生命似乎是不可思議的，因為它具有令人讚歎的多樣性，具有許多無法想像的、新奇的和相互依存的物種。縱觀整個地球的歷史，這些新興的生命物種似乎創造了更多樣和更複雜的形式。也就是說，它們在日益精緻的結構中把更複雜的要素組合起來，同時也要求更大的能量流。生命在玩耍、跳舞、變異、融合、變種、完善、合作以及持續形成引人入勝的新形式，與此同時，舊物種也會隨時間的推移而滅絕。
生命是什麼？
要想界定生命，我們就得將它與非生命區分開，但這並非易事，因為它們之間存在連續性。長期以來，思想家們就在想方設法界定生命。以下是一些傳統的答案：１與非生命事物相比，生物是由不同材料構成，是單獨被創造出來的；２生物擁有非生命事物所不具備的生命力或精神。
現代科學宣稱，生物和非生命事物由相同的物質元素構成，這些元素的原子以化學方式結合成分子。生命物質的一個基本特徵就是，從化學層面而言，它不是平衡的；也就是說，它並不處於一種穩定的、平衡的狀態，而是一直伴有相應的反應。事實上，在活細胞中，當細胞膜對一些化學物質的進出做出限制的時候，就出現了能量的流動。
生命的其他特徵更模糊。比如，繁殖能力通常被認為是生命的一個特徵。但是，一些生命體——比如騾子——不能繁殖。（騾子是驢和馬雜交的產物，但騾子不能生育。）另一方面，被認為無生命的恆星也能夠繁殖，這是指它們爆炸形成粒子，粒子重新形成新的恆星。
我們不打算考察更多的細微差別和例外情況，而是以三個通常得到普遍接受的因素作為生命特徵：（1）通過進食、呼吸或光合作用（新陳代謝），它以從環境中汲取能量；（2）它進行自我複製（繁殖）；（3）經過許多世代，它可以改變特徵以適應變化的環境（適應性）。
生命是物質複雜性的延伸；單個原子結合形成分子（由幾千甚至幾百萬個原子構成），分子結合形成細胞（由幾十億個原子構成）：這就是最早的生命有機體。隨著時間推移，分子複雜性逐漸增長，這些單細胞生物也就自發地從非生命物體進化而來。新陳代謝、繁殖和適應開始進入反饋循環過程，並且相互強化。生命有機體能夠找到更多方法從周圍環境汲取能量、更多數量的自我繁殖以及適應周邊的環境。
病毒正好體現了生命與非生命之間的連續性，它們介於兩者之間。病毒（比如流感病毒）比一個典型的現代細胞小許多；它們含有蛋白質（大多數生命形式的基本構件）以及 DNA 或 RNA（即每個病毒所包含的分子，它攜帶關於如何維持自我和複製其他病毒的化學指令），然後再也沒有其他了——沒有多餘的分子用於獲取能量、進行繁殖或從事修復工作。當單獨存在時，病毒不具有生命的特徵。當它通過注射自己的遺傳物質（DNA 或 RNA）而嵌入其他生命有機體之中時，它就獲得了生命的所有特徵。病毒的 DNA 或 RNA 會控制被它感染的有機體的細胞，然後利用細胞機制製造自己的蛋白質，從而實現增長和繁殖。一些病毒繁殖非常快，最終會殺死被它們入侵的有機體，其他一些病毒會消極地寄居在寄主內，不會造成直接威脅。因此，病毒的生命和非生命狀態取決於它的環境因素。
最近幾十年，我們思考整個生命界的方式發生了急劇變化。在此前幾個世紀，歐洲人談論著「存在巨鏈」。他們把生命想像成由各種獨立形式構成的等級體系，他們所想的，乃是從最不完美的事物到幾近完美的事物，從岩石到地球上最高級的生命形式——人類（man，這個術語以前用來指人類）。在存在巨鏈中，每一種形式都不同於相鄰形式，垂直延伸到天堂，在那裡，天使和上帝完善了這種等級體系。
最近以來，生物學家認為，生命由居住在較大環境中的有機體構成。任何有機體都沒有與其他有機體以及環境分離；更複雜的形式來自各部分的組合和再次組合，正是這種結合創造出新的形式。因此，從整體來看，生命更像是一個相互作用的團體，而不是單獨物體構成的鏈條，所有生命有機體都生活在地球的生物圈之中。
生物學家也對不同生命形式的排列體系進行了重新分類，這種體系被稱為分類學，即依據共同特徵來命名和分類的體系。以前的生命樹區分了五界：無核細胞被稱為原核生物，有核的單細胞生物被稱為原生生物，而植物、真菌和動物（多細胞有機體，每一個細胞都具有一個內核）被認為是生命的主要組成部分。
自 20 世紀 70 年代晚期以來，生命樹被重建，它表明，生命的縱深歷史是微生物，大多數生命形式無法用肉眼觀察。現在，所有的主要分支都是微生物，每一種都來自最後的共同祖先（last universal common ancestor，LUCA），即現在地球上所有生命有機體由之而來的最近生物或生物群。其中三大分支分別是細菌、古生菌和真核生物。（細菌和古生菌都是無核的單細胞微生物，不過，它們各自的基因和酶不一樣。最早的真核生物是單細胞微生物，與其他兩類相比，它擁有內核和更複雜的化學成分。）植物、真菌和動物從單細胞真核生物發展而來，它們只佔龐大的有機體群（它今天依然包含單細胞有機體，比如麵包酵母）中的微小部分（參見圖 3.1）。
圖 3.1 生命樹。
這是建立在基因分析之上的現代生命樹的版本之一。對於如何排列最後的共同祖先（LUCA）之後的各分支，研究者還沒有取得一致意見，因為很難找到幾十億年前的證據。例如，他們對以下問題持不同看法，即真核生物到底是作為 LUCA 的直接支系，還是作為古生菌的一個分支。一些研究者認為，這不是一棵樹，而是一個網絡，因為細菌也會交換遺傳物質
細菌和古生菌並沒有滅絕。它們大約佔地球生物量的 50%，重量相當於生命物質和最近死亡的物質的總和。在過去，生命主要是微生物，現在依然如此。一個人體所包括的微生物細胞是動物細胞的 10 倍，每個人的腸道大約有 1000 種微生物，它們含有差不多 300 萬個基因，相較之下，人的基因大概是 18000 個。所有人類細胞都通過線粒體形式（線粒體製造了細胞所需要的大部分能量）與細菌永久相伴。我們和週遭的生命主要由單細胞微生物構成。
達爾文的理論
我們以多種形式體驗生命。想一想蜘蛛、果蠅和人類眼中的多樣性吧。這種驚人的視覺多樣性是如何出現的呢？英國博物學家查爾斯·達爾文（Charles Darwin，1809－1882）的理論，為現代理解這種多樣性奠定了基礎。
達爾文思想出現的背景
卡爾·林奈是對生命有機體進行編目的第一個歐洲人，他依據有機體的外部特徵進行分類。林奈緊隨亞里士多德（他的思想被托馬斯·阿奎那納入基督教），他認為，有機體不會變化，因為創世者上帝讓所有生物適應它們的環境，它們自從被造出來之後，就再也沒有發生過變化。
亞里士多德和林奈的這種思想出了什麼差錯呢？為何它無法經受住科學的審視？事實在於，物種（而不是單個樣本）會隨著時間的流逝而發生變化。以下兩類無可爭議的證據證明了這一點：化石以及動物育種產生的結果。
許多世紀以來，人們就已經發現了化石，即死亡有機體的石化遺骸。只要相信生物沒有發生變化，他們就無法理解這些化石。歐洲人創造了關於食人獸和獅鷲的神話；早期中國人很可能通過他們所發現的恐龍骨骼而創造了龍的觀念，但是他們並不知道這些骨骼是什麼。
到了 19 世紀，歐洲生物學家開始認識到，化石代表了更早的生命形式。在他們的收藏品中，有許多不復存在的有機體的證據——恐龍骨骼（1842 年首次被命名），三葉蟲（2.5 億年前就滅絕了的無脊椎動物，它們的化石占所有已知化石的 50%），早就消失了的植物的石化葉子，以及保存在琥珀（樹脂化石）中的蠓蠅。生物學家當時依然不清楚這些遺骸到底有多古老，不過，他們證明了生命形式會隨著時間推移而發生變化。
與此同時，人們忙著改良被他們馴化了的動植物。多個世紀以來，馴化的植物已經被農民改變（第 5 章會對此進行討論）。通過選擇要進行繁殖的動物，畜牧者在漫長歲月中改變了馴養動物的體格和行為。更顯著的是，在 19 世紀，育種家培育出了許多品種不同的狗。所有的家養狗都起源於 15000 年前的亞洲灰狼，它們的基因非常接近，完全可以相互交配繁殖，這意味著它們仍然屬於同一個物種。不過，人們可以控制育種；育種家從一群狗仔中挑選他們所需要的進行配對，以便培育出他們想要的特徵。例如，育種家培育出一種體長腳短的達克斯狗用來獵獾，正如同他們培育其他品種用於其他目的一樣。這就是所說的人工選擇，即人為地選擇由哪些生物進行繁殖。
到 19 世紀，歐洲科學家不得不面臨一個事實：大量生命有機體確實會發生變化並且適應它們的環境。因此，有機體是如何做到這一點的，就成為現代科學生物學的根本性問題。特定地區特定物種的大量個體是如何發生變化的呢？固定的特徵如何在未來發展出了適應性呢？歐洲科學家無法解決這個難題，部分原因在於，他們依舊認為，上帝是在相當晚近的時候創造了地球和地球上的生物。
達爾文與進化論
英國博物學家查爾斯·達爾文解答了這個問題。達爾文的父親是一位富有的醫生，母親是喬賽亞·韋奇伍德（Josiah Wedgwood）的女兒。韋奇伍德經營的陶瓷生意在工業革命早期取得巨大成功。
達爾文在 22 歲時，搭乘「貝格爾號」對南美洲海岸進行科學考察。這次航海原計劃為期 3 年，結果延長到將近 5 年。達爾文在返回英國之後就發表了他的航行日記，並且與表姐愛瑪·韋奇伍德結婚，在他父親的安排下，他成為倫敦以南 26 千米處肯特郡唐恩村（Down）的鄉村紳士（我們現在依然可以參觀他的故居），此後，他就在那裡從事研究，並且完成了幾本著作。
達爾文的航海所提供的觀察資料，使得他能夠發展他的進化論，尤其他在封閉的加拉帕戈斯群島——位於赤道，離南美大陸約 840 千米——所見到的一切（參見地圖 3.1）。
地圖 3.1 加拉帕戈斯群島。
這些島嶼是地質學上年輕的火山島，位於赤道上，現在屬於厄瓜多爾。當達爾文到訪時，它們有英文名字，不過，現在都是西班牙文名字。你認為達爾文為何如此堅定地進行這次航行呢？
在大約 14 個火山島上，達爾文發現了許多完全陌生的奇怪物種；他收集標本，並且在筆記本上做了記錄。他尤其注意到至少有大約一打幾乎一樣的雀，但是，就每一座島嶼的雀來說，它們的頭和喙稍有差異。在離開加拉帕戈斯群島時，達爾文仍然認為自己所看到的是雀鳥的變異，而不是新物種。
返回倫敦後，通過與受人尊敬的鳥類學家的討論，達爾文意識到，那些雀鳥是完全不同的物種。通過閱讀英國人口研究先驅、可敬的托馬斯·馬爾薩斯（Thomas Malthus，1766－1834）——我們後面章節會多次提到他——的作品，達爾文得出了另一個重要的見解。馬爾薩斯認為，所有物種在數量上的增長速度，遠遠超出可供應的食物的增長，這意味著，每一世代會有大量後代在繁殖之前就會死亡。這就為達爾文闡發他的自然選擇理論提供了一個線索。他得出結論：１個體中微小的隨機變化，意味著一些個體比其他個體做得更好；２那些足夠幸運、能夠很好適應特定島嶼環境的雀鳥，就可以繁盛和擁有更多後代；３不同島嶼上的雀鳥總數會逐漸發生變化和分化；４不同島嶼上雀鳥之間的差異變得非常大，以至於它們之間不再能夠雜交繁殖，這也是通常的新物種的定義。
達爾文前往加拉帕戈斯群島時，隨身攜帶了查爾斯·賴爾（Charles Lyell, 1797－1875）的一部著作，即《地質學原理》的早期版本。這部三卷本作品在賴爾有生之年就出了 12 版，對地質學思考的影響一直持續到 20 世紀 80 年代。賴爾證明了地質學以及生物學進程是在漫長時間段發生的。他反對災變論，主張均變論，前者認為地球由突發的災難性事件所塑造，後者認為地球上的變化是經過漫長時間緩慢發生的。達爾文在加拉帕戈斯群島的發現，支持了賴爾的均變論。
1842 年，即返航（1836 年）6 年之後，達爾文完成了理論的大綱，不過，他直到 1859 年才公佈自己的思想，這就是《物種起源》。達爾文很清楚，自己的思想會引起驚慌和反對，因此，他等到自己在科學同行中確立了聲望之後才發表這一思想。在收到在馬來西亞和印度尼西亞考察的年輕博物學家阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士（Alfred Russel Wallace, 1833－1913）的論文之後，達爾文決定發表自己的見解。華萊士也獨自得出了關於物種起源的相同結論。這樣一來，這種思想到底歸誰所有，就成為一個難題，在 1858 年 7 月 1 日林奈學會的一次會議上，兩人都遞交了論文，這個難題也就迎刃而解。
在《物種起源》中，達爾文聲稱自己的思想是「自然選擇」理論，把它與人工選擇進行對比，達爾文指出，人工選擇通過動物育種（現在被稱為「選擇性育種」）而為人們所知。他把自然選擇界定為「保存有利的變異，拒絕有害的變異」，由自然在時間流逝中做出選擇。達爾文以「選擇」這個積極詞彙來稱呼他的理論；他同樣可以稱之為「自然滅絕」。以下是他的核心原則。
（1）一個物種是個體的集合（一個種群），這些個體非常相似，足以相互配對繁殖；物種可以適應，個體不能。
（2）一個物種會發生偶然變異；一些個體與另一些有差異，但差異不會很大。
（3）一個物種的變異很可能遺傳給個體的後代。（達爾文觀察到了這一點，但是不知道是如何發生的。）
（4）事實證明，一些變種比另一些能更好地適應，或更適合它們的獨特環境；因此，它們可以獲取更多資源和繁衍更多後代。
（5）適應性更強或更適合的個體會擁有更多後代，後世的種群更像它們，也會繼承它們的適應性特徵。
（6）具備這些特徵（從性的角度而言，它們很有吸引力）的個體，很可能也擁有更多後代（性選擇）。
（7）這種進化過程導致永無止息的變化，因為環境在不斷變化。
達爾文的自然選擇理論解釋了加拉帕戈斯群島雀鳥的變異。在每一座島嶼上，一些雀的喙最適合當地的食物資源，它們可以獲得更多食物，也擁有更多後代（它們的喙與父輩的相似）；在經歷漫長時間之後，新物種就會在每座島嶼上進化出來，它們與其他島嶼上的雀鳥很不一樣，無法與那些雀鳥交配繁殖。
在人工選擇中，變化很快就會發生，育種家選擇由哪些個體繁殖，以獲得他們想要的特徵。在自然選擇中，篩選出最適合的個體並且創造出新物種，所需要的時間依情況而定。像病毒那樣繁殖很快的物種，只需要幾個月或幾年時間，對於育種很慢的物種，比如靈長類動物，則需要幾萬年時間。
由於長期的環境（包括食物資源、水分以及地貌等）發生變化，比如冰期與暖期的交替，適應性的定義也會發生相應改變。達爾文認為，對變化環境做出反應的自然選擇，乃是生物多樣性的源泉，也解釋了地球上存在了將近 40 億年的有機體的無限多樣性。
正如達爾文所預測的，他的理論引起激烈反對，儘管大多數有見識的生物學家和地質學家很快接受了他的理論。對於初學者而言，他的理論意味著，所有活的生物都是聯繫在一起的，來自某種原始的形式，這也意味著，人類與類人猿關係非常密切；我們現在知道，從生物學來說，我們在不遠的過去擁有共同的祖先。傳統基督教徒認為，更糟糕的事情在於達爾文的理論顯然含有這麼一層意思：如果盲目的過程重複幾百萬年就能夠創造出精緻複雜的有機體，那麼，根本就不需要用創世者上帝來解釋地球豐富的多樣性。為了消除這種暗示，達爾文在著作結尾處表明，他的理論也符合傳統信仰，即我們可以把自然選擇理論視為上帝確保複雜世界中出現進步的最好方式；達爾文從來沒有言明他那時候到底信仰什麼。
達爾文的自然選擇理論建立在三類證據之上：１化石，它們表明了物種的變化；２地理分佈，就像他在加拉帕戈斯群島收集到的數據一樣，地理分佈表明，物種是當地祖先的後裔，而不是某位創世者有意設計的產物；３同源現象，或者說物種之間出乎意料的相似性。在達爾文與對手辯論時，這些證據都為他提供了論據，而他的對手認為，創世者上帝分別創造了每一個物種。
1.化石：前面已經提到，到 19 世紀早期，歐洲生物學家意識到，化石體現了更早的生命形式。達爾文很清楚英國運河工程師威廉·史密斯（William Smith，1769－1839）命名的化石層序律。史密斯發現，不同時代的岩石保存了不同的化石，這些化石以很有規律的序列排列。史密斯無法解釋這一點，不過，達爾文用這個證據來支持他的自然選擇理論，這個理論對上述發現做出解釋：隨著生物體的進化、變化和滅絕，它們的化石保留在代表不同時代的地層中。這種論證證明了生物體在時間推移中會發生變化，而不是以不變的形式被創造出來的。
讓人焦慮的是，在達爾文生活時代，化石記錄很不完整；而現今，一些化石譜系非常完整，比如遠古馬匹到現代馬匹的化石，鯨魚陸生祖先到它們水生後代的化石。達爾文解釋道，一些過渡性物種未被找到是可以想見的，因為任何有機體的石化現象都極其罕見。有機體在死亡之後很快就分解了，要想成為化石，它們就得掩藏在沉積物之中，盡快在無氧環境下冷凍、乾燥或沉澱下來。只有具備堅硬軀體和分佈廣泛的有機體，才有機會留下化石記錄。
《物種起源》出版兩年後，一種重要的化石在德國南部被發現，那就是始祖鳥的骨架。它的特徵介於現在鳥類與古代爬行動物之間，似乎是缺失的一個環節，儘管「環節」這個詞現在已經被認為過時，而且也被中間類型所取代。始祖鳥的大小與烏鴉差不多，它有鳥一樣的羽毛、翅膀和大眼睛，同時具有爬行動物的牙齒、腳爪和長長的尾巴（參見圖 3.2）。這種證據以最有力的方式證明了達爾文的理論，表明爬行動物和鳥類有共同祖先。後來，人們又發現了更多始祖鳥化石。另外，有翼恐龍化石也被發現（大部分發現於中國）。
圖 3.2 鳥類與恐龍之間的相似性。
（a）始祖鳥（b）現代鴿子以及（c）秀顎龍的骨架圖。你能夠追溯從恐龍到鴿子的變化嗎？
2.地理分佈：在思考動植物的地理分佈時，達爾文指出，單憑氣候和環境還不足以解釋生物的相似性和差異。南緯 25°～35°之間澳大利亞、南非和南美洲地區具有相似的環境，但是各地的動植物卻完全相異。通過這些以及其他觀察，達爾文斷定，每個物種都產生於同一個地區，然後遷徙到其他地區，只要它們能夠適應那裡的環境。
3.同源現象：同源現象是指動植物所體現出來的形式相似性。在進化生物學領域，同源現象是指任何源自共同祖先的相似性。貓、鯨、蝙蝠以及人類都有趾頭，這意味著，這些物種是有聯繫的，儘管相互之間存在巨大差異（參見圖 3.3）。我們現在知道，鯨（以及海豚）可能是河馬類生物的後代，在大約 5000 萬年前某個溫暖期，它們返回海洋納涼，並且待在那裡不斷呼吸空氣。鯨魚和蝙蝠的趾骨是無用的殘留物，它們是鰭或者翅膀的組成部分。如果我們認為設計師上帝從零開始創造了每一種生物，那麼，我們就無法理解這種殘留物的存在，如果每個物種是從其他物種進化而來，那麼，這種殘留物就顯得合情合理。
圖 3.3 四種哺乳動物的趾頭。
通過對環境和功能做出反應，自然選擇塑造了這些相似的骨骼。我們人類不僅與貓，也與蝙蝠和鯨聯繫密切。自然選擇理論如何解釋這些骨骼的差異和相似性呢？
不同物種在胚胎階段出人意料的相似性，更令人驚訝。人類胚胎早期階段的特點，也發現於魚、兩棲動物以及未進化出哺乳動物特徵的爬行動物身上。達爾文解釋說，適應性變異通常發生在成長的後期，初期的進化模式並不變化，這揭示了物種間的自然關係。自達爾文以來，生物學家已經認識到，這些祖傳結構是後續發展階段的組織者。
達爾文意識到了另一種形式的相似性，他稱之為趨同性進化（convergent evolution），即不同譜係獲得的相同生物特徵。當動物變得彼此類似時，這種情況就發生了，這不是因為它們在基因上有關聯，而是它們進化出相似的才能以應對相似的環境，這可能發生在彼此毫無關聯的地方，也可能出現在完全不同的時代。比如，以下四種動物在螞蟻豐富的地區都進化出來，它們彼此相似，然而又沒有密切聯繫：南美大型食蟻獸；非洲土豚，亞洲和非洲穿山甲以及澳大利亞針鼴鼠。達爾文的理論認為，不同的譜系會出現在不同地區，雖然它們最終都趨向相似的解決方法。
達爾文難題的解決方案
達爾文在捍衛自己的理論時，不僅僅要面對宗教上的反對意見，當時的知識鴻溝也對他造成了阻礙。他的難題在於：１他認為，自然選擇進展緩慢，無法在個人一生時間予以觀察；２他不明白特徵是如何遺傳的；３他無法證明物種是聯繫在一起的；４他不清楚地球有多古老。在《物種起源》第一版中，他估計地球的年齡大約為 3 億年，而他同時代博學者認為地球要年輕許多。
現代科學解決了達爾文的上述難題，以有力的證據證實了他的自然選擇理論。生物學家發現，他們確實能夠觀察到進化。他們注意到，大多數果蠅在幾十年時間就能夠抗拒 DDT。一些細菌，比如金黃色葡萄球菌，它們的祖先在 20 世紀 40 年代被青黴素殺死，但是，它們現在已經能夠抵抗青黴素。生物學家喬納森·韋納（Jonathan Weiner）恰好也一直在研究加拉帕戈斯群島的雀，他發現，它們喙的平均大小在濕冷或乾燥時期會出現 1 毫米到 2 毫米的變化，這比預想的快很多。它並沒有這麼快就變成新物種，而是一種新的品種，種群的基因結構發生了微小變化。
達爾文的第二個難題在於，他不知道遺傳如何運作；在他生活的年代，人們都不清楚特徵由父母遺傳給後代的具體方式。達爾文接受了泛生論，自希臘醫生希波克拉底以來，這種思想就廣為流傳。達爾文相信，動物軀體的每一部分都會生發出微小的粒子，他稱之為「泛生粒」；每個泛生粒能夠發展成為相應的器官。達爾文認為，泛生粒在血管中循環，最後匯聚到性器官中。來自父母的泛生粒在受精卵中混合在一起，胚胎的成長就源自泛生粒的發育能力。這種理論意味著，親本性狀（parental traits）是結合在一起的，而不是作為單獨的單元傳遞給後代的，這樣一來，該理論將削弱個體有可能出現的成功的變異，並且破壞整個自然選擇理論。在《物種起源》出版兩年後，奧地利奧古斯丁派修士格雷戈爾·孟德爾（Gregor Mendel，1822－1884）發表了他的豌豆研究成果，他的研究表明，後代所體現出來的許多特徵，要麼是父親的，要麼是母親的，而不是兩者的混合。然而，孟德爾的成果很多年都沒有引起關注，不過，事實最終證明，它是全新的遺傳理論的基礎。
遺傳是如何運作的呢，這個問題直到 1953 年才得到解決，當時，美國人詹姆斯·沃森（James Watson，大約生於 1928 年）和英國人弗朗西斯·克裡克（Francis Crick，1916－2004）發現了 DNA 分子結構（參見圖 3.4）。DNA（deoxyribonucleic aid，脫氧核糖核酸）是每個細胞中的大型分子，它攜帶著如何構造和維持細胞的化學指令，並且負責把信息傳遞給後代的細胞。DNA 結構是一種雙螺旋線；兩條相輔相成的鏈條相互盤旋，形成連接。在繁殖的時候，鏈條會解開並且自我複製，或者（在有性繁殖中）找到另一鏈條並與之結合起來。DNA 存在於所有活細胞中，這證明了所有生命起源於一個共同的單細胞祖先，即露卡（LUCA）。（下一節內容對 DNA 有更詳細的討論。）
圖 3.4 沃森、克裡克與他們的 DNA 棍枝模型。
注意，沃森和克裡克非常年輕；當時，沃森在做博士後，而克裡克還在念博士。為了取得重大進展，他們利用了另一位年輕研究者羅莎林·富蘭克林的一些數據。富蘭克林死於癌症，不然她可以在 1962 年與沃森和克裡克分享當年的諾貝爾醫學/生理學獎
與 DNA 相關的知識，明確支持達爾文的自然選擇理論。要想自然選擇發揮作用，個體就得接近完美地（但又不能極度完美地）進行繁殖以保存它們物種的基本結構。必須有少許差異出現，它們可以提供變種，當環境改變時，自然就會從中做出選擇。這種情況發生於 DNA 分子分解之際；酶通常會完全一致地複製出每條雙螺旋鏈，不過偶爾也會出錯，即發生變異。
DNA 知識和遺傳學也解決了達爾文的第三個難題，即如何證明物種是相互聯繫在一起的。對每一種物種來說，基因突變會定期發生，生物學家現在可以依據該事實創造分子鐘。通過測量兩種物種各自發生了多少次突變，他們就能夠估算出它們在多久之前分道揚鑣。這種方法表明，香蕉和人類在 10 億年前擁有共同祖先，螞蟻、黑猩猩和人類的共同祖先分別存在於大約 6 億年前以及大約 500 萬年前到 800 萬年前。
現代科學也解答了達爾文的第四個難題，它所提供的答案也支持達爾文的理論。現在我們都知道，依據放射測年，我們地球大約形成於 45 億年前。這是達爾文所認為的地球年齡的 15 倍。這樣一來，自然選擇就擁有足夠的時間來創造達爾文和我們身邊的生命奇跡。
總而言之，在達爾文生活的時代，自然選擇理論的證據主要是化石、地理分佈以及同源現象。後來的證據毫不含糊地證明了他的理論；生物學家密切觀察了物種根據它們生存環境做出的相應變化，發現並解釋了 DNA 的結構和功能，他們通過遺傳學研究揭示出所有物種彼此相關，並且通過放射測年證明了地球比達爾文所想像的更古老。
現在，我們獲得新證據來支持達爾文的理論，與此同時，他的理論的某些方面也得到不同解釋。例如，斯蒂芬·傑伊·古爾德（Stephen Jay Gould，1941－2002）與奈爾斯·埃爾德裡奇（Niles Eldredge）很有說服力地論證道，進化變遷的速度可能會呈現出巨大差異，而達爾文認為，變化的速度始終是循序漸進和緩慢的。此外，當代一些思想家（馬古利斯和古迪納夫等）覺得，達爾文以及他學說的普及者過於強調生存競爭，忽視了如下一點，即對競爭來說，最有效的策略常常在於種群之內的合作以及種群之間的相互依存。在這些思想家眼中，夥伴關係似乎是所有存活下來的生命形式的本質特徵（這更多來自馬古利斯的思想）。社會生物學家 E. O. 威爾遜（E. O. Wilson）宣稱，表現出更多利他主義和合作精神的人群多於較少這麼做的人。不過，所有這些修正都沒有破壞達爾文的核心觀念，它今天依舊是生物學思想的靈魂。
達爾文認為，在自然選擇的作用下，生物物種做出與它們周圍變化環境相適應的改變，這一觀念已經成為當代生物學的核心原則。這觀念對生物學的重要性，就像大爆炸理論對天文學、板塊構造論對地球科學那般重要。到 1882 年達爾文去世時，英國科學家和國會承認了他做出的重要貢獻，他們把他安葬在威斯敏斯特大教堂牛頓墓旁邊。科學家現在依然會參考進化論，因為在科學領域，理論是指擁有大量證據、受到廣泛支持的觀念，今天，幾乎所有的職業生物學家都接受進化論。