thumb|280px| "Paleontološko stablo kičmenjaka", iz 5. izdanja knjige Evolucija čovjeka (London, 1910.) autora Ernsta Haeckela. Evolucijska historija vrsta opisana je kao filogenetsko stablo, s mnogo grana koje potiču iz jednog debla. U biologiji, evolucija jest proces promjene svih oblika života tokom generacija, a evolucijska biologija je proučavanje načina na koji se evolucija odvija. Biološke populacije evoluiraju kroz genetičke promjene koje odgovaraju promjenama u fenotipskim osobinama organizama. Genetićke promjene uključuju mutacije, koje su uzrokovane oštećenjem ili greškama u replikaciji DNK organizama. Kako se genetička varijacija populacije pomiče nasumično tokom generacija, prirodna selekcija postepeno dovodi do toga da osobine postanu manje ili više uobičajene na osnovu relativnog reproduktivnog uspjeha organizama s tim osobinama. Starost Zemlje je oko 4,5 milijardi godina. Najraniji neosporni dokazi o životu na Zemlji datiraju iz perioda prije najmanje 3,5 milijardi godina. Nauka o evoluciji ne pokušava objasniti porijeklo života (umjesto toga obuhvaćeno je abiogenezom), ali objašnjava kako su se rani oblici života razvili u složeni ekosistem koji danas vidimo. Na osnovu sličnosti između svih današnjih organizama, pretpostavlja se da je sav život na Zemlji nastao zajedničkim porijeklom od posljednjeg univerzalnog pretka od kojeg su se sve poznate vrste odvojile kroz proces evolucije.

Sve jedinke imaju nasljedni materijal u obliku gena, koje su primile od roditelja, a koje prenose na svoje potomstvo. Među potomstvom postoje varijacije gena zbog uvođenja novih gena putem nasumičnih promjena koje se nazivaju mutacije ili putem preraspodjele postojećih gena tokom spolnog razmnožavanja. Potomstvo se razlikuje od roditelja na manje nasumične načine. Ako su te razlike korisne, potomstvo ima veće šanse da preživi i razmnoži se. To znači da će više potomaka u sljedećoj generaciji imati tu korisnu razliku i da jedinke neće imati jednake šanse za uspjeh u reprodukciji. Na taj način, osobine koje rezultiraju boljom adaptacijom organizama na svoje životne uslove postaju češće u potomačkim populacijama. Ove razlike se akumuliraju, što rezultira promjenama unutar populacije. Ovaj proces je odgovoran za mnoge raznolike oblike života u svijetu.

Moderno razumijevanje evolucije započelo je objavljivanjem djela „O porijeklu vrsta“ Charlesa Darwina iz 1859. godine. Osim toga, rad Gregora Mendela s biljkama, između 1856. i 1863. godine, pomogao je u objašnjavanju najnovijih obrazaca genetike, tj. biološkog nasljeđivanje. Otkrića fosila u paleontologiji, napredak u populacijskoj genetici i globalna mreža naučnih istraživanja pružili su daljnje detalje o mehanizmima evolucije. Naučnici sada dobro razumiju porijeklo novih vrsta (specijacija) i posmatrali su proces specijacije u laboratoriji i u divljini. Evolucija je glavna naučna teorija koju biolozi koriste za razumijevanje života i koristi se u mnogim disciplinama, uključujući medicinu, psihologiju, konzervacijsku biologiju, antropologiju, forenziku, poljoprivredu i druge grane sociokulturne evolucije.

Pojednostavljeni pregled Glavne ideje evolucije mogu se sažeti na sljedeći način: Životni oblici razmnožavaju se i stoga imaju tendenciju da postanu brojniji. Faktori poput predatorstva i kompeticije djeluju protiv opstanka jedinki. Svaki potomak se razlikuje od svog roditelja na manje, nasumične načine. Ako su ove razlike korisne, veća je vjerovatnoća da će potomstvo preživjeti i razmnožavati se. Zbog toga je vjerovatno da će više potomaka u sljedećoj generaciji imati korisne, a manje štetne razlike. Ove razlike se akumuliraju tokom generacija, što rezultira promjenama unutar populacije. Vremenom se populacije mogu podijeliti ili granati u nove vrste. Ovi procesi, zajednički poznati kao evolucija, odgovorni su za mnoge raznolike oblike života koji se vide u svijetu.

Prirodna selekcija

thumb|upright|Charles Darwin predložio je teoriju evolucije putem prirodne selekcije. U 19. stoljeću, kolekcije i muzeji prirodne historije bili su popularni. Evropska ekspanzija i pomorske ekspedicije zapošljavale su prirodnjake, dok su kustosi ivelikih muzeja izlagali sačuvane i žive primjerke raznolikosti života. Charles Darwin bio je engleski diplomirani student, obrazovan i obučen u disciplinama prirodne historije. Takvi prirodnjaci bi prikupljali, katalogizirali, opisivali i proučavali ogromne kolekcije primjeraka koje su čuvali i kojima su upravljali kustosi u ovim muzejima. Darwin je služio kao brodski prirodnjak na brodu HMS Beagle, raspoređen na petogodišnju istraživačku ekspediciju oko svijeta.Tokom svog putovanja, posmatrao je i sakupljao mnoštvo organizama, veoma zainteresovan za raznolike oblike života duž obala Južne Amerike i susjednih Galápagosnih ostrva. thumb|left|upright|Darwin je primijetio da orhideje imaju složene adaptacije kako bi osigurale oprašivanje, a sve potiču od osnovnih dijelova cvijeta. Darwin je stekao opsežno iskustvo prikupljajući i proučavajući prirodnu historiju životnih oblika sa udaljenih mjesta. Kroz svoja istraživanja formulisao je ideju da se svaka vrsta razvila od predaka sa sličnim karakteristikama. Godine 1838. opisao je kako bi proces koji je nazvao prirodnom selekcijom omogućio da se to dogodi.

Veličina populacije zavisi od toga koliko i koliko resursa je u stanju da je podrži. Da bi populacija ostala iste veličine iz godine u godinu, mora postojati ravnoteža ili balans između veličine populacije i dostupnih resursa. Budući da organizmi proizvode više potomstva nego što njihovo okruženje može da podrži, ne mogu sve jedinke preživjeti svaku generaciju. Mora postojati konkurentska borba za resurse koji pomažu u preživljavanju. Kao rezultat toga, Darwin je shvatio da nije samo slučajnost ta koja određuje preživljavanje. Umjesto toga, preživljavanje organizma zavisi od razlika svakog pojedinačnog organizma, ili "osobina", koje pomažu ili ometaju preživljavanje i reprodukciju. Dobro prilagođene jedinke vjerovatno će ostaviti više potomstva od svojih manje prilagođenih konkurenata. Osobine koje ometaju preživljavanje i reprodukciju bi "nestale" tokom generacija. Osobine koje pomažu organizmu da preživi i razmnožava bi se "akumulirale" tokom generacija. Darwin je shvatio da nejednaka sposobnost jedinki da prežive i razmnožavaju se može uzrokovati postepene promjene u populaciji i koristio je termin "prirodna selekcija" da opiše ovaj proces.

Posmatranja varijacija kod životinja i biljaka činila su osnovu teorije prirodne selekcije. Naprimjer, Darwin je primijetio da orhideje i insekti imaju blisku vezu koja omogućava oprašivanje biljaka. Primijetio je da orhideje imaju različite strukture koje privlače insekte, tako da se polen iz cvijeta lijepi za tijela insekata. Na taj način insekti prenose polen, sa muške na žensku orhideju. Uprkos složenom izgledu orhideja, ovi specijalizirani dijelovi napravljeni su od istih osnovnih struktura koje čine i druge cvjetove. U svojoj knjizi „Oplodnja orhideja“ (1862), Darwin je pretpostavio da su cvjetovi orhideja adaptirani iz već postojećih dijelova, putem prirodne selekcije.

Darwin je još uvijek istraživao i eksperimentirao sa svojim idejama o prirodnoj selekciji kada je primio pismo od Alfreda Russela Wallacea, u kojem je opisivao teoriju vrlo sličnu njegovoj. To je dovelo do trenutnog zajedničkog objavljivanja obje teorije. I Wallace i Darwin su historiju života vidjeli kao porodično stablo, gdje je svaka račva na granama stabla zajednički predak. Vrhovi grana predstavljali su moderne vrste, a grane zajedničke pretke koje dijele mnoge različite vrste. Da bi objasnio ove odnose, Darwin je rekao da su sva živa bića povezana, a to znači da sav život mora potekati od nekoliko oblika ili čak od jednog zajedničkog pretka. Ovaj proces je nazvao "porijeklo s modifikacijom".

Darwin jest objavio svoju teoriju evolucije prirodnom selekcijom u djelu "O porijeklu vrsta" 1859. godine. Njegova teorija znači da je sav život, uključujući i čovječanstvo, proizvod kontinuiranih prirodnih procesa. Implikacija da sav život na Zemlji ima zajedničkog pretka naišla je na prigovore nekih vjerske grupe. Njihovi prigovori su u suprotnosti sa nivoom podrške teoriji od strane više od 99 posto onih unutar današnje naučne zajednice. Prirodna selekcija se obično izjednačava sa "preživljavanjem najsposobnijih", ali ovaj izraz potiče iz djela Herberta Spencera "Principi biologije" iz 1864. godine, pet godina nakon što je Charles Darwin objavio svoja originalna djela. "Preživljavanje najsposobnijih" pogrešno opisuje proces prirodne selekcije, jer prirodna selekcija nije samo preživljavanje i ne preživljavaju uvijek samo najsposobniji.

Izvori varijacija

Darwinova teorija prirodne selekcije postavila je temelje za modernu teoriju evolucije, a njegovi eksperimenti i zapažanja pokazali su da se organizmi u populacijama međusobno razlikuju, da su neke od tih varijacija naslijeđene i da se na te razlike može djelovati prirodnom selekcijom. Međutim, nije mogao objasniti izvor tih varijacija. Kao i mnogi njegovi prethodnici, Darwin je pogrešno mislio da su nasljedne osobine proizvod korištenja i nekorištenja te da se osobine stečene tokom života organizma mogu prenijeti na njegovo potomstvo. Tražio je primjere, kao što su velike ptice koje se hrane zemljom, a koje vježbanjem dobijaju jače noge, a slabija krila zbog toga što ne lete sve dok, poput noja, uopće ne mogu letjeti., "Effects of the increased Use and Disuse of Parts, as controlled by Natural Selection" Ovo nerazumijevanje nazvano je nasljeđivanje stečenih osobina i bilo je dio teorije transmutacija vrsta koju je 1809. godine iznio Jean-Baptiste Lamarck. Krajem 19. stoljeća ova teorija postala je poznata kao lamarkizam. Darwin je stvorio neuspješnu teoriju koju je nazvao pangeneza, kako bi pokušao objasniti kako se stečene karakteristike mogu nasljeđivati. U 1880-ima, eksperimenti Augusta Weismanna pokazali su da se promjene uzrokovane upotrebom i nekorištenjem ne mogu naslijeđivati, te je lamarkizam postepeno gubio na popularnosti. Nedostajuće informacije potrebne da se objasni kako nove karakteristike mogu preći s roditelja na potomstvo pružio je pionirski rad Gregora Mendela u genetici. Mendelovi eksperimenti s nekoliko generacija biljaka graška pokazali su da nasljeđivanje funkcionira odvajanjem i preslagivanjem nasljednih informacija tokom formiranja spolnih ćelija i rekombiniranjem tih informacija tokom oplodnje. To je kao miješanje različitih ruku karata za igranje, pri čemu organizam dobija nasumičnu mješavinu polovine karata od jednog roditelja, a polovine karata od drugog. Mendel je te informacije nazvao "faktorima"; međutim, kasnije su postale poznate kao geni. Geni su osnovne jedinice nasljeđivanja u živim organizmima. Sadrže informacije koje usmjeravaju fizički razvoj i ponašanje organizama.