de los terápsidos, como la expansión del hueso iliaco y miembros más rectos. Dentro del suborden se incluyen carnívoros, herbívoros y omnívoros, algunos son semiacuáticos y otros terrestres. Se encontraban entre los animales más grandes del Pérmico, solo los caseidos y pareiasaúridos rivalizaban e incluso superaban su tamaño. Los herbívoros Tapinocephalus y los omnívoros Titanosuchus pudieron pesar hasta dos toneladas y medir hasta 4,5 metros de largo, mientras los carnívoros como Titanophoneus y Anteosaurus alcanzaban por lo menos la misma longitud, con cráneos robustos de hasta 80 cm de largo y un peso de aproximadamente media tonelada.
Todos los dinocéfalos se caracterizaban por tener incisivos entrelazados permitiéndoles un ajuste más cortante entre los dientes superiores e inferiores. La mayoría de ellos desarrollaron engrosamientos óseos en los huesos del cráneo, lo cual parece una adaptación para la agresión intraespecífica por medio de embestidas o topes, durante la competencia por el territorio y el derecho a reproducirse. En algunos géneros como Estemmenosuchus y Styracocephalus existe una estructura similar a un cuerno, el cual evolucionó en forma independiente en cada uno de los casos.
Evolución
Los dinocéfalos evolucionaron de los terápsidos similares a los pelicosaurios que vivieron durante el Cisuraliano. Estos animales se expandieron gracias a la desaparición de los pelicosaurios. A principios del Capitaniense, los dinocéfalos avanzados se diversificaron en una gran cantidad de herbívoros; en la meseta del Karoo (Sudáfrica) se ha encontrado un claro ejemplo de esta megafauna. Poco después de haberse diversificado los dinocéfalos desaparecieron súbitamente. La razón de su extinción no es clara; fueron reemplazados por terápsidos mucho más pequeños como dicinodontos y biarmosuquios carnívoros, gorgonópsidos y terocéfalos.
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