在5千万到7千万年前，一类或几类陆生哺乳动物第二次入水，其中有些还适应了淡水生活。由它们逐渐形成了进化树上的新分支——鲸目。它分为三个亚目：古鲸亚目、齿鲸亚目、须鲸亚目。其中古鲸亚目的种类于始新世晚期灭绝。

白垩纪末期，曾经统治地球的恐龙类全部灭绝，原始的哺乳动物，特别是真兽类繁荣起来。其中有蹄类由其祖先踝节类演化而出。第三纪初期，这类动物特别是其中的与猪、鹿、骆驼相近的偶蹄类中的部分种类返回海中生活，逐渐产生了最早的鲸类：古鲸亚目。

研究者们在巴基斯坦发现了由陆生向水生演化的鲸类过渡种Pakicetus inachus化石。它们生活于始新世早期，是一种在古Tethys海域浅水中捕鱼为食的水、陆两栖的动物。由它再发展成为完全水生的古鲸类。到这时，古鲸类与其祖先在结构上已经发生了很大的变化。

虽然有些科学家认为古鲸亚目不是齿鲸亚目和须鲸亚目的直接祖先，但一般认为后二者来源于前者为较满意推论。齿鲸类和须鲸类均来源于被认为是与古鲸亚目中古鲸科同源的祖先。齿鲸类起源于3千万年前渐新世早期，而须鲸类在2.7万年前的中期出现。

现代齿鲸类和须鲸类是其祖先以两种不同途径进化的产物：一类保留牙齿，并进一步向单根、圆锥型的同型齿演化，并逐渐增加牙齿数量。另一类失去了牙齿，而发展了鲸须。

第一段所说的“5千万年到7千万年前”，指的是( )。