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生物学において、進化とはあらゆる生命形態が世代を経て変化していく過程であり、進化生物学とは進化がどのように起こるかを研究する学問である。生物集団は、生物の観察可能な形質の変化に対応する遺伝的変化を通して進化する。遺伝的変化には、生物のDNAの損傷や複製エラーによって引き起こされる突然変異が含まれる。集団の遺伝的変異が世代を経てランダムに変動するにつれて、自然選択は、特定の形質を持つ生物の相対的な繁殖成功度に基づいて、その形質が徐々に一般的になったり、逆に少なくなったりするように導く。
地球の年齢は約45億年です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]地球上の生命の最も古い疑いのない証拠は、少なくとも35億年前まで遡ります。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]進化論は生命の起源（生命の起源説で説明される）を説明しようとはしませんが、初期の生命体が今日見られる複雑な生態系へとどのように進化してきたかを説明します。[ 7 ]現在のすべての生物間の類似性に基づいて、地球上のすべての生命は、既知のすべての種が進化の過程を経て分岐した最後の普遍的な祖先からの共通の子孫によって発生したと想定されています。[ 8 ]
すべての個体は、親から受け継いだ遺伝子という形で遺伝物質を持っており、それを子孫に伝えます。子孫の間には、突然変異と呼ばれるランダムな変化による新しい遺伝子の導入、または有性生殖中の既存の遺伝子の再編成によって、遺伝子の変異が生じます。[ 9 ] [ 10 ]子孫は、わずかなランダムな点で親と異なります。これらの違いが有利であれば、子孫は生存して繁殖する可能性が高くなります。これは、次の世代の子孫の多くがその有利な違いを持ち、個体が繁殖に成功するチャンスが均等ではないことを意味します。このようにして、生物が生活環境によりよく適応できる形質が、子孫集団でより一般的になります。[ 9 ] [ 10 ]これらの違いが蓄積され、集団内で変化が生じます。このプロセスが、世界に存在する多様な生命形態の原因となっています。
進化の現代的な理解は、1859 年にチャールズ・ダーウィンの『種の起源』が出版されたことから始まった。さらに、 1856 年から 1863 年にかけてのグレゴール・メンデルの植物に関する研究は、遺伝学の遺伝パターンを説明するのに役立った。[ 11 ]古生物学における化石の発見、集団遺伝学の進歩、そして科学研究のグローバルなネットワークにより、進化のメカニズムに関する詳細がさらに明らかになった。科学者たちは現在、新種の起源（種分化）についてよく理解しており、実験室や野生で種分化の過程を観察している。進化は生物学者が生命を理解するために用いる主要な科学理論であり、医学、心理学、保全生物学、人類学、法医学、農業、その他の社会文化的応用を含む多くの分野で用いられている。
進化論の主な考え方は、以下のように要約できる。
19世紀には、自然史コレクションや博物館が人気を博しました。ヨーロッパの拡大や海軍の遠征では博物学者が雇用され、大博物館の学芸員は、さまざまな生命の保存標本や生きた標本を展示しました。チャールズ・ダーウィンはイギリスの大学を卒業し、自然史の分野で教育と訓練を受けました。こうした博物学者は、博物館の学芸員が保管・管理する膨大な標本コレクションを収集、目録化、記述、研究しました。ダーウィンは、世界一周の5年間の研究遠征に派遣されたビーグル号の船上博物学者として勤務しました。航海中、彼は南米沿岸や近隣のガラパゴス諸島の多様な生命形態に強い関心を持ち、数多くの生物を観察・収集しました。[ 12 ] [ 13 ]
ダーウィンは、遠く離れた場所から生物の自然史を収集・研究することで、幅広い経験を積んだ。研究を通して、彼は各生物種が類似した特徴を持つ祖先から進化してきたという考えを定式化した。1838年、彼は自然選択と呼ばれるプロセスがどのようにしてこれを実現するのかを説明した。[ 14 ]
個体群の大きさは、それを支えられる資源の量と数によって決まります。個体群が毎年同じ大きさを維持するためには、個体群の大きさと利用可能な資源の間に均衡またはバランスがなければなりません。生物は環境が支えられるよりも多くの子孫を産むため、すべての個体が各世代で生き残れるわけではありません。生存に役立つ資源をめぐる競争がなければなりません。その結果、ダーウィンは、生存を決定するのは偶然だけではないことに気づきました。むしろ、生物の生存は、生存と繁殖を助けたり妨げたりする各個体の「形質」の違いに依存します。よく適応した個体は、あまり適応していない競争相手よりも多くの子孫を残す可能性が高いです。生存と繁殖を妨げる形質は世代を経るごとに消滅します。生物の生存と繁殖を助ける形質は世代を経るごとに蓄積されます。ダーウィンは、個体の生存と繁殖能力の不平等が個体群の漸進的な変化を引き起こす可能性があることに気づき、このプロセスを説明するために自然選択という用語を使用しました。[ 15 ] [ 16 ]
動物や植物の変異の観察が自然選択説の基礎となった。例えば、ダーウィンはランと昆虫が密接な関係にあり、それが植物の受粉を可能にしていることを観察した。彼は、ランには昆虫を引き付けるさまざまな構造があり、花からの花粉が昆虫の体に付着すると指摘した。このようにして、昆虫は雄のランから雌のランへと花粉を運ぶ。ランの複雑な外観にもかかわらず、これらの特殊な部分は、他の花を構成するのと同じ基本的な構造から作られている。ダーウィンは著書『ランの受精』（1862年）の中で、ランの花は自然選択によって既存の部分から適応したものだと提唱した。[ 17 ]
ダーウィンは自然選択に関する自身の考えを研究し実験していたところ、アルフレッド・ラッセル・ウォレスから、彼自身の理論と非常によく似た理論を記述した手紙を受け取った。これがきっかけとなり、両者の理論はすぐに共同で出版された。ウォレスとダーウィンはともに生命の歴史を家系図のように捉え、その枝分かれした枝は共通の祖先を表していた。枝の先端は現代の種を表し、枝は多くの異なる種に共通する祖先を表していた。これらの関係を説明するために、ダーウィンはすべての生物は関連しており、これはすべての生命が少数の形態、あるいは単一の共通祖先から派生したに違いないことを意味すると述べた。彼はこの過程を「変異を伴う子孫」と呼んだ。[ 16 ]
ダーウィンは1859年に『種の起源』で自然選択による進化論を発表した。[ 18 ]彼の理論は、人類を含むすべての生命が継続的な自然過程の産物であることを意味する。地球上のすべての生命が共通の祖先を持つという示唆は、一部の宗教団体から異議を唱えられている。彼らの異議は、今日の科学界の99パーセント以上がこの理論を支持しているレベルとは対照的である。[ 19 ]
自然選択は一般的に適者生存と同一視されるが、この表現はチャールズ・ダーウィンが最初の著作を発表してから5年後の1864年にハーバート・スペンサーの『生物学原理』で初めて用いられた。適者生存は自然選択の過程を正しく説明していない。なぜなら、自然選択は生存だけに関わるものではなく、必ずしも最も適した個体が生き残るわけではないからである。[ 20 ]
ダーウィンの自然選択説は現代の進化論の基礎を築き、彼の実験と観察は、集団内の生物が互いに異なり、これらの変異の一部は遺伝し、これらの差異は自然選択によって作用される可能性があることを示しました。しかし、彼はこれらの変異の源を説明することができませんでした。多くの先人たちと同様に、ダーウィンは遺伝形質は使用と不使用の結果であり、生物の生涯で獲得した特徴は子孫に受け継がれる可能性があると誤って考えていました。彼は、運動によって脚が強くなり、ダチョウのように全く飛べなくなるまで飛ばないことで翼が弱くなる大型の地上採食鳥などの例を探しました。 [ 21 ]この誤解は獲得形質の遺伝と呼ばれ、1809年にジャン＝バティスト・ラマルクによって提唱された種の変異説の一部でした。19世紀後半、この理論はラマルク主義として知られるようになりました。ダーウィンは、獲得形質がどのように遺伝するのかを説明しようとして、パンジェネシスと呼ばれる理論を提唱したが、これは成功しなかった。1880年代には、アウグスト・ヴァイスマンの実験により、使用と不使用による変化は遺伝しないことが示され、ラマルク主義は次第に支持を失っていった。[ 22 ]
親から子へ新しい形質がどのように受け継がれるかを説明するために欠けていた情報は、グレゴール・メンデルの先駆的な遺伝学研究によってもたらされました。メンデルはエンドウ豆を何世代にもわたって実験し、生殖細胞の形成中に遺伝情報を分離して再編成し、受精時にその情報を再結合することで遺伝が起こることを実証しました。これは、異なるトランプのカードを混ぜ合わせるようなもので、生物は片方の親から半分のカード、もう片方の親から半分のカードをランダムに受け継ぎます。メンデルはこの情報を因子と呼びましたが、後に遺伝子として知られるようになりました。遺伝子は生物の遺伝の基本単位です。遺伝子には、生物の身体の発達と行動を指示する情報が含まれています。
遺伝子はDNAでできています。DNAはヌクレオチドと呼ばれる個々の分子からなる長い分子です。遺伝情報は、DNAを構成するヌクレオチドの配列に符号化されています。これは、単語の文字の配列がページに情報を伝えるのと同様です。遺伝子は、DNAのアルファベットの「文字」から構成される短い指示のようなものです。これらの遺伝子の全体像は、生物を構築し、機能させる方法の「取扱説明書」として機能するのに十分な情報を提供します。しかし、このDNAアルファベットによって記述された指示は、突然変異によって変化する可能性があり、これにより遺伝子内の指示が変わる可能性があります。細胞内では、遺伝子は染色体によって運ばれます。染色体はDNAを運ぶためのパッケージです。染色体の再編成によって、子孫に固有の遺伝子の組み合わせが生じます。遺伝子は生物の発生中に互いに相互作用するため、有性生殖によって生み出される新しい遺伝子の組み合わせは、新たな突然変異がなくても、集団の遺伝的多様性を高める可能性があります。[ 23 ]集団の遺伝的多様性は、その集団のメンバーが別の集団の個体と交配して集団間の遺伝子流動を引き起こすことによっても増加する可能性があります。これにより、以前は存在しなかった遺伝子が集団に導入される可能性があります。[ 24 ]
進化はランダムなプロセスではありません。DNAの突然変異はランダムですが、自然選択は偶然のプロセスではありません。環境が繁殖成功の確率を決定します。進化は、環境の選択圧の下で何十億年もの間、不完全にコピーし自己複製する生物が繁殖してきた必然的な結果です。進化の結果は、完璧に設計された生物ではありません。自然選択の最終産物は、現在の環境に適応した生物です。自然選択は、究極の目標に向かって進歩することを含みません。進化は、より高度で、より知的で、より洗練された生命体を目指しているわけではありません。 [ 25 ]例えば、ノミ（翅のない寄生虫）は、翅のある祖先のサソリバエの子孫であり、ヘビはもはや四肢を必要としないトカゲです。ただし、ニシキヘビは、祖先の後肢の名残である小さな構造を今でも生やしています。[ 26 ] [ 27 ]生物は、当時の環境条件に応じて成功または失敗する変異の結果にすぎません。
急速な環境変化は一般的に絶滅を引き起こします。[ 28 ]地球上に存在したすべての種のうち、99.9 % は現在絶滅しています。[ 29 ]地球上に生命が誕生して以来、5 つの大規模な大量絶滅により、種の多様性が大きく急激に減少しました。最も最近の絶滅は、6600 万年前に発生した白亜紀-古第三紀絶滅イベントです 。[ 30 ]
遺伝的浮動は、種の集団内における対立遺伝子頻度の変化の原因です。対立遺伝子は、特定の遺伝子の異なる変異です。対立遺伝子は、髪の色、肌の色、目の色、血液型など、つまり個体間で異なるすべての遺伝的形質を決定します。遺伝的浮動は、集団に新しい対立遺伝子を導入するものではありませんが、遺伝子プールから対立遺伝子を取り除くことで、集団内の変異を減少させる可能性があります。遺伝的浮動は、対立遺伝子のランダムサンプリングによって引き起こされます。真にランダムなサンプルとは、外部の力が選択に影響を与えないサンプルです。これは、茶色の紙袋から同じ大きさ、重さだが色の異なるビー玉を取り出すようなものです。どの子孫においても、存在する対立遺伝子は前の世代の対立遺伝子のサンプルであり、個体が生き残って繁殖し、その世代のサンプルを次の世代に伝えるかどうかは偶然によって決まります。集団の対立遺伝子頻度は、同じ形態を共有する特定の対立遺伝子のコピーの数と、集団内に存在するすべての形態の対立遺伝子の数の比率です。[ 31 ]
遺伝的浮動は、より大きな集団よりも小さな集団に大きな影響を与える。[ 32 ]
ハーディ・ワインバーグの原理は、選択圧がないなど、特定の理想的な条件下では、大きな集団では世代が経過しても対立遺伝子の頻度に変化がないことを述べている。[ 33 ]これらの条件を満たす集団は、ハーディ・ワインバーグ平衡状態にあると言われている。特に、ハーディとワインバーグは、優性対立遺伝子と劣性対立遺伝子が、以前考えられていたように、それぞれ自動的に頻度が高くなったり低くなったりする傾向はないことを実証した。
ハーディ・ワインベルグ平衡の条件には、突然変異、移住、または移住がないことが含まれます。これらはすべて、対立遺伝子頻度を直接変化させる可能性があります。さらに、交配は完全にランダムでなければならず、すべてのオス（または場合によってはメス）が等しく望ましい交配相手でなければなりません。これにより、対立遺伝子の真のランダムな混合が保証されます。[ 34 ]ハーディ・ワインベルグ平衡にある集団は、トランプのデッキに例えられます。デッキを何度シャッフルしても、新しいカードは追加されず、古いカードは取り除かれません。デッキのカードは、集団の遺伝子プールの対立遺伝子を表しています。
実際には、完全なハーディ・ワインベルグ平衡状態にある集団は存在しない。集団の有限なサイズに加え、自然選択やその他の多くの要因が組み合わさることで、対立遺伝子頻度は時間とともに変化する。
個体群のボトルネックは、外部要因により短期間に種の個体数が急激に減少したときに発生します。[ 35 ]真の個体群ボトルネックでは、減少によって特定の対立遺伝子の組み合わせが有利になることはありません。どの個体が生き残るかは完全にランダムな偶然です。ボトルネックは、個体群の遺伝的多様性を減少または消失させる可能性があります。ボトルネックイベント後のさらなる遺伝的浮動イベントも、個体群の遺伝的多様性を減少させる可能性があります。生じた多様性の欠如は、個体群を他の選択圧に対して危険にさらす可能性があります。[ 36 ]
個体数減少のボトルネックの一般的な例として、キタゾウアザラシが挙げられます。19世紀を通しての乱獲により、キタゾウアザラシの個体数は30頭以下にまで減少しました。その後、個体数は完全に回復し、現在では約10万頭に達し、増加傾向にあります。しかし、ボトルネックの影響は依然として残っています。個体群の多様性がほとんどないため、アザラシは深刻な病気や遺伝性疾患にかかりやすくなっています。[ 37 ]
創始者効果は、ある集団から少数のグループが分離して新しい集団を形成する際に発生し、多くの場合、地理的な隔離によって起こります。この新しい集団の対立遺伝子頻度は元の集団のものと異なる可能性が高く、集団における特定の対立遺伝子の頻度を変化させます。集団の創始者は、新しい集団の遺伝的構成、そして場合によっては世代を超えた生存を決定します。[ 34 ]
創始者効果の一例は、 1744年のアーミッシュのペンシルベニアへの移住に見られる。ペンシルベニアの植民地の創始者のうち2人が、エリス・ヴァン・クレフェルト症候群の劣性対立遺伝子を持っていた。アーミッシュは宗教的に孤立した集団である傾向があるため、彼らは近親婚を繰り返し、この慣習が何世代にもわたって続いた結果、アーミッシュの人々におけるエリス・ヴァン・クレフェルト症候群の頻度は、一般人口における頻度よりもはるかに高くなっている。[ 38 ]
現代の進化論的総合説は、生物の集団には突然変異と有性生殖中の遺伝子の組み換えによって生じる大きな遺伝的変異があるという概念に基づいている。進化とは、遺伝的浮動、亜集団間の遺伝子流動、自然選択によって引き起こされる集団内の対立遺伝子頻度の変化であると定義される。自然選択は進化の最も重要なメカニズムとして強調され、大きな変化は長期間にわたる小さな変化の漸進的な蓄積の結果である。[ 39 ] [ 40 ]
現代の進化論的総合説は、進化論に対するよりまとまりのある理解を生み出すために、いくつかの異なる科学分野が融合した結果である。1920年代には、ロナルド・フィッシャー、JBS・ホールデン、シーウォール・ライトが、ダーウィンの自然選択説とメンデル遺伝学の統計モデルを組み合わせ、集団遺伝学という学問分野を創設した。1930年代と1940年代には、集団遺伝学、野外博物学者による種と亜種の分布の観察、化石記録の分析を統合して統一的な説明モデルを構築しようとする試みが行われた。[ 41 ]テオドシウス・ドブジャンスキーやエルンスト・マイヤーなどの科学者による、自然発生集団への遺伝学の原理の適用は、進化の過程の理解を進展させた。ドブジャンスキーの1937年の著作『遺伝学と種の起源』は、集団遺伝学者の数学的研究を野外生物学者にとってより有用な形で提示し、野生生物集団には、初期の集団遺伝学者のモデルが想定していたよりもはるかに多くの遺伝的変異があり、地理的に隔離された亜種や劣性遺伝子の遺伝的多様性の貯蔵庫が存在することを示すことで、遺伝学と野外生物学の間のギャップを埋めるのに役立った。マイヤーは、遺伝子の理解と野外調査による進化過程の直接観察に基づいて、生物学的種概念を導入した。これは、種を、他のすべての集団から生殖的に隔離された、相互に交配する、または潜在的に相互交配する集団のグループと定義するものである。ドブジャンスキーとマイヤーはともに、新種の出現において、地理的障壁によって生殖的に隔離された亜種の重要性を強調した。古生物学者のジョージ・ゲイロード・シンプソンは、化石記録の統計分析と古生物学を統合し、現代の総合説で予測された生物の進化の分岐と非方向性の経路と一致するパターンを示しました。[ 39 ]
進化に関する科学的証拠は、生物学の多くの側面から得られており、化石、相同構造、種間のDNAの分子的な類似性などが含まれる。
化石の研究である古生物学の分野での研究は、すべての生物が関連しているという考えを支持しています。化石は、生物が長期間にわたって蓄積された変化が、今日見られる多様な生命形態につながったという証拠を提供します。化石自体が生物の構造と現存種と絶滅種の間の関係を明らかにし、古生物学者が地球上のすべての生命形態の系統樹を作成することを可能にします。[ 42 ]
近代古生物学はジョルジュ・キュヴィエの研究から始まった。キュヴィエは、堆積岩の各層には特定の化石群が含まれていることに気づいた。より深い層（彼はより古いと考えた）には、より単純な生命体が含まれている。彼は、過去の多くの生命体が今日ではもはや存在しないことに気づいた。化石記録の理解に対するキュヴィエの成功した貢献の1つは、絶滅を事実として確立したことである。絶滅を説明しようとして、キュヴィエは「革命」またはカタストロフィズムの概念を提唱し、地球の歴史を通じて地質学的カタストロフィが発生し、多数の種が絶滅したと推測した。[ 43 ]キュヴィエの革命理論は後に、ジェームズ・ハットンとチャールズ・ライエルの斉一説に取って代わられた。彼らは地球の地質学的変化は漸進的で一貫していると提唱した。[ 44 ]しかし、化石記録の現在の証拠は大量絶滅の概念を支持している。その結果、激変説という概念は、化石記録に現れる生命体の急速な変化の少なくとも一部を説明する有効な仮説として再び浮上してきた。
現在までに非常に多くの化石が発見され、特定されている。これらの化石は進化の年代記録として役立つ。化石記録は、過去と現在の生命体の祖先的なつながりを示す過渡的な種の例を提供している。 [ 45 ]そのような過渡的な化石の1つが始祖鳥である。始祖鳥は爬虫類の明確な特徴（長い骨質の尾や円錐形の歯など）を持ちながら、鳥類の特徴（羽毛や鎖骨など）も持っていた古代生物である。このような発見から示唆されるのは、現代の爬虫類と鳥類は共通の祖先から生じたということである。[ 46 ]
生物の形態や外観の類似性を比較する、いわゆる形態学は、古くから生命を近縁なグループに分類する方法として用いられてきた。これは、異なる種の成体構造を比較したり、生物の発生過程における細胞の成長、分裂、さらには移動のパターンを比較したりすることによって行うことができる。
分類学は、すべての生物に名前を付け、分類する生物学の一分野です。科学者は、形態学的および遺伝学的類似性を利用して、祖先関係に基づいて生命体を分類します。たとえば、オランウータン、ゴリラ、チンパンジー、ヒトはすべて、科と呼ばれる同じ分類群に属しています。この場合、科はヒト科と呼ばれます。これらの動物は、共通の祖先から生じる形態学的類似性（相同性と呼ばれる）のために一緒にグループ化されています。 [ 47 ]
進化の強力な証拠は、相同構造の分析から得られます。相同構造とは、異なる種において、もはや同じ機能を果たしていないが、類似した構造を共有している構造のことです。[ 48 ]哺乳類の前肢がまさにその例です。人間、ネコ、クジラ、コウモリの前肢は、いずれも驚くほど類似した骨格構造を持っています。しかし、これら4種の動物の前肢はそれぞれ異なる機能を果たしています。コウモリの翼（飛行に使用）を構成する骨は、クジラのひれ（水泳に使用）を構成する骨と同じものです。もしこれらが互いに無関係で、それぞれの特定の機能のために独自に構築されているのであれば、このような「設計」はほとんど意味をなしません。進化論はこれらの相同構造を説明します。4種の動物はすべて共通の祖先を共有しており、それぞれが何世代にもわたって変化を遂げてきました。これらの構造の変化によって、異なる機能に適応した前肢が生み出されたのです。[ 49 ]
しかし、解剖学的比較は誤解を招く可能性があり、すべての解剖学的類似性が近縁関係を示すわけではありません。類似した環境を共有する生物は、しばしば類似した身体的特徴を発達させます。これは収斂進化として知られるプロセスです。サメとイルカはどちらも似たような体型をしていますが、サメは魚類、イルカは哺乳類であるため、遠縁です。このような類似性は、両方の集団が同じ選択圧にさらされた結果です。両方のグループ内で、泳ぎを助ける変化が有利になりました。そのため、近縁ではないにもかかわらず、時間の経過とともに、似たような外見（形態）を発達させました。[ 50 ]
場合によっては、 2 種以上の胚の構造の解剖学的比較により、成体では明らかではない共通の祖先の証拠が得られることがあります。胚が発達するにつれて、これらの相同性は見えなくなり、構造は異なる機能を担うようになります。脊椎動物群（ヒトを含む）を分類する基礎の一部は、尾（肛門より先に伸びている）と咽頭裂の存在です。これらの構造はどちらも胚発生のある段階で現れますが、成体では必ずしも明らかではありません。[ 51 ]
発生中の異なる種の胚に形態的な類似性があるため、かつては生物は胚として進化の歴史を再現すると考えられていた。ヒトの胚は両生類、爬虫類の段階を経て哺乳類として発達を完了すると考えられていた。このような再現は、しばしば反復説と呼ばれるが、科学的証拠によって裏付けられていない。しかし、発生の初期段階は、広範な生物群で類似していることは確かである。[ 52 ]例えば、ごく初期の段階では、すべての脊椎動物は非常に似ているように見えるが、祖先種に完全に似ているわけではない。発生が進むにつれて、この基本的なパターンから特定の特徴が現れる。
相同性には、痕跡器官と呼ばれる共通の構造のユニークなグループが含まれます。痕跡器官とは、それを持つ生物にとって価値がほとんどない、あるいは全くない解剖学的部分を指します。これらの一見非論理的な構造は、祖先形態で重要な役割を果たしていた器官の名残です。クジラの場合がそうで、陸上を歩いていた祖先の脚の骨の名残と思われる小さな痕跡骨を持っています。 [ 53 ]人間にも、耳の筋肉、親知らず、虫垂、尾骨、体毛（鳥肌を含む）、目尻の半月状のひだなど、痕跡器官があります。[ 54 ]
生物地理学は種の地理的分布を研究する学問である。生物地理学、特に海洋島の生物地理学からの証拠は、ダーウィンとアルフレッド・ラッセル・ウォレスの両方に、種は共通の祖先から分岐するパターンで進化してきたことを確信させる上で重要な役割を果たした。[ 55 ]島には、他のどこにも見られない固有種が含まれていることが多いが、それらの種は、最も近い大陸で見られる種と関連していることが多い。さらに、島には、生態的ニッチが大きく異なる、つまり、その環境で生きる方法が異なる近縁種の集まりが含まれていることが多い。このような集まりは、単一の祖先種がさまざまな開かれた生態的ニッチを持つ島に定着し、それらの空いたニッチを埋めるのに適応した異なる種に進化することによって多様化する適応放散のプロセスを通じて形成される。よく研究されている例としては、ガラパゴス諸島固有の13種のフィンチのグループであるダーウィンフィンチと、かつては人間による絶滅以前に60種が生息し、多様な生態的役割を担っていた鳥のグループであるハワイミツドリが挙げられます。ハワイミツドリはすべて、約400万年前にハワイ諸島にやってきたフィンチのような単一の祖先の子孫です。 [ 56 ]もう一つの例は、ハワイ諸島固有の多年生植物のグループであるシルバーソード同盟です。この同盟は、さまざまな生息地に生息し、樹木、低木、地面に張り付くマットなど、さまざまな形や大きさがありますが、互いに、また北米西海岸で見られる特定のタールウィード種と交雑することができます。これらのタールウィードの1つが過去にハワイに定着し、シルバーソード同盟全体を生み出したようです。[ 57 ]
すべての生物（RNAウイルスは例外となる可能性あり）は、遺伝情報を持つDNA分子を含んでいます。遺伝子は、この情報を持つDNAの断片であり、生物の特性に影響を与えます。遺伝子は、個体の一般的な外見と、ある程度は行動を決定します。2つの生物が近縁であれば、それらのDNAは非常に似ています。[ 58 ]一方、2つの生物の近縁度が遠ければ遠いほど、違いは大きくなります。たとえば、兄弟は近縁で、DNAは非常に似ていますが、いとこはより遠い関係にあり、DNAにははるかに多くの違いがあります。DNAの類似性は、個体間の関係を示すのと同様に、種間の関係を決定するために使用されます。たとえば、チンパンジーとゴリラと人間を比較すると、 人間とチンパンジーのDNAには最大96パーセントの類似性があることがわかります。DNAの比較は、人間とチンパンジーは、どちらの種もゴリラよりも互いに近縁であることを示しています。[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]
分子系統学の分野では、これらの分子の類似性を測定し、この情報を使用して、異なる種類の生物が進化を通じてどのように関連しているかを解明することに重点を置いています。これらの比較により、生物学者は地球上の生命の進化の関係ツリーを構築することができました。 [ 62 ]また、共通の祖先が非常に昔に生息していたため、生物の外見に実際の類似性が残っていない生物間の関係を科学者が解明することもできました。
人為選択とは、家畜や植物の品種改良のことです。人間は、どの動物や植物が繁殖し、どの子孫が生き残るかを決定します。つまり、どの遺伝子が次世代に受け継がれるかを決定するのです。人為選択の過程は、家畜の進化に大きな影響を与えてきました。例えば、人間は品種改良によって様々な種類の犬を作り出してきました。チワワとグレート・デーンの大きさの違いは1万5000年ほどに現在の中国で人間が家畜化した数匹のオオカミから進化しました。 [ 63 ]
人為選択によって、多種多様な植物が生み出されてきた。トウモロコシの場合、最近の遺伝学的証拠によれば、栽培化は1万 年前にメキシコ中央部で起こったとされている。[ 64 ]栽培化以前は、野生種の食用部分は小さく、採取が困難であった。現在、トウモロコシ遺伝学協力ストックセンターは、元の野生型からランダムな突然変異や染色体変異によって生じた1万を超えるトウモロコシの遺伝的変異体のコレクションを維持している。[ 65 ]
人為選択では、新たに現れる品種や変種は、人間にとって魅力的なランダムな突然変異を持つものですが、自然選択では、生き残る種は、人間以外の環境で役立つランダムな突然変異を持つものです。自然選択と人為選択の両方において、変異はランダムな突然変異の結果であり、根底にある遺伝的プロセスは本質的に同じです。[ 66 ]ダーウィンは、動物や植物における人為選択の結果を注意深く観察し、自然選択を支持する多くの議論を形成しました。[ 67 ]彼の著書『種の起源』の大部分は、人為選択によって生じた多くの種類の家禽の観察に基づいています。ダーウィンは、人間が短期間で家畜に劇的な変化をもたらすことができるのであれば、自然選択は数百万年あれば、今日生物に見られるような違いを生み出すことができると提唱しました。
共進化とは、2種以上の生物が互いの進化に影響を与え合う過程である。すべての生物は周囲の生命の影響を受けるが、共進化においては、各種の遺伝的に決定された形質が2つの生物間の相互作用から直接生じたという証拠がある。[ 58 ]
共進化の事例として広く記録されているのが、アリの一種であるPseudomyrmexと、アリが食料や住処として利用する植物であるアカシアの関係です。この2つの関係は非常に密接であるため、両方の生物に特別な構造と行動が進化しました。アリはアカシアを草食動物から守り、競合する植物の種子を森林の地面から取り除きます。これに対し、アカシアはアリが住処として利用する膨らんだ棘と、アリが食べる特別な花の部分を進化させました。[ 68 ] このような共進化は、アリと木が利他的な行動を選択したことを意味するものではありません。むしろ、集団全体でアリと木の両方の小さな遺伝的変化がそれぞれに利益をもたらしました。利益によって、その特性が次の世代に受け継がれる可能性がわずかに高まりました。時間の経過とともに、連続した突然変異によって、今日見られる関係が作られました。
適切な状況と十分な時間があれば、進化によって新種が出現する。科学者たちは、種の正確かつ包括的な定義を見つけるのに苦労してきた。エルンスト・マイヤーは、種を、互いに自然に交配して生存可能で繁殖力のある子孫を生み出す可能性のある個体群または個体群のグループと定義した。（ある種の個体は、他の種の個体と生存可能で繁殖力のある子孫を生み出すことはできない）。[ 69 ]マイヤーの定義は生物学者の間で広く受け入れられているが、無性生殖を行う細菌などの生物には適用されない。
種分化とは、単一の共通祖先集団から 2 つの別々の種が形成される結果となる系統分岐イベントです。[ 15 ]広く受け入れられている種分化の方法の一つに、異所的種分化があります。異所的種分化は、集団が地理的に分離されることから始まります。[ 48 ]山脈の出現、峡谷の形成、海面変動による陸橋の浸水などの地質学的プロセスによって、別々の集団が生じる可能性があります。種分化が起こるためには、2 つの集団間の遺伝子交換が完全に遮断されるように、分離が相当な規模でなければなりません。それぞれの環境で、遺伝的に隔離された集団は、独自の進化経路をたどります。各集団は、異なる突然変異を蓄積し、異なる選択圧にさらされます。蓄積された遺伝的変化は、再会しても交配できなくなるような、分離された集団を生み出す可能性があります。[ 15 ]交配を妨げる障壁は、接合前障壁（交配または受精を妨げる）または接合後障壁（受精後に発生する障壁）のいずれかです。交配が不可能になった場合、それらは異なる種とみなされます。[ 70 ] 40億年の進化の結果、私たちの周りの生命の多様性が生まれ、今日では推定175 万種の異なる種が存在します。[ 71 ] [ 72 ]
通常、種分化のプロセスはゆっくりとしており、非常に長い期間をかけて起こるため、人間の寿命内で直接観察されることはまれです。しかし、種分化は現代の生物で観察されており、過去の種分化イベントは化石に記録されています。[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] 科学者たちは、5,000年未満前にナグバゴ湖の親集団から隔離された単一の共通祖先から、5つの新しいシクリッド魚種が形成されたことを記録しました。 [ 76 ]この場合の種分化の証拠は、形態（外見）と自然な交配の欠如でした。これらの魚は複雑な交配儀式とさまざまな体色を持っています。新しい種に導入されたわずかな変更が配偶者選択プロセスを変え、発生した5つの形態は交配するように説得できませんでした。[ 77 ]
進化論は科学界で広く受け入れられており、生物学の多様な専門分野を結びつける役割を果たしている。[ 19 ]進化は生物学の分野に確固たる科学的基盤を与えている。進化論の重要性は、テオドシウス・ドブジャンスキーによって「生物学において、進化の光なしには意味をなさないものは何もない」と要約されている。[ 78 ] [ 79 ]しかしながら、進化論は静的なものではない。進化過程の背後にあるメカニズムについては、科学界で多くの議論がなされている。例えば、進化が起こる速度は依然として議論の的となっている。さらに、進化変化の主要な単位が生物か遺伝子かについても意見が分かれている。
ダーウィンとその同時代人は、進化をゆっくりとした漸進的な過程と捉えていた。進化系統樹は、種間の大きな違いは、長い年月をかけて蓄積された多くの小さな変化の結果であるという考えに基づいている。
漸進主義は、地質学者のジェームズ・ハットンとチャールズ・ライエルの研究に基づいていた。ハットンの見解は、地質学的に深刻な変化は、今日でも見られるプロセスの比較的ゆっくりとした継続的な作用の累積的な産物であると示唆しており、突然の変化にはもはや作用しているのが見られない原因があるという考えを推進した激変説とは対照的である。生物の変化については斉一説の視点が採用された。このような見解は、新種が突然出現し、その後長期間その形で存続した証拠をしばしば示す化石記録と矛盾するように見えるかもしれない。1970年代に古生物学者のナイルズ・エルドリッジとスティーブン・ジェイ・グールドは、進化は人間の時間感覚では遅いプロセスであるが、比較的急速な変化の期間（5万年から10万年の範囲） [ 80 ]と比較的安定した長い期間が交互に繰り返されることを示唆する理論モデルを開発した。彼らの理論は断続平衡説と呼ばれ、ダーウィンの考えと矛盾することなく化石記録を説明する。[ 81 ]
進化における選択の一般的な単位は生物である。自然選択は、個体の生殖成功が遺伝的特性によって向上または低下するときに起こり、生殖成功は個体の生存した子孫の数によって測定される。生物観は、さまざまな生物学者や哲学者によって異議を唱えられてきた。進化生物学者のリチャード・ドーキンスは、遺伝子の観点から進化を見れば多くの洞察が得られると提唱している。つまり、自然選択は生物だけでなく遺伝子にも進化メカニズムとして作用するということである。[ 82 ] 1976年の著書『利己的な遺伝子』の中で、彼は次のように説明している。
個体は安定したものではなく、儚いものです。染色体も、配られた直後のカードの手札のように、忘れ去られるまでシャッフルされます。しかし、カード自体はシャッフルされても生き残ります。カードは遺伝子です。遺伝子は交叉によって破壊されるのではなく、単にパートナーを変えて前進するだけです。もちろん前進します。それが彼らの仕事です。彼らは複製者であり、私たちは彼らの生存機械です。私たちの役割が終わると、私たちは捨てられます。しかし、遺伝子は地質学的時間の住人です。遺伝子は永遠です。[ 83 ]
選択は生物や遺伝子の単一レベルだけでなく、多くのレベルで作用すると考える人もいる。例えば、スティーブン・ジェイ・グールドは選択の階層的視点を提唱した。[ 84 ]
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