鲸类是一个动物群，包括鲸、鼠海豚和海豚在内，它们是地球上最标志性的水生哺乳动物之一。然而，尽管它们生活在水中，这些生物必须呼吸空气才能生存。这似乎是一种相当不便利的生存方式——特别是考虑到它们古老的祖先实际上是在陆地上生活的。所以，为什么鲸类要做出这种进化上的改变，并决定永远留在水里呢？
最早的鲸类化石发现于巴基斯坦和印度。约5000万年前生活的鲸类物种帕基鲸体型如狼，四肢着地，生活在河岸和湖边。它们的牙齿磨损显示出帕基鲸科动物捕猎鱼类的痕迹。
之后是4900万年前出现的「步行鲸」，这些生物的四肢更像鳍状，身长3.4-3.7米（11-12英尺）。
接下来是瑞明顿鲸科，化石可追溯到4800-4100万年前。它们有强大的尾巴、短腿和长吻。
原始鲸科生活在中新世时期，大约4900-3700万年前。其中一个属叫罗多鲸大约在4700万年前出现。它们的鼻孔位于较长的吻上方，它们会利用尾巴在水中游动。
邦迪鲸科于约4100万年前出现，它们是第一批完全水生的鲸类。它们的鼻孔被推向后方，类似于喷孔，它们微小的后肢在陆地上几乎是没有什么用的。邦迪鲸属翼鲸的名称意为「王者蜥蜴」，最初人们甚至认为它们是恐龙！另一个属多鲸在水下产下幼崽。
现代鲸类于3400-3000万年前出现，分为须鲸类（须鲸）和齿鲸类（牙鲸）两类。
那么，为什么鲸类最初抛弃了基于陆地的生活方式呢？正如库特·斯泰格博士在2016年告诉北国公共电台：「对于进化生物学家来说，这实际上是完全合理的。」
「这里的基本原则是，基于身体设计的突变机会，如果有机会谋生，一定会有一些生物进入并尝试，」 斯泰格解释说。 「如果水域中有一个生态位，并且有适应水生的特征，那么生物就会在那里生存下来。」
一项2018年的论文探讨了为什么陆地动物开始生活在海洋中的问题，发现共有69例。该研究表明，这个现象与海洋深处的丰富食物有关。
首先，鲸类是哺乳动物，哺乳动物会给幼崽哺乳，那么在水下该如何实现呢？它们的乳头被藏在称为乳窦的皮肤褶皱下，这种设计使它们更加流线型。虽然哺乳的镜头并不常见，但人们曾经观察到抹香鲸幼崽如何扭进乳窦，使用下颚来吸取浓稠、丰富的营养。
正如之前提到的，鲸类的鼻孔逐渐从吻部移到头骨顶部，成为喷孔。鲸类随着时间的推移也逐渐失去了对后肢的需求，因此就抛弃了它们。它们前肢变成了现在用来在水中推进的鳍。
牙鲸类进化出了回声定位能力，帮助它们在能见度较低的水域中进行导航和寻找猎物。它们能在头部产生声音，这些声音可以反射回鲸类，让它们能够构建出周围环境的图像。
须鲸类因为进化出了锯齿状的滤波器，取代了牙齿，这也获得了它们的名字。这种特殊结构使它们能够以来小至虾和浮游生物等微小猎物为食，一口水深吞入大量海水，然后再把它们挤出来，将自己的晚餐困在嘴里。鲸须由角质组成，就像人的头发和指甲那样。
一篇2019年发表的论文探讨了鲸类在它们水生进化过程中的基因变化。研究人员筛查了在进化时间线上消失的编码蛋白质的基因，这些基因是在牙鲸类和须鲸类分化之前且海豚目动物与河马科动物分化之后失去的。有趣的是，鲸类和河马其实是今天彼此最近的亲戚！
研究团队发现了85个失活的基因，其中一些可能与水生适应有关。其中之一是SLC4A9基因，它参与唾液分泌——在你用巨大的嘴巴喝下一大口海水的时候，食物实际上不需要别的东西来润滑或清洗。血液凝块相关的因子F12和KLKB1也消失了。这可能是因为潜水会导致血管收缩，而这种情况的频繁发生会增加血栓的风险。
「在八百万年内，鲸类的祖先从完全陆生动物，比如体型小、毛茸茸的帕基鲸，演化为完全水生动物，」鲸类研究员艾伦·库姆斯博士在2022年的一项声明中解释道。「这在进化的角度来看，速度相当快。」
库姆斯是一篇关于鲸类头骨如何讲述它们演化故事的论文的主要作者。「我们汇集了地球上最广泛的鲸类头骨数据。我们的数据来自现存物种和化石鲸类的标本，」库姆斯说。
这些数据涵盖了大约5300万年的时间，即整个鲸类的演化历史。其中包括88种现存物种，代表了今天活着的95%的鲸类，以及113种化石物种。
「由于颅骨捕捉到了鲸类演化过程中食物摄入、呼吸和感知结构的许多极端变化，因此非常适合来理解这些快速和激烈的变化，但之前还没有一个研究能够重塑鲸类颅骨的演化历程，包括它们灭绝和现存的所有多样性，」库姆斯补充道。
检查这些鲸类的颅骨揭示出鲸类是如何分三个阶段演化的：大约在4700-4200万年前的晚始新世出现了古鲸类的祖先，它们开始在水中生活，并在陆地上行走，做一些捕捞淡水猎物的事情，并作出相应的适应。它们的颅骨和面部特征迅速演化，文章的作者们要么将这归因于高产性引发了快速变化，要么是由于竞争较少。
第二波演化涉及了新鲸类的起源，这一群体分化成了两个亚群，即须鲸类和齿鲸类。研究人员认为，这种快速的多样化可能是由于需要通过进化来克服的某些约束。研究者观察到须鲸类的颅骨特征演化速度比齿鲸类慢。第三波演化主要涉及齿鲸类的特化和多样化。
这一令人难以置信的进化示例导致了许多迷人而美丽的生物的出现——包括长期濒临灭绝的马氏鼠海豚，这也是世界上最稀有的海洋哺乳动物。该类群还包括了曾经的最重的动物的竞争者，灭绝的超浩翁鲸；以及地球上最大的动物，蓝鲸！
