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爬行动物是最早完全脱离水环境的脊椎动物，然而有一些爬行动物很快又返回海洋生存。中龙类是目前已知的最早的水生爬行动物，产于南美洲和非洲南部的早二叠世，那时这两个地区还是连接着的，魏格纳曾利用中龙的分布证明这一点。进入中生代，虽然陆地上被恐龙统治，但海洋却不是它们能够涉足的，因为那里是海生爬行动物的天下，今天的龟鳖类的祖先就是在中三叠世最早出现，海蛇（不是今天的海蛇）和海生鳄类在白垩纪也出现了，不过中生代海洋的统治者还是那些已经灭绝的海生爬行动物，诸如鱼龙类、蛇颈龙类和沧龙类等等，虽然都是海生爬行动物，但它们之间缺乏紧密联系，很明显水生习性是在这些爬行动物身上平行演化的结果。中生代末期的大灭绝导致了很多海生爬行动物从地球上消失，然而龟鳖类、鳄类却存活了下来，长吻鳄科在新生代早期还得到迅速发展，直到中新世才逐渐萎缩。 现代的海洋爬行动物种类大约100种，还不到所有爬行动物种类的1%，包括海龟、海蛇、咸水鳄和海鬣蜥。