Evoluutio viittaa sukupolvien myötä tapahtuviin muutoksiin biologisten populaatioiden periytyvissä ominaisuuksissa.Hall & Hallgrímsson: Strickberger's Evolution, s. 4–6. Evoluutioprosessit tuottavat monimuotoisuutta biologisen hierarkian jokaisella tasolla, mukaan lukien lajien tasolla, yksittäisten eliöiden tasolla ja molekyylievoluution tasolla.Hall & Hallgrímsson: Strickberger's Evolution, s. 3–5.
Kaikki elämä maapallolla polveutuu universaalista esivanhemmasta joka eli noin sitten, kun maapallon ikä on 4,5 miljardia vuotta.
Toistuvat uusien lajien synnyt eli lajiutumiset, lajien sisäiset erilaistumiset sekä lajien menetykset eli sukupuutot voidaan päätellä yhteisistä biokemiallisista ja morfologisista piirteistä sekä yhteisten DNA-jaksojen sekvensoinnista.Panno: The Cell: Evolution of the First Organism, s. xv-16. Nämä homologiset piirteet ja jaksot ovat samankaltaisimpia lajeissa, joiden sukuhaarojen eroamiseen yhteisestä esivanhemmasta on lyhin aika. Tätä tietoa voidaan käyttää rekonstruoimaan evoluution historiaa käyttäen sekä nykyisiä lajeja että fossiileja. Nykyisen biodiversiteetin kuviot ovat muotoutuneet sekä lajiutumisten että sukupuuttojen kautta.Futuyma: Assembling the Tree of Life, s. 33. On arvioitu, että enemmän kuin 99 % maapallolla eläneistä lajeista on kohdannut sukupuuton.Stearns & Stearns: Watching, from the Edge of Extinction, s. x. Maapallolla on arvioitu olevan tällä hetkellä eliölajia,Miller & Spoolman: Environmental Science, s. 62. joista noin eli 14 % on dokumentoitu.
1800-luvun puolivälissä Charles Darwin laati luonnonvalinnan kautta tapahtuvalle evoluutiolle tieteellisen teorian, jonka hän julkaisi kirjassaan Lajien synty (1859). Luonnonvalinnan kautta tapahtuva evoluutio on prosessi, joka voidaan päätellä kolmesta populaatioita koskevasta tosiasiasta: 1) morfologiaa, fysiologiaa ja käyttäytymistä määrittelevät piirteet vaihtelevat yksilöiden välillä, 2) eri piirteet antavat erisuuruiset eloonjäämisen ja lisääntymisen todennäköisyydet ja 3) piirteet voivat periytyä sukupolvelta toiselle. Näin ollen populaation jäsenet korvautuvat peräkkäisissä sukupolvissa jälkeläisillä, joiden vanhemmat olivat paremmin sopeutuneita selviytymään ja lisääntymään ympäristössä, jossa luonnonvalinta tapahtuu. Tämä prosessi tuottaa ja säilyttää piirteitä, jotka ovat näennäisesti sopeutuneita niiden suorittamiin toiminnallisiin tehtäviin.Darwin: On the Origin of Species, s. 459. Luonnonvalinta on ainoa tunnettu syy adaptaatiolle, mutta se ei ole ainoa tunnettu syy evoluutiolle. Muita ei-adaptiivisia syitä mikroevoluutiolle ovat mutaatiot ja geneettinen ajautuminen.
1900-luvun alkupuolella synteettinen evoluutioteoria sisällytti perinnöllisyystieteen Darwinin teoriaan luonnonvalinnan kautta tapahtuvasta evoluutiosta populaatiogenetiikan tieteenhaaran avulla. Luonnonvalinnan tärkeys yhtenä evoluution aiheuttajista hyväksyttiin osaksi muita biologian tieteenhaaroja. Tämän lisäksi aiemmat käsitykset evoluutiosta, kuten ortogeneesi, hylättiin.Provine: Evolutionary Progress, s. 49–79. Tieteilijät jatkavat evoluutiobiologian eri osa-alueiden tutkimista muodostamalla ja testaamalla hypoteeseja, kehittämällä matemaattisia malleja biologisista prosesseista, käyttämällä havaintotietoja ja suorittamalla kokeita sekä kentällä että laboratorioissa. Biologien keskuudessa on tieteellinen konsensus siitä, että polveutuminen muutoksien kera on yksi luotettavimmin perustelluista tosiasioista tieteessä. Evoluutiota tukevat biologisten todisteiden lisäksi antropologiset, psykologiset, astrofyysiset, kemialliset, fyysiset, geologiset sekä yhteiskuntatieteiden havainnot. Evoluution ymmärtämisellä on ollut suuri vaikutus ihmiskunnalle muun muassa sairauksien ennaltaehkäisyssä ja hoidossa, maatalouden kehittämisessä sekä tietokonetekniikassa evoluutioon pohjautuvan evoluutiolaskennan muodossa.National Academy of Sciences; Institute of Medicine: Science, Evolution, and Creationism, s. R11–R12.National Academy of Sciences; Institute of Medicine: Science, Evolution, and Creationism, s. 17. Biologian lisäksi evoluution havainnot ovat vieneet eteenpäin monia muita tieteenaloja, kuten biologista antropologiaa sekä evoluutiopsykologiaa, ja yhteiskuntaa kokonaisuudessaan.
Evoluutioteorian historia
Ehdotus siitä, että eläinlaji voisi polveutua toisen lajin eläimestä, voidaan jäljittää ensimmäisiin esisokraattisiin kreikkalaisiin filosofeihin, kuten Anaksimandrokseen ja Empedoklekseen. Tämänkaltaiset ehdotukset selviytyivät antiikin Roomaan asti. Runoilija ja filosofi Lucretius seurasi Empedokleksen jalanjäljissä Maailmankaikkeudesta () -nimisellä teoksellaan. Vastapainona näille materialistisille näkemyksille Aristoteles käsitti kaikkien luonnollisten asioiden – ei vain elävien asioiden – olevan epätäydellisiä aktualisaatioita eri pysyvistä luonnollisista mahdollisuuksista, jotka tunnetaan "ideoina". Tämä oli osa hänen teleologista ymmärrystä luonnosta, jossa kaikilla asioilla on tietty rooli jumalallisessa kosmisessa järjestyksessä. Tähän ajattelutapaan perustuvista variaatioista tuli vakiokäsitys keskiajalla ja niitä integroitiin kristinuskon oppeihin. Aristoteles ei kuitenkaan vaatinut, että oikeat eläinlajit vastaisivat yksi yhteen täsmällisten metafyysisten ideoiden kanssa vaan antoi esimerkkejä siitä, miten uusia lajeja voisi syntyä.Mason: A History of the Sciences, s. 43–44.
1600-luvulla modernin tieteen uusi menetelmä hylkäsi Aristoteleen lähestymistavan ja etsi selityksiä luonnollisille ilmiöille eli kaikille näkyville asioille yhteisten luonnonlakien muodossa. Menetelmän ei tarvinnut olettaa mitään pysyviä luonnollisia luokkia tai jumalallista kosmista järjestystä. Tämä uusi lähestymistapa oli kuitenkin hidas juurtumaan biologisissa tieteissä, joista tuli lopulta viimeinen turvapaikka pysyvien luonnollisten tyyppien aatteelle. John Ray käytti yhtä aiemmin yleisemmässä käytössä olevista määritelmistä pysyvistä luonnollisista tyypeistä, "lajeista", viittaamaan eläin- ja kasvityyppeihin. Hän piti kuitenkin kaikkia eläviä tyyppejä jäykästi erillisinä lajeina ja ehdotti, että jokainen laji voitaisiin tunnistaa niiden sukupolvelta toiselle periytyvistä piirteistä.Mayr: The Growth of Biological Thought, s. 256–257. Ray: Historia Plantarum. Nämä lajit olivat Jumalan suunnittelemia mutta niissä oli eroavaisuuksia paikallisten olosuhteiden takia. Myös Carl von Linnén vuonna 1735 esittämä biologinen luokittelujärjestelmä tarkasteli lajeja jumalallisen suunnitelman mukaisesti pysyvinä.
Muut sen ajan naturalistit spekuloivat, että lajit voisivat ajan myötä muuttua evolutiivisesti luonnonlakeja seuraten. Pierre Louis Moreau de Maupertuis kirjoitti vuonna 1751, että lisääntymisen yhteydessä ilmenevät luonnolliset muutokset voisivat kasaantua useiden sukupolvien aikana ja tuottaa uusia lajeja.Bowler: Evolution: The History of an Idea, s. 73–75. Georges Leclerc de Buffon ehdotti, että lajit voisivat degeneroitua eri eliöiksi, ja Erasmus Darwin ehdotti, että kaikki tasalämpöiset eläimet olisivat voineet polveutua yksittäisestä mikrobista (tai "filamentista"). Ensimmäinen täysin kehittynyt evolutiivinen järjestelmä oli Jean-Baptiste Lamarckin "transmutaatioteoria" vuodelta 1809.Lamarck: Philosophie Zoologique Tämän järjestelmän mukaan spontaani sikiäminen tuotti jatkuvasti yksinkertaisia elämänmuotoja, joilla oli luontainen taipumus progressiiviseen kehitykseen ja jotka kehittyivät monimutkaisemmiksi eliöiksi paralleeleissa sukulinjoissa. Paikallisella tasolla nämä sukulinjat adaptoituivat ympäristöön perimällä ominaisuudet, jotka olivat vanhempien käytössä.Nardon & Grenier: Symbiosis as a Source of Evolutionary Innovation: Speciation and Morphogenesis, s. 162.Gould: The Structure of Evolutionary Theory. (Jälkimmäistä prosessia kutsuttiin myöhemmin Lamarckismiksi.) Magner: A History of the Life Sciences. Vakiintuneet naturalistit tuomitsivat nämä ajatukset spekulaatioina, joilta puuttui empiirinen tuki. Erityisesti Georges Cuvier piti kiinni siitä, että lajit olivat erillisiä ja pysyviä ja että niiden yhtäläisyydet heijastivat jumalallista suunnitelmaa, joka otti huomioon eliöiden toiminnalliset tarpeet. Samaan aikaan William Paley oli käyttänyt Rayn ajatuksia hyväntahtoisesta suunnitelmasta kehittääkseen Natural Theology or Evidences of the Existence and Attributes of the Deity (1802) -nimisen, myöhemmin Charles Darwinin ihaileman, kirjan, jossa hän ehdotti, että monimutkaiset adaptaatiot olivat todisteita jumalallisesta suunnitelmasta.Burkhardt & Smith: The Correspondence of Charles Darwin.Dawkins: Sokea kelloseppä.
Ratkaiseva irtautuminen kiinteiden biologisten lajien käsitteestä alkoi, kun Charles Darwin laati luonnonvalinnan kautta tapahtuvalle evoluutiolle tieteellisen teorian. Osittain Thomas Malthusin kirjoittaman An Essay on the Principle of Population (1798) -nimisestä kirjasta vaikuttuneena Darwin totesi, että populaation kasvu johtaisi "taisteluun olemassaolon puolesta", jossa suotuisat variaatiot voisivat selviytyä toisten menehtyessä. Jokaisessa sukupolvessa lukuisat jälkeläiset eivät selviydy hengissä lisääntymisikään rajallisten resurssien takia. Tämä voisi selittää kasvien ja eläinten monimuotoisuuden ja yhteisen alkuperän luonnonlakeihin perustuvilla prosesseilla, jotka toimivat samalla tavalla kaikentyyppisiin eliöihin.Mayr: Evoluutio.Bowler: Evolution: The History of an Idea, s. 145–146. Darwin kehitti "luonnonvalinnaksi" kutsumaansa teoriaa vuodesta 1838 eteenpäin ja oli kirjoittamassa aiheesta merkittävää teosta, kun Alfred Russel Wallace lähetti hänelle samankaltaisen teorian vuonna 1858. Molemmat miehet esittivät erilliset tutkielmansa Lontoon Linnean Society -tutkimusseuralle. Vuoden 1859 loppupuolella Darwinin julkaisema Lajien synty selitti luonnonvalinnan yksityiskohtaisesti ja tavalla, joka johti evoluutiokäsitteiden yhä laajempaan hyväksymiseen. Thomas Henry Huxley sovelsi Darwinin ajatuksia ihmisiin ja käytti paleontologiaa ja komparatiivista anatomiaa esittääkseen vahvaa näyttöä sille, että ihmisillä ja ihmisapinoilla on yhteiset esivanhemmat. Jotkut häiriintyivät tästä, sillä se merkitsi, että ihmisillä ei ole erityistä asemaa maailmankaikkeudessa.
Perinnöllisyyden täsmälliset mekanismit ja uusien piirteiden alkuperä olivat edelleen arvoituksia. Tätä varten Darwin kehitti väliaikaisen pangeneesi () -nimisen teorian. Gregor Mendel kirjoitti vuonna 1865, että piirteet periytyivät ennakoitavalla tavalla elementtien (myöhemmin geenien) vapaan yhdistymisen ja erkanemisen kautta. Mendelin perinnöllisyyssäännöt syrjäyttivät lopulta suurimman osan Darwinin pangeneesiteoriasta. August Weismann teki tärkeän erotuksen kehossa olevien itusolujen (siittiöiden ja munasolujen) ja somaattisten solujen välille osoittaen, että perinnöllisyys tapahtuu vain ituradan kautta. Hugo de Vries yhdisti Darwinin pangeneesiteorian Weismannin itu- ja somaattisten solujen erotukseen ja ehdotti, että Darwinin pangeenit sijaitsivat tumassa ja ilmaistuna siirtyivät solulimaan ja muuttivat solun rakennetta. De Vries oli myös yksi tutkijoista, jotka tekivät Mendelin työn tunnetuksi uskoen, että mendeeliset piirteet vastasivat ituradan kautta periytyviä variaatioita.Wright: Genetic and Biometric Foundations, s. 480. Selittääkseen kuinka uusia variaatioita syntyy De Vries kehitti mutaatioteorian, joka aiheutti hetkellisen välirikon darwinistisen evoluution tukijoiden ja De Vriesin puolella olevien biometrikoiden välille.Provine: The Origins of Theoretical Population Genetics. 1900-luvun taitteessa populaatiogenetiikan edelläkävijät, kuten J. B. S. Haldane, Sewall Wright ja Ronald Fisher asettivat evoluutioteorian perustan vankalle tilastolliselle filosofialle. Darwinin teorian, geneettisten mutaatioiden ja Mendelin perinnöllisyyssääntöjen välillä ollut perätön ristiriita oli siten ratkaistu.Quammen: The Reluctant Mr. Darwin.