鯨類是一個動物群，包括鯨、鼠海豚和海豚在內，它們是地球上最標誌性的水生哺乳動物之一。然而，盡管它們生活在水中，這些生物必須呼吸空氣才能生存。這似乎是一種相當不便利的生存方式——特別是考慮到它們古老的祖先實際上是在陸地上生活的。所以，為什麽鯨類要做出這種前進演化上的改變，並決定永遠留在水裏呢？
最早的鯨類化石發現於巴基史坦和印度。約5000萬年前生活的鯨類物種帕基鯨體型如狼，四肢著地，生活在河岸和湖邊。它們的牙齒磨損顯示出帕基鯨科動物捕獵魚類的痕跡。
之後是4900萬年前出現的「步行鯨」，這些生物的四肢更像鰭狀，身長3.4-3.7公尺（11-12英尺）。
接下來是瑞明頓鯨科，化石可追溯到4800-4100萬年前。它們有強大的尾巴、短腿和長吻。
原始鯨科生活在中新世時期，大約4900-3700萬年前。其中一個屬叫羅多鯨大約在4700萬年前出現。它們的鼻孔位於較長的吻上方，它們會利用尾巴在水中遊動。
邦迪鯨科於約4100萬年前出現，它們是第一批完全水生的鯨類。它們的鼻孔被推向後方，類似於噴孔，它們微小的後肢在陸地上幾乎是沒有什麽用的。邦迪鯨屬翼鯨的名稱意為「王者蜥蜴」，最初人們甚至認為它們是恐龍！另一個屬多鯨在水下產下幼崽。
現代鯨類於3400-3000萬年前出現，分為須鯨類（須鯨）和齒鯨類（牙鯨）兩類。
那麽，為什麽鯨類最初拋棄了基於陸地的生活方式呢？正如庫特·斯泰格博士在2016年告訴北國公共電台：「對於前進演化生物學家來說，這實際上是完全合理的。」
「這裏的基本原則是，基於身體設計的突變機會，如果有機會謀生，一定會有一些生物進入並嘗試，」 斯泰格解釋說。 「如果水域中有一個生態席位，並且有適應水生的特征，那麽生物就會在那裏生存下來。」
一項2018年的論文探討了為什麽陸地動物開始生活在海洋中的問題，發現共有69例。該研究表明，這個現象與海洋深處的豐富食物有關。
首先，鯨類是哺乳動物，哺乳動物會給幼崽哺乳，那麽在水下該如何實作呢？它們的乳頭被藏在稱為乳竇的皮膚褶皺下，這種設計使它們更加流線型。雖然哺乳的鏡頭並不常見，但人們曾經觀察到抹香鯨幼崽如何扭進乳竇，使用下顎來吸取濃稠、豐富的營養。
正如之前提到的，鯨類的鼻孔逐漸從吻部移到頭骨頂部，成為噴孔。鯨類隨著時間的推移也逐漸失去了對後肢的需求，因此就拋棄了它們。它們前肢變成了現在用來在水中推進的鰭。
牙鯨類前進演化出了回聲定位能力，幫助它們在能見度較低的水域中進行導航和尋找獵物。它們能在頭部產生聲音，這些聲音可以反射回鯨類，讓它們能夠構建出周圍環境的影像。
須鯨類因為前進演化出了鋸齒狀的濾波器，取代了牙齒，這也獲得了它們的名字。這種特殊結構使它們能夠以來小至蝦和浮遊生物等微小獵物為食，一口水深吞入大量海水，然後再把它們擠出來，將自己的晚餐困在嘴裏。鯨須由角質組成，就像人的頭發和指甲那樣。
一篇2019年發表的論文探討了鯨類在它們水生前進演化過程中的基因變化。研究人員篩查了在前進演化時間線上消失的編碼蛋白質的基因，這些基因是在牙鯨類和須鯨類分化之前且海豚目動物與河馬科動物分化之後失去的。有趣的是，鯨類和河馬其實是今天彼此最近的親戚！
研究團隊發現了85個失活的基因，其中一些可能與水生適應有關。其中之一是SLC4A9基因，它參與唾液分泌——在你用巨大的嘴巴喝下一大口海水的時候，食物實際上不需要別的東西來潤滑或清洗。血液凝塊相關的因子F12和KLKB1也消失了。這可能是因為潛水會導致血管收縮，而這種情況的頻繁發生會增加血栓的風險。
「在八百萬年內，鯨類的祖先從完全陸生動物，比如體型小、毛茸茸的帕基鯨，演化為完全水生動物，」鯨類研究員艾倫·庫姆斯博士在2022年的一項聲明中解釋道。「這在前進演化的角度來看，速度相當快。」
庫姆斯是一篇關於鯨類頭骨如何講述它們演化故事的論文的主要作者。「我們匯集了地球上最廣泛的鯨類頭骨數據。我們的數據來自現存物種和化石鯨類的標本，」庫姆斯說。
這些數據涵蓋了大約5300萬年的時間，即整個鯨類的演化歷史。其中包括88種現存物種，代表了今天活著的95%的鯨類，以及113種化石物種。
「由於顱骨捕捉到了鯨類演化過程中食物攝入、呼吸和感知結構的許多極端變化，因此非常適合來理解這些快速和激烈的變化，但之前還沒有一個研究能夠重塑鯨類顱骨的演化歷程，包括它們滅絕和現存的所有多樣性，」庫姆斯補充道。
檢查這些鯨類的顱骨揭示出鯨類是如何分三個階段演化的：大約在4700-4200萬年前的晚始新世出現了古鯨類的祖先，它們開始在水中生活，並在陸地上行走，做一些捕撈淡水獵物的事情，並作出相應的適應。它們的顱骨和面部特征迅速演化，文章的作者們要麽將這歸因於高產性引發了快速變化，要麽是由於競爭較少。
第二波演化涉及了新鯨類的起源，這一群體分化成了兩個亞群，即須鯨類和齒鯨類。研究人員認為，這種快速的多樣化可能是由於需要透過前進演化來克服的某些約束。研究者觀察到須鯨類的顱骨特征演化速度比齒鯨類慢。第三波演化主要涉及齒鯨類的特化和多樣化。
這一令人難以置信的前進演化範例導致了許多迷人而美麗的生物的出現——包括長期瀕臨滅絕的馬氏鼠海豚，這也是世界上最稀有的海洋哺乳動物。該類群還包括了曾經的最重的動物的競爭者，滅絕的超浩翁鯨；以及地球上最大的動物，藍鯨！
