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魚類は、カンブリア爆発期の約5億3000万年前に進化し始めました。この時期に初期の脊索動物が頭蓋骨と脊柱を発達させ、最初の頭蓋動物と脊椎動物が誕生しました。最初の魚類の系統は無顎類、つまり顎のない魚類に属します。初期の例としては、ハイコウイクティスが挙げられます。カンブリア紀後期には、コノドントと呼ばれるウナギのような顎のない魚類と、オストラコデルム類として知られる小型でほとんどが装甲に覆われた魚類が初めて出現しました。現在、ほとんどの顎のない魚類は絶滅していますが、現存するヤツメウナギは、顎のない古代の魚類に近い可能性があります。ヤツメウナギは円口類に属し、現存するヌタウナギもこのグループに含まれ、このグループは他の無顎類から早期に分岐した可能性があります。
顎を持つ脊椎動物の最も初期のものは、おそらくオルドビス紀後期に出現したと考えられています。化石記録では、シルル紀に初めて2つの魚類のグループが記録されています。1つは甲羅類から進化した板皮類と呼ばれる装甲魚類、もう1つは棘鰭類（または棘のあるサメ）です。現代にも生息する顎を持つ魚類も、シルル紀後期に出現しました。軟骨魚類（または軟骨魚類）と硬骨魚類（または硬骨魚類）です。硬骨魚類は、条鰭類（または条鰭魚類）と肉鰭類（肉鰭魚類を含む）の2つのグループに分かれました。
デボン紀には魚類の多様性が大幅に増加し、特に甲殻類や板皮類、肉鰭類や初期のサメ類で顕著でした。このことから、デボン紀は魚類の時代として知られています。肉鰭類から四肢動物、つまり四肢を持つ脊椎動物が進化し、現在では両生類、爬虫類、哺乳類、鳥類がその代表例です。過渡的な四肢動物はデボン紀前期に初めて出現し、デボン紀後期には最初の四肢動物が出現しました。顎を持つ脊椎動物の多様性は、顎を持つ口の進化上の利点を示している可能性がありますが、蝶番状の顎の利点がより大きな咬合力なのか、呼吸の改善なのか、あるいはこれらの要因の組み合わせなのかは明らかではありません。
魚類は、他の多くの生物と同様に、自然史を通じて絶滅事象によって大きな影響を受けてきました。最も初期の絶滅事象であるオルドビス紀-シルル紀絶滅事象は、多くの種の喪失につながりました。後期デボン紀絶滅は、デボン紀末までにオストラコデルム類とプラコデルム類、およびその他の魚類の絶滅につながりました。棘鰭類はペルム紀-三畳紀絶滅事象で絶滅し、コノドント類は三畳紀-ジュラ紀絶滅事象で絶滅しました。白亜紀-古第三紀絶滅事象、そして現在の完新世絶滅も、魚類の多様性と魚類資源に影響を与えています。
魚類は、サンゴのようなホヤ（被嚢類）に似た動物から進化した可能性があり、その幼生は初期の魚類と重要な点で類似している。魚類の最初の祖先は、現代のホヤのように、幼生形態を成体まで維持していた可能性があるが、この経路は証明されていない。
脊椎動物、つまり最初の魚類は、動物の多様性が増大したカンブリア爆発の約5億3000万年前に出現した。 [ 3 ]
魚類の最初の祖先、あるいは魚類に近縁であったと考えられる動物は、ハイコウイクティスとミロクンミンギアであった。[ 6 ] [ 3 ]これらの2つの属はすべて約5億3000万年前に出現した。カンブリア紀を支配した他の動物相とは異なり、これらのグループは脊索、痕跡的な椎骨、明確な頭部と尾部といった基本的な脊椎動物の体構造を持っていた。 [ 7 ]これらの初期の脊椎動物はすべて顎を持たず、代わりに海底近くで濾過摂食を行っていた。[ 8 ]
これらに続いて、オルドビス紀（5億～4億3千万年前）の岩石から、重装甲の魚類という紛れもない脊椎動物の化石が発見された。
最初の顎を持つ脊椎動物はオルドビス紀後期に現れ、しばしば「魚類の時代」として知られるデボン紀に普及した。 [ 9 ]硬骨魚類の2つのグループ 、条鰭類と肉鰭類が進化し、普及した。[ 10 ]デボン紀には、ヤツメウナギとヌタウナギを除くほぼすべての無顎魚類、シルル紀後期の大部分を支配していた装甲魚類のグループである板皮類、そして魚類と両生類の中間的な存在である最初の迷歯類が出現した。[ 10 ]
新たなニッチへの進出は、体型の多様化、そして時には体サイズの増大をもたらした。デボン紀（3億9500万年前～3億4500万年前）には、体長7メートルにも達する板皮類のダンクルオステウスのような巨大生物や、長期間陸上にとどまることができた初期の空気呼吸魚類が出現した。後者のグループには、両生類の祖先が含まれていた。
爬虫類は、続く石炭紀に迷歯類から出現した。古生代後期には無弓類と単弓類の羊膜類が一般的であったが、中生代には双弓類が優勢となった。海では、硬骨魚類が優勢となった。
シルル紀やデボン紀の魚類など、後の放散期には、分類群の数は少なく、体型も非常に似通っていた。最初に陸上に進出した動物は節足動物だった。魚類の中には肺を持ち、丈夫な骨質の鰭を持つものもおり、陸上を這い上がることができた。
無顎魚は脊索動物門脊椎動物亜門の無顎上綱 に属する。無顎とは「顎のない」という意味である（古代ギリシャ語由来）。[ 11 ]顎口類として知られる顎を持つすべての脊椎動物は除外される。無顎魚は現代の海洋動物相のマイナーな要素ではあるが、古生代初期の初期の魚類の中では目立っていた。鰭、脊椎動物の筋肉、鰓を持っていたと思われるカンブリア紀初期の動物2種が、中国のカンブリア紀初期の茂天山頁岩から知られている。それはハイコウイクティスとミロクンミンギアである。これらはジャンヴィエによって暫定的に無顎類に分類されている。同じ地域から発見された3番目の可能性のある無顎類はハイコウエラである。
オルドビス紀、シルル紀、デボン紀の多くの無顎類は、鉱物化した鱗からできた重く骨質で、しばしば精巧に彫刻された板で覆われていた。最初の装甲無顎類であるオストラコデルム類（硬骨魚類、ひいては四足動物（ヒトを含む）の祖先）は中期オルドビス紀に知られており、後期シルル紀には無顎類は進化の頂点に達した。テロドント類、オステオストラカン類、ガレアスピス類などのオストラコデルム類のほとんどは、円口類として知られる現存する無顎類よりも顎口類に近縁であった。円口類は、コノドント類を含む多くの化石無顎類に存在する象牙質と骨の進化以前に他の無顎類から分岐したようである。[ 12 ]無顎類はデボン紀に衰退し、その後回復することはなかった。
無顎類全体は側系統群である[ 13 ]。なぜなら、絶滅した無顎類のほとんどは、そこから進化した顎を持つ魚類である顎口類の幹群に属しているからである[ 14 ] [ 15 ] 。rRNA [ 16 ]とmtDNA [ 17 ]の両方からの分子データは、円口類として知られる現生無顎類が単系統群であるという理論を強く支持している[ 18 ]。系統分類学では、動物間の関係は通常、階級に分けられるのではなく、系統樹として知られる入れ子状の「家系図」として示される。系統群は、背骨の存在などの物理的特徴のみに基づいてではなく、互いの関係に基づいて定義される。この入れ子状のパターンは、進化分類学として知られる慣習において、伝統的な分類学と組み合わされることが多い。
以下の無顎魚類の系統樹は、生命の樹ウェブプロジェクトのためにフィリップ・ジャンヴィエらが行った研究に基づいています。これは分子生物学的研究よりも前のものです。[ 20 ]（†＝絶滅したグループ）
上記をヌタウナギとヤツメウナギを統合する新しい解釈と比較してください。[ 21 ]
ヌタウナギとヤツメウナギのゲノムは、円口類と顎口類の分岐を支持するだけでなく、両グループがどのようにして誕生したかについての詳細も明らかにしている。[ 22 ]
コノドントは原始的な顎のないウナギに似ていた。5億2000万年前に出現し、2億年前に絶滅した。[ 23 ]当初は、コノドント要素と呼ばれる歯のような微化石からのみ知られていた。これらの「歯」は、濾過摂食器官または「掴んで砕く配列」として様々に解釈されてきた。[ 24 ]コノドントの長さは1センチメートルから40 センチメートルのプロミッサムまで様々だった。大きな目は側面に位置しており、捕食者としての役割は考えにくい。保存された筋肉組織は、一部のコノドント（少なくともプロミッサム）が効率的な巡航者であったが、急加速はできなかったことを示唆している。 [ 24 ] 2012年に研究者たちは、鰭条、山形筋、脊索を持つ鰭に基づいて、コノドントを脊索動物門に分類した。[ 25 ]一部の研究者は、現代のヌタウナギやヤツメウナギに似た外見の脊椎動物と見なしているが、[ 26 ]系統解析によると、これらのグループよりも派生的であると示唆されている。 [ 27 ]
オストラコデルム類（文字通り「殻に覆われた」）は、古生代の装甲を持つ無顎魚類である。この分類群は側系統群または多系統群であり、系統発生的な意味を持たないため、今日では分類にこの用語が頻繁に登場することはない。 [ 28 ]しかし、この用語は装甲を持つ無顎魚類をまとめて分類するために非公式に今でも使用されている。
甲殻類の装甲は 、頭部と鰓を覆う厚さ3～5mmの多角形の板で構成され、さらに体の下の方では鱗のように重なり合っていた。特に目はしっかりと覆われていた。初期の脊索動物は鰓を呼吸と摂食の両方に用いていたが、甲殻類は鰓を呼吸のみに用いていた。頭部の側面には最大8個の独立した咽頭鰓嚢があり、これらは常に開いており、保護用の鰓蓋はなかった。繊毛運動で食物を運ぶ無脊椎動物とは異なり、甲殻類は筋肉質の咽頭を使って吸引力を生み出し、小さく動きの遅い獲物を口の中に引き込んだ。
最初に発見された化石魚は甲殻類でした。スイスの解剖学者ルイ・アガシーは1830年代にスコットランドから骨質の装甲魚の化石をいくつか受け取りました。それらは現存する生物に似ていなかったため、分類に苦労しました。彼は最初はナマズやチョウザメなどの現存する装甲魚と比較しましたが、後に可動する顎がないことに気づき、1844年にそれらを「甲殻類」という新しいグループに分類しました。[ 29 ]
甲殻類は、より原始的な異甲類と頭楯類の2つの主要なグループに分かれて存在していました。その後、約4億2000万年前に、顎を持つ魚類が甲殻類の1つから進化しました。顎を持つ魚類が出現した後、ほとんどの甲殻類の種は衰退し、最後の甲殻類はデボン紀末に絶滅しました。[ 30 ]
脊椎動物の顎は、おそらくシルル紀に最初に進化し、板皮類魚類に現れ、デボン紀にさらに多様化したと考えられている。最も前方の2つの咽頭弓は、それぞれ顎自体と舌骨弓になったと考えられている。舌骨系は顎を頭蓋骨の脳頭蓋から吊り下げ、顎の大きな可動性を可能にしている。より派生的な顎口類につながる側系統群であると長らく考えられてきたエンテログナトゥスの発見は、板皮類が現代の硬骨魚類の直接の祖先であることを示唆している。
ほとんどの脊椎動物と同様に、魚類の顎は骨質または軟骨質で、垂直に対向しており、上顎と下顎から構成されています。顎は鰓を支える最も前方の2つの咽頭弓から派生しており、通常は多数の歯を備えています。今日の顎を持つ脊椎動物の最後の共通祖先の頭蓋骨はサメに似ていたと考えられています。[ 31 ]
顎がもたらした本来の選択上の利点は、摂食ではなく呼吸効率の向上に関連していたと考えられている。顎は、魚類の場合はエラを通して水を、両生類の場合は肺に空気を送り込む口腔ポンプ（現代の魚類や両生類に見られる）に用いられていた。進化の過程で、人間にとってより馴染み深い摂食における顎のより一般的な用途が選択され、脊椎動物において非常に重要な機能となった。多くの硬骨魚類は、吸引摂食と顎の突出のために顎を大幅に変化させ、数十個の骨が関与する非常に複雑な顎を持つようになった。
顎を持つ脊椎動物と顎を持つ魚類は、初期の顎を持たない魚類から進化しました。顎を持つ脊椎動物の系統樹は、上記のセクションの系統樹の続きです。（†＝絶滅）
板皮類（ Placodermi 、'板状 の皮膚を持つ'）は、約4億3000万年前の前期から中期シルル紀に出現した絶滅した装甲を持つ先史時代の魚類です。3億7800万年前の後期デボン紀絶滅イベントで大部分が絶滅しましたが、一部は生き残り、ファメニアン期に多様性がわずかに回復した後、3億6000万年前のデボン紀末に完全に絶滅しました。最終的には、現代の顎口類脊椎動物の祖先です。[ 32 ] [ 33 ]頭部と胸部は、巨大でしばしば装飾された装甲板で覆われていました。体の残りの部分は、種によって鱗で覆われているか、裸でした。装甲板は関節式で、頭部装甲は胸部装甲に蝶番で接続されていました。これにより、板皮類は、甲羅類とは異なり、頭を持ち上げることができました。板皮類は、顎を持つ最初の魚類でした。彼らの顎はおそらく最初の鰓弓から進化したと考えられます。右側の図は、板皮類の各系統（棘胸甲類、レナニダ類、アンティアルキ類、ペタリクティス科、プティクトドン類、アルトロディラ類）の興亡を示しています。
棘鮫類（Acanthodii綱）は、硬骨魚類と軟骨魚類の両方の特徴を併せ持つ絶滅した魚類ですが、最終的には軟骨魚類により近縁で、軟骨魚類の祖先にあたります。棘鮫類は「棘鮫類」と呼ばれていますが、サメよりも古くから存在しており、サメの祖先でもあります。棘鮫類は、最初のサメが現れる約 5000 万年前のシルル紀初期に海で進化しました。最終的に硬骨魚類との競争が激しくなり、棘鮫類はペルム紀の約 2億5000 万年前に絶滅しました。棘鮫類は形態的にはサメに似ていましたが、表皮はホロステア類（ガー、ボウフィン）の鱗のような小さな菱形の小板で覆われていました。
軟骨魚類、軟骨魚綱は、サメ、エイ、ギンザメからなり、約3億9500万年前の中期デボン紀に棘魚類から進化して出現しました。この綱には、全頭類（ギンザメ）と板鰓類（サメとエイ）の亜綱が含まれます。右側の図の板鰓類の放散は、次の分類群に分けられます：Cladoselache、Eugeneodontiformes、Symmoriida、Xenacanthiformes、Ctenacanthiformes、Hybodontiformes、Galeomorphi、Squaliformes、Batoidea。
硬骨魚類（Osteichthyes綱）は、軟骨ではなく骨格を持つことが特徴です。硬骨魚類は、約 4億1900 万年前の後期シルル紀に出現しました。最近のEntelognathusの発見は、硬骨魚類（そしておそらく棘魚類を経由した軟骨魚類）が初期の板皮類から進化したことを強く示唆しています。 [ 35 ]硬骨魚類の亜綱である条鰭類（Actinopterygii綱）は、古生代以降および現代において、約 30,000 種の現生種を擁する魚類の支配的なグループとなっています。デボン紀以降に出現した硬骨魚類（および軟骨魚類）のグループは、採餌と移動の着実な改善を特徴としています。[ 36 ]
肉鰭類は、肉鰭綱に属する魚で、ほとんどが絶滅した硬骨魚類であり、頑丈な内部骨格、コスモイド鱗、内鼻孔を含む頑丈でずんぐりとした肉鰭を基本的特徴としている。鰭は肉質で、葉状で、対になっており、1本の骨で体につながっている。[ 39 ]肉鰭類の鰭は、それぞれが体から伸びる肉質で葉状の鱗状の柄の上に付いている点で、他のすべての魚類の鰭とは異なる。胸鰭と腹鰭は、それらが前身となった四肢動物の四肢に似た方法で関節している。鰭は、最初の四肢動物の陸上脊椎動物である両生類の脚に進化した。また、条鰭類の単一の背鰭とは異なり、基部が別々になった2つの背鰭を持っている。肉鰭類の脳頭蓋には原始的に蝶番線があるが、これは四肢動物や肺魚類では失われている。初期の肉鰭類の多くは左右対称の尾を持つ。すべての肉鰭類は真のエナメル質で覆われた歯を持つ。
シーラカンスや肺魚などの肉鰭類は、デボン紀の硬骨魚類の中で最も多様なグループでした。分岐分類学のアプローチを採用する分類学者は、四肢動物を肉鰭類に含め、四肢動物には四肢を持つ脊椎動物のすべての種が含まれます。[ 40 ]シーラカンスなどの肉鰭類の鰭肢は、四肢動物の肢の祖先形と強い類似性を示します。肉鰭類は明らかに2つの異なる進化の系統をたどり、それに応じて、リピディスティア（肺魚を含む）と四肢動物を含む四肢動物形類とアクチニスティア（シーラカンス）の2つの亜綱に分けられます。最上部シルル紀（約4億1800万年前）に発見された最初の肉鰭類は、古生代末期に絶滅したトゲザメによく似ていた。前期から中期デボン紀（4億1600万年前～3億8500万年前）には、肉食性の板皮類が海を支配していた一方で、一部の肉鰭類は淡水域に進出した。
デボン紀前期（4億1600万年前～3億9700万年前）には、肉鰭類はシーラカンス類とリピディスティア類の2つの主要な系統に分かれました。前者の最盛期はデボン紀後期から石炭紀にかけての3億8500万年前から2億9900万年前で、顕生代の他のどの時代よりもこの時期に多く生息していました。シーラカンスは現在も海洋に生息しています（ラティメリア属）。おそらく河口に生息していたリピディスティア類は淡水域に移動しました。そして、肺魚類と四肢動物の2つの主要なグループに分かれました。肺魚類の多様性が最も高かったのは三畳紀で、現在では3つの属が残っています。[ 43 ]肺魚は最初の原始的な肺と原始的な四肢を進化させ、中期デボン紀（3億9700万年前～3億8500万年前）に水環境外で生活する能力を発達させた。巨大な根歯類を含む最初の四肢動物形類は、最も近縁な肺魚とほぼ同じ解剖学的構造を持っていたが、四肢動物（四足脊椎動物）が出現する後期デボン紀（3億8500万年前～3億5900万年前）まで水生生息地を離れなかったようである。肉鰭類は古生代末期まで存続したが、ペルム紀-三畳紀絶滅イベント（2億5100万年前）で大きな損失を被った。
条鰭類（条鰭綱）は、鰭が骨または角質の棘（「条」）で支えられた皮膚の膜で構成されている点で、肉鰭類とは異なります。呼吸器系や循環器系にも違いがあります。条鰭類は通常、真の骨でできた骨格を持っていますが、チョウザメやヘラチョウザメはそうではありません。[ 44 ]
条鰭類は脊椎動物の主要グループであり、既知の脊椎動物種の半分を占めている。深海、沿岸の入り江、淡水の河川や湖に生息し、人間にとって主要な食料源となっている。[ 44 ]
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