根据化石记录，大象的进化历程可追溯至约5000万年前的始新世。在这个时期，大象的祖先，如始祖象、始乳齿象和古乳齿象，体型较小，仅有约3米长、1米高，且鼻子较短，大约只有几十厘米。尽管它们的“象牙”已经较为发达，但并未突出于嘴外。目前，多数科学家开始反对将始祖象视为大象直系祖先的观点，因为更早期的始乳齿象已经展现出明显的象类特征。
在渐新世（3400万-2400万年前），化石记录中出现了间断，这表明大象进化中的一个关键环节尚不为人所知。直到中新世（2400万-530万年前），大象的形态才开始与现今相似，并分化为乳齿象和恐象两大类。乳齿象包括嵌齿象、铲齿象、轭齿象等多个种类，它们的体型略小于现代象，鼻子也稍短，许多种类拥有上下门齿四根显著的象牙。恐象的象牙更为独特，上门齿退化，而下门齿弯曲向下，呈钩状。尽管恐象体型巨大，有的可达到十四吨，但它们并非现代象的祖先，最后一批恐象在距今200万年前灭绝。
中新世晚期，乳齿象的一支进化出了剑棱齿象，这是最早的真象类，其外观几乎与现代象无异。真象类随后在新世（530万-180万年前）和更新世（180万-1万年前）进一步演化，产生了包括古菱齿象、剑齿象（黄河象）、猛犸象在内的多种真象，它们都具有显著的上门齿和长长的鼻子。大约在1万年前，最后的乳齿象（美洲乳齿象）以及大多数真象灭绝。原本有150多个种类的长鼻目动物（即象类）如今仅剩下亚洲象和非洲象两种。
关于大象鼻子变长的进化原因，根据进化论，这是自然选择的结果。较长的鼻子有助于采集食物，因此在漫长的进化过程中，鼻子较短的象被淘汰，而鼻子较长的象得以生存并繁衍后代，从而使长鼻子基因得以保留并逐渐强化，导致大象的鼻子随进化越来越长。
下面的图片可能有助于理解大象的进化（请注意，这些图片并不代表大象的确切进化路线，而是展示了一种进化趋势）。
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