Los antepasados de las aves actuales
Los primeros fósiles identificados como aves vinculan su ascendencia a los reptiles, posiblemente a dinosaurios terópodos de pequeño tamaño del periodo triásico (hace entre 245 y 208 millones de años). El primer fósil de ave que se conoce es Archaeopteryx, que tiene un tamaño parecido al de una paloma pequeña.
Se han encontrado siete especímenes completos o parciales —y una única pluma— en los estratos de roca caliza de Solnhofen, en Alemania, y todos proceden del periodo jurásico superior. Esta especie posee una mezcla de las características anatómicas de los dinosaurios y de las aves.
Si estos esqueletos primitivos no hubieran mostrado huellas de plumas, exactamente iguales a las de las aves actuales, los fósiles podrían haberse identificado como unos dinosaurios algo peculiares y de pequeño tamaño. El Archaeopteryx se diferencia de las aves actuales en que tenía dientes, garras en los dedos anteriores y en que las vértebras caudales no estaban fusionadas. Éstas formaban una cola larga y parecida a la de un lagarto, pero tenía un par de plumas ribeteando cada hueso.
Sin duda, las plumas evolucionaron a partir de las escamas reptilianas, pero no se tienen las pruebas fósiles para conocer el modo de transición de una estructura a la otra. Por otro lado, algunos rasgos del esqueleto de Archaeopteryx son típicos de las aves actuales y no reptilianos. Aunque Archaeopteryx es el ave más antigua conocida hasta la fecha no se piensa que sea la antecesora del resto. Actualmente existe una gran controversia sobre el grupo de reptiles que dio origen a las aves aunque el reciente hallazgo de dos dinosaurios con plumas descubiertos en la provincia de Liaoning en China parece indicar que las aves son descendientes de dinosaurios terópodos.
Se cree que el Archaeopteryx desciende de unos pequeños dinosaurios del Orden Saurischia, pero a diferencia de estos era de sangre caliente, por lo que las plumas, que evolucionaron de las escamas reptilianas, le permitieron mantener estable la temperatura de su cuerpo.
Las siguientes aves de las cuales se tiene indicios son de 70 millones de años después, y eran muy similares a las actuales. Entre ellas estaba el Hesperornis regaus, que aún tenía dientes, pero no podía volar.
Durante la Era Terciaria (65-2 millones de años atrás), las aves aumentaron en número y variedad, en especial durante el Período Eoceno (54-38 millones atrás). De este período se conocen al menos 30 familias. Datan de esa época, el Diatryma steini, no volador, que caminaba con sus 2,2 metros de altura por Europa y América del Norte, y también, el Neocathartes, que es el predecesor de los buitres actuales.
Del Período Mioceno (26-7 millones de años atrás) se han encontrado fósiles de otra ave gigante y no voladora, el Phororharcos inflatus, que habitó América del Sur, y también el Palaeolodus, de Europa, que se parecía a un pequeño flamenco. Otra ave de América fue el Argentavis magnificens, el ave voladora más grande que se ha conocido. Medía siete metros.