劳亚兽总目是真兽下纲最大的一个总目，包括翼手目（蝙蝠）、食虫目（刺猬和鼩鼱）、有蹄大目（鲸和有蹄类）和猛兽大目（食肉目和穿山甲） 。原始劳亚兽的开枝散叶和蝙蝠的进化，从恐龙刚刚灭绝的时候就开始了 。目前发现的最早蝙蝠化石可追溯至晚古新世（约5500万年前） 。
果蝠倒挂在树枝上休息
在新生代来临之际，蝙蝠仍保留着它祖先的样子——树栖，以昆虫为主食，夜间活动 。而这时地球正在经历“古新世—始新世极热事件”，恐龙虽然灭绝了，但环境还是一样湿热甚至更加湿热，飞行昆虫也越来越繁盛 。树上的蝙蝠祖先为了取食日益丰富的飞行昆虫，开始频繁在树与树之间跳跃，经过代代自然选择，蝙蝠终于长出了翅膀，飞上了天 。
哺乳动物向来视觉不佳，晚上光线又差，如果在树上活动还能勉强应付，但当蝙蝠飞起来，如果能确保抓住行动迅速的飞虫而又不撞树呢？为此，蝙蝠发展出了回声定位功能，它从嘴里发出超声波，超声波遇到物体就反弹回来，蝙蝠可以根据反弹回来的超声波判断前方是食物还是障碍物 。
2003年在美国怀俄明州早始新世（5250年前）的地层中发现了两类原始蝙蝠化石，分别是伊神蝠（Icaronycteris）和爪蝠（Onychonycteris） 。它们都显示出会飞的特征：长有皮膜状翅膀，肩部飞行肌肉发达 。也都表现出较为原始的特征：翅膀较短小，前肢较短而后腿较长，证明它们不如现代蝙蝠飞得快，但仍可以在树上攀援 。
然而，它们也存在显著不同之处 。伊神蝠有加大的耳蜗结构，而且从舌骨结构判断已经可以发出超声波，证明伊神蝠已经具备回声定位能力 。而爪蝠没有上述结构，说明它虽然会飞，但还不会回声定位 。
这两种古蝙蝠化石的发现，说明了以下三个问题 。第一，蝙蝠的飞行起源于从树上下落，而不是从地面上起飞 。第二，蝙蝠飞行能力的演化早于回声定位 。第三，伊神蝠可能位于现代蝙蝠演化主干上，至少是近亲；而爪蝠只是旁系远亲，由于它不会回声定位，很快就被自然选择淘汰了 。
今天，我们对于蝙蝠的演化过程仍所知甚少，这主要是因为蝙蝠的骨架比较细小，很难保存下来形成化石，现存蝙蝠中只有12%的属发现过化石 。现在蝙蝠有两大分支：大多数食虫蝙蝠为一支，菊头蝠和果蝠为另一支 。
民间传说蝙蝠是老鼠吃盐变得，这代表了古人一种朴素的认识 。现代科学证实，蝙蝠的祖先绝不是老鼠，它们是并列演化的关系，都是从形似老鼠的古哺乳动物进化来的 。
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