Évolution
Les Dipnoïs les plus anciens, du Dévonien inférieur, possédaient des caractéristiques crâniennes et dentaires qui étaient typiquement dipnoïdes mais avaient également de nombreuses caractéristiques en commun avec un autre groupe sarcoptérygien appelé les crossoptérygiens, tels que les cœlacanthes. Les Dipnoi étaient abondants jusqu’au Trias (il y a environ 251,9 millions à 201,3 millions d’années), après quoi leur nombre a diminué.
Diptère, l’un des plus anciens poissons-poumons, avait des nageoires pectorales et pelviennes ressemblant à des feuilles similaires à celles du poisson-poumon australien moderne, et il semble raisonnable de supposer que les formes précoces avaient également des poumons fonctionnels comparables à ceux des espèces vivant aujourd’hui. Des sections d’argile durcies, de forme cylindrique, ont été trouvées dans des dépôts datant du Pennsylvanien et du Permien (il y a environ 323,2 millions à 251,9 millions d’années). Des restes de Gnathorhizes dipnoïdes, étroitement liés aux espèces africaines et sud-américaines existantes, ont été incrustés dans l’argile. Leur découverte dans un tel cadre suggère fortement que ces dipnoïdes ont passé des conditions défavorables enfouis dans la boue.
Une lignée évolutive peut être tracée de Dipterus à Neoceratodus, le genre australien existant. Scaumenacia et Phanéropleuron, formes communes au Dévonien supérieur (il y a environ 382,7 millions à 358,9 millions d’années), présentaient une première nageoire dorsale très réduite (la première nageoire vers l’avant sur le dos) ; la deuxième nageoire dorsale était élargie et s’était déplacée plus loin vers la queue. Les poissons-poumons de l’époque permienne ont montré une fusion apparente des nageoires le long du dos et du reste de la ligne médiane verticale. Cette nageoire allongée s’effile jusqu’à un point au bout de la queue et se rencontre également chez les poissons-poumons modernes. Diverses branches latérales ont également émergé dans l’évolution des Dipnoi; cependant, aucune d’entre elles n’a survécu jusqu’à l’époque moderne.
Certains scientifiques affirment que les comportements de marche et de délimitation communs aux tétrapodes (vertébrés limbés et leurs descendants) ont d’abord évolué chez les poissons sarcoptérygiens. Ils citent comme preuve la capacité d’un poisson-poumon africain moderne, Protopterus annectens, à se propulser le long d’un substrat, tel que le fond d’une piscine, en utilisant ses longues nageoires comme support. Les nageoires ne contiennent pas de chiffres, mais l’animal peut soulever son corps du substrat en les pliant pour fonctionner comme des appendices ressemblant à des pieds. L’animal utilise régulièrement une démarche quadrupède; cependant, il peut également adopter une démarche bipède à certains moments. Étant donné que les tétrapodes sont issus de poissons sarcoptérygiens, la présence de comportements de marche et de délimitation chez les poissons-poumons peut être la preuve que ces traits ont évolué avant l’émergence des tétrapodes.