地球上最大的动物是什么？是海洋里的鲸！鲸的祖先是谁？它们一直都生活在海洋中吗？这些问题一直困扰着科学家们。鲸类动物的起源一直是进化生物学家们孜孜以求的恼人谜题。达尔文在其著作《物种起源》中，曾有一段关于鲸鱼可能来源的叙述。从“熊”到鲸，这样的转变着实让人难以置信，但是根据相关证据，达尔文老爷子或许真的是对的，不过没有全对，变成鲸鱼的“熊”并不是黑熊，而是一种偶蹄目哺乳动物。
1950年，美国科学家Alan Boyden等人利用抗原-抗体反应研究鲸类起源与进化，发现在现存的动物中，鲸与偶蹄目哺乳动物（河马）的亲缘关系最为接近。尽管分子的证据为鲸类的演化提供了部分参考，但河马和鲸鱼毕竟相去甚远，如何解释鲸鱼对水生环境的重新适应，对科学家而言仍是一个十分棘手的问题。
这一切在上世纪90年代以来发生了非凡的变化，科学家们发现了一系列令人惊叹的化石，使得我们可以非常详细地去研究鲸类动物的“重返海洋”。
鲸类动物的祖先生活在始新世时期，当时喜马拉雅山刚刚形成，特提斯海将印度和亚洲大陆分开，仿佛有一种“天将降大任于斯人也”的既视感，事实也确实如此，鲸类动物也就此开启了属于自己的新时代。如果说印多霍斯兽的发现让我们对鲸类动物的原始祖先有了一定的了解，巴基鲸的发现则让我们对第一批鲸目动物有了直观的了解。
大约4800万年前，鲸类动物向海洋移动，巴基斯坦的近海沉积层发现陆行鲸的化石，相比于巴基鲸，陆行鲸更像鳄鱼，四肢较短且粗壮，前指与后趾都很长，可能还有蹼，整体形态介于鲸和陆栖哺乳动物之间。而后，鲸类动物进一步向着现代鲸的方向发展，四肢进一步缩短，尾巴变得长而有力，作为主要的推进器官，其中的代表是雷明顿鲸。至此，鲸类动物彻底从陆地哺乳动物转为了水陆两栖，分布范围也得到了一定的拓展。
鲸类动物真正征服海洋，还离不开原鲸的贡献。原鲸主要生存于4900到4000万年前的中始新世，这一阶段鲸类的进化如果要用一个字来形容，那就是“野”。原鲸是一个多样化的群体，大约有15个属被描述，在这样一个多样化的家庭里，不同原鲸在鼻子长度和耳朵形态等特征上有很大差异，但都拥有长时间在海中生存的能力。
4100万年前，中始新世晚期出现的龙王鲸同样具有重要的意义，尽管龙王鲸还有后肢，但已经明显不足以支撑其庞大的身体，这表明了鲸类动物已经完全适应了在海洋中的生活。整个进化过程中，鲸类动物的祖先潜入溪流，到演化为龙王鲸遨游海洋，历时约800-1000万年。期间，它们拥有过多种多样的形态变化，在不断的物种形成和灭绝的轮回中，最终成为了如今的现代鲸类。
基因组时代，科学家谱写鲸类起源新篇章。在过去的20年里，鲸类的起源已经从几乎没有任何化石基础变成了宏观进化研究的最佳案例之一，但关于鲸类的起源，仍有许多研究空间。近年来，随着基因组数据的迅速增加，使得通过比较基因组学及生物信息学的方法探讨鲸类动物的适应性进化成为了可能。
关于鲸类、鳍足类（如海狮）等海洋哺乳动物适应海洋环境的体温调节机制也在最近有了新的进展，鲸类可以通过NFIA和UCP1基因对棕色脂肪细胞的合成和利用进行调控，进而控制机体的产热，并通过SMEA3E基因的改变使得血管系统发生适应性改变以调节热量的散失，这样的双重调控使得海洋哺乳动物实现了体温的维持恒定。
从陆地到海洋，5000万年的演化历史，“二次入水”的鲸类动物谱写了哺乳动物演化历史上最特别的篇章。