La reproducción de las ballenas es en esencia similar a la del resto de mamíferos. Tras alcanzar la madurez sexual, los animales llevan a cabo un cortejo después del cual viene la cópula, que en el caso de las ballenas tiene lugar en el agua (no se sabe si las parejas permanecen después juntas o no). La hembra pare una sola cría tras un periodo de gestación que varía entre nueve y dieciséis meses según la especie.
El joven ballenato puede nadar desde el mismo instante en que nace, y subir sin ningún tipo de ayuda hasta la superficie para respirar por primera vez. Poco después comienza a tomar leche de cualquiera de las dos mamas situadas a cada lado de la abertura genital de la madre. La leche de ballena es muy nutritiva y el ballenato crece muy deprisa. Por ejemplo, la cría recién nacida de una ballena azul, que mide 7 m de longitud y pesa 1,8 toneladas, dobla su peso en su primera semana de vida; cuando tenga siete meses de edad medirá 17 m de largo y pesará 22 toneladas. Es posible que las crías sean destetadas entre ocho meses y dos años después de su nacimiento; sin embargo, la edad a la que comienzan a llevar una vida independiente se desconoce en la mayor parte de las especies. En algunas, como en la orca, parece que los jóvenes siempre permanecen junto al grupo familiar, que oscila entre cinco y doce individuos.
Las ballenas alcanzan la madurez sexual entre los seis y trece años de edad. La longevidad depende de las especies; las ballenas con dientes pequeños como la beluga vive unos 30 años, las grandes como el cachalote unos 70 años y las ballenas con barbas es probable que lleguen a vivir 80 años. Sin embargo, no todas las ballenas llegan a estas edades; enfermedades, accidentes y ataques de los depredadores (orcas, tiburones y el ser humano), impiden que esto suceda.
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