Entre sus radiaciones más espectaculares se encuentran los reptiles marinos, que no formaron un único linaje. La adaptación completa al océano evolucionó independientemente varias veces, produciendo cuerpos sorprendentemente diferentes. Los ictiosaurios desarrollaron siluetas hidrodinámicas semejantes a delfines; los plesiosaurios y pliosaurios transformaron las extremidades en grandes aletas propulsoras; y los mosasaurios, derivados de escamosos, conservaron una arquitectura craneal relacionada con lagartos pero extraordinariamente modificada para la depredación marina. Estas semejanzas corporales constituyen ejemplos claros de convergencia evolutiva, no de parentesco cercano entre todos los reptiles oceánicos.
Otros diápsidos conquistaron ambientes que ningún reptil actual representa completamente. Los pterosaurios desarrollaron vuelo activo mediante alas sostenidas principalmente por un cuarto dedo enormemente alargado, constituyendo una radiación independiente de las aves. Los dinosaurios no avianos dominaron numerosos ecosistemas terrestres durante el Mesozoico y produjeron desde pequeños depredadores hasta gigantes herbívoros. Las aves, lejos de constituir un grupo separado de los reptiles desde la perspectiva filogenética, son dinosaurios terópodos supervivientes. Así, Diapsida comprende reptiles terrestres, acuáticos, voladores y aves modernas, revelando una diversidad evolutiva mucho mayor que la transmitida por las clasificaciones escolares tradicionales.
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