Около 130 лет назад английский естествоиспытатель Томас Гексли назвал птиц «вознесенными в небеса пресмыкающимися». Действительно, у птиц есть немало общего с пресмыкающимися, от которых они обособились 190-170 млн. лет назад (в конце триаса или начале юры). Поскольку в зоологии принято рассматривать сначала птиц, а затем млекопитающих, иногда складывается ошибочное впечатление, что птицы предшествовали млекопитающим. На самом деле оба класса возникли независимо, причем млекопитающие обособились от более примитивных групп пресмыкающихся, сохранявших признаки земноводных. Это произошло в триасе (около 215 млн. лет назад).
Палеонтологи предполагают, что предки птиц были связаны с псевдозухиями (Pseudosuchia). Псевдозухии вели наземный образ жизни и относились к бипедальным животным, поскольку при беге опирались только на длинные задние конечности. В строении черепа, таза и задних конечностей имелось много общих черт, сближающих их с птицами. Для мелких псевдозухий были характерны удлиненные роговые чешуи с продольным гребнем и поперечными ребрышками. Переход к древесному образу жизни, по-видимому, сопровождался у псевдозухий разрастанием чешуй, которые постепенно видоизменялись в перья. Некоторые зоологи считают, что первоначально оперение выполняло лишь термоизолирующую функцию, а аэродинамические свойства развились гораздо позднее.
Хотя прямые предки птиц неизвестны, найдены ископаемые остатки представителей древнейшего подкласса Ящерохвостые (Archaeornithes). Первая находка датируется 1861 г., когда в верхнеюрских сланцах Баварии обнаружили отпечатки костей и перьев «первоптицы». Ей дали название археоптерикс (Archaeopteryx), что в переводе с греческого означает «древнее крыло». Настоящей птицей археоптерикса назвать трудно. У него отсутствовал роговой клюв, но были зубы, а хвостовой отдел позвоночного столба состоял, как у пресмыкающихся, из множества подвижных позвонков. В скелете крыла сохранялись три раздельных пальца, несущих когти. С другой стороны, птичьи черты выражались в особенностях строения конечностей, таза, пропорциях черепа и наличии перьев. Летал археоптерикс, по-видимому, плохо. Скорее всего он бегал по земле и лазал по деревьям с помощью когтистых пальцев на крыльях.
Закругленная форма крыла, а также длинный и широкий хвост позволяют предполагать, что археоптерикс мог пользоваться планирующим полетом на небольшие расстояния. По размерам он был немного крупнее галки.
В юрском периоде, когда обитали археоптериксы, другая группа пресмыкающихся (птерозавры) обрела полет с помощью кожистой перепонки на крыльях. В скелете птерозавров (Pterosauria) обнаруживаются черты конвергентного сходства с птицами: широкая грудина с килем, пневматичность костей, срастание черепа, крупные глазницы. Птерозавры господствовали в юрском и меловом периодах, но полностью вымерли к концу последнего.
Птицы и птерозавры — совершенно независимые ветви эволюции, имеющие различных предков.Все современные и известные ископаемые (кроме археоптерикса) птицы относятся к подклассу Веерохвостые (Neornithes). Хвостовой отдел позвоночного столба у них рез ко укорочен, а последние хвостовые позвонки слиты в единую косточку — пигостиль, к мясистому придатку которого веером прикрепляются рулевые перья.
Наиболее древние остатки веерохвостых птиц известны для меловых отложений (80-90 млн. лет). К ним относятся гесперорнисы (Hesperornis) и ихтиорнисы (Ichtyornis). Гесперорнисы, утратившие способность к полету, плавали и ныряли. Своим внешним обликом они напоминали крупных (более 1 м) гагар или поганок. Передние конечности и их пояс у гесперорнисов были сильно редуцированы, а грудина не имела киля. Ихтиорнисы, на против, относились к летающим формам с развитым килем и типично птичьим скелетом крыла. По размерам и особенностям биологии они приближались к крачкам. От современных птиц гесперорнисы и ихтиорнисы отличались мелкими зубами на верхней и нижней челюстях, а также крайне малым объемом мозговой полости черепа. Их принято рассматривать как боковые и специализированные ветви примитивных веерохвостых птиц.
В Северной Америке 60 млн. лет назад обитали диатримы (Diatrima) — гигантские нелетающие птицы высотой до 3 м, голова которых по величине не уступала лошадиной. Они охотились за пресмыкающимися и мелкими млекопитающими. Еще несколько веков назад на Земле жили новозеландские моа (Dinornis), имевшие массу тела до 300 кг и достигавшие в высоту 4 м. Еще более крупными размерами отличались мадагаскарские эпиорнисы (Aepyornis) с массой тела до 500 кг, вымершие всего 200-150 млн. лет назад.
В процессе эволюции птиц благодаря морфологическим преобразованиям, затронувшим все системы органов и обеспечившим интенсивный обмен веществ, был достигнут высокий уровень жизнедеятельности и созданы биологические предпосылки для полета. Превращение передних конечностей в крылья сопровождалось перестройкой их скелета и мускулатуры, а также плечевого пояса. Одновременно произошли преобразования скелета и мускулатуры задних конечностей и тазового пояса, что обеспечило двуногое хождение по твердому субстрату или плавание. Пневматичность костей увеличила их прочность. Возникшая система воздушных мешков, связанных с легкими, способствовала интенсификации дыхания. Полное разделение большого и малого кругов кровообращения улучшило снабжение тканей кислородом и питательными веществами, а также обеспечило эффективное удаление продуктов распада. Прогрессивное развитие органов чувств и головного мозга расширило возможности ориентации в пространстве и координации сложных движений.
Интенсификация процессов дыхания, кровообращения и пищеварения создали необходимую основу для высокого уровня обмена веществ. Вместе с развитием теплоизолирующего (перьевого) покрова это привело к становлению гомойотермии, повысившей устойчивость птиц к изменениям внешней температуры. Широкая адаптивная радиация веерохвостых птиц происходила в конце мелового и в палеогеновом периоде (70-40 млн. лет назад), когда возникло большинство современных отрядов. По времени процесс интенсивного видообразования у птиц совпадает с бурной эволюцией цветковых растений и насекомых, приведшей к резкому увеличению пищевых ресурсов.
Эволюция птиц и млекопитающих протекала параллельно, но на различной морфофизиологической основе. Тем не менее общее направление эволюционных преобразований и достигнутые биологические результаты оказались в значительной мере сходными. Благодаря гомойотермии, высоко развитому головному мозгу и разнообразной заботе о потомстве, птицы и млекопитающие заселили практически весь земной шар, заняв господствующее положение не только в наземных экосистемах, но отчасти — и в водных. Глубокая специализация к полету ограничила для птиц возможность появления сугубо подземных или водных форм. Млекопитающие, не имевшие подобного ограничения, заселили почву (роющие виды), а их водные формы (китообразные и сирены) полностью утратили связь с сушей.
