Het basisthema van de evolutie van walvissen is de ontwikkeling van grote dieren van veel kleinere voorouders, en nergens is dit duidelijker dan in het geval van multi-ton sperma en grijze walvissen, waarvan de uiteindelijke voorouders kleine, prehistorische zoogdieren ter grootte van een hond waren die de rivierbeddingen van Centraal-Azië rondsloegen jaren geleden. Misschien nog intrigerend genoeg zijn walvissen ook een casestudy in de geleidelijke evolutie van zoogdieren van volledig terrestrisch naar volledig marien levensstijl, met overeenkomstige aanpassingen (langwerpige lichamen, zwemvliezen, blaasgaten, enz.) op verschillende belangrijke intervallen onderweg.
Tot de eeuwwisseling was de uiteindelijke oorsprong van walvissen gehuld in mysterie, met schaarse overblijfselen van vroege soorten. Dat veranderde allemaal met de ontdekking van een enorme schat aan fossielen in Centraal-Azië (met name het land Pakistan), waarvan sommige nog steeds worden geanalyseerd en beschreven. Deze fossielen, die dateren van slechts 15 tot 20 miljoen jaar na de dood van de dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden, bewijzen dat de uiteindelijke voorouders van walvissen waren nauw verwant aan artiodactylen, de evenhoevige, gehoefde zoogdieren die tegenwoordig worden vertegenwoordigd door varkens en schapen.
De eerste walvissen
Op de meeste manieren Pakicetus (Grieks voor "Pakistaanse walvis") was niet te onderscheiden van andere kleine zoogdieren uit het begin Eoceen- tijdperk: ongeveer 50 pond of zo, met lange, hondachtige benen, een lange staart en een smalle snuit. Cruciaal is echter dat de anatomie van de binnenoren van dit zoogdier nauw aansluit bij die van moderne walvissen, het belangrijkste "diagnostische" kenmerk dat Pakicetus aan de wortel van de walvisevolutie plaatst. Een van de naaste verwanten van Pakicetus was Indohyus ("Indisch varken"), een oude artiodactylus met enkele intrigerende mariene aanpassingen, zoals een dikke, nijlpaardachtige huid.
Ambulocetus, ook bekend als de "wandelende walvis", bloeide een paar miljoen jaar na Pakicetus op en vertoonde al enkele duidelijk walvisachtige kenmerken. Overwegende dat Pakicetus een grotendeels terrestrische levensstijl leidde, waarbij hij af en toe in meren of rivieren dook om voedsel te vinden, Ambulocetus had een lang, slank, otterachtig lichaam, met zwemvliezen, beklede voeten en een smal, krokodilachtig lichaam snuit. Ambulocetus was veel groter dan Pakicetus en bracht waarschijnlijk een aanzienlijke hoeveelheid tijd in het water door.
Vernoemd naar de regio van Pakistan waar de botten werden ontdekt, Rodhocetus toont nog meer opvallende aanpassingen aan een aquatische levensstijl. Deze prehistorische walvis was echt amfibisch, kroop alleen op het droge om voedsel te zoeken en (mogelijk) te bevallen. In evolutionaire termen was het meest opvallende kenmerk van Rodhocetus echter de structuur van zijn heupbeenderen, die niet waren versmolten met zijn ruggengraat en daardoor voor meer flexibiliteit bij het zwemmen zorgden.
De volgende walvissen
De overblijfselen van Rodhocetus en zijn voorgangers zijn voornamelijk gevonden in Centraal-Azië, maar de grotere prehistorie walvissen uit het late Eoceen (die sneller en verder konden zwemmen) zijn opgegraven in meer diverse locaties. De bedrieglijk genaamde Protocetus (het was niet echt de "eerste walvis") had een lang, zeehondachtig lichaam, krachtige benen om zichzelf voort te stuwen door het water en de neusgaten die al halverwege het voorhoofd begonnen te migreren, een ontwikkeling die de uitbarstingen van moderne walvissen.
Protocetus deelde een belangrijk kenmerk met twee ongeveer eigentijdse prehistorische walvissen, Maiacetus, en Zygorhiza. De voorste ledematen van Zygorhiza waren scharnierend aan de ellebogen, een sterke aanwijzing dat het land kroop om te baren, en een exemplaar van Maiacetus (wat "goede moederwalvis" betekent) is gevonden met een gefossiliseerd embryo erin, gepositioneerd in het geboortekanaal voor terrestrische levering. Het is duidelijk dat de prehistorische walvissen uit het Eoceen-tijdperk veel gemeen hadden met moderne reuzenschildpadden!
De gigantische prehistorische walvissen
Ongeveer 35 miljoen jaar geleden hadden sommige prehistorische walvissen gigantische afmetingen bereikt, groter zelfs dan moderne blauwe of potvissen. Het grootste tot nu toe bekende geslacht is Basilosaurus, waarvan de botten (ontdekt in het midden van de 19e eeuw) ooit tot een dinosaurus behoorden, vandaar de misleidende naam, wat betekent "koningshagedis." Ondanks zijn grootte van 100 ton bezat Basilosaurus een relatief klein brein en gebruikte hij geen echolocatie wanneer zwemmen. Nog belangrijker vanuit een evolutionair perspectief, Basilosaurus leidde een volledig aquatische levensstijl, zowel geboorte als zwemmen en voeden in de oceaan.
Tijdgenoten van Basilosaurus waren veel minder angstaanjagend, misschien omdat er in de onderzeese voedselketen maar plaats was voor één gigantisch zoogdierroofdier. Dorudon werd ooit beschouwd als een baby Basilosaurus; pas later realiseerde men zich dat deze kleine walvis (slechts ongeveer 16 voet lang en een halve ton) zijn eigen geslacht verdiende. En de veel latere Aetiocetus (die ongeveer 25 miljoen jaar geleden leefde), hoewel hij slechts een paar ton woog, toont de eerste primitieve aanpassing aan planktonvoeding; kleine plaatjes balein naast zijn gewone tanden.
Geen enkele discussie over prehistorische walvissen zou compleet zijn zonder een vermelding van een vrij nieuw geslacht, de toepasselijke naam Leviathan, die in de zomer van 2010 aan de wereld werd aangekondigd. Deze 50-voet lange potvis woog "slechts" ongeveer 25 ton, maar lijkt te zijn gejaagd op zijn mede-walvissen, samen met prehistorische vissen en inktvissen, en het kan op zijn beurt door de grootste zijn belaagd prehistorische haai aller tijden, de Basilosaurus-formaat Megalodon.