Дарвин мог только догадываться о том, что порождает эти исключительно важные для следующих поколений качества. Книга «Происхождение видов», впервые опубликованная в 1859 году, упоминает предположение французского биолога Жан-Батиста Ламарка о том, что организмы могут передавать своему потомству не только унаследованные, но и приобретенные свойства. Например, постоянное вытягивание головы жирафом с целью дотянуться до высоко растущих листьев таким образом изменит его сперму или яйцеклетку, что его детеныши родятся с более длинными шеями. Но Дарвин явно чувствовал себя неуютно с идеей о том, что адаптация самонаправляема. Он считал, что изменения между поколениями хаотичны, и только при естественном отборе они становятся устойчивыми и ведут к эволюции.
Дарвин не знал, что при его жизни австрийский монах Грегор Мендель проводил эксперименты, которые помогли бы опровергнуть теорию Ламарка и обосновать интуитивную мысль Дарвина. Мендель — первый ученый, понявший, что естественные формы состоят из отдельных черт, передающихся от одного поколения к другому при помощи того, что Мендель назвал генетическими частицами и что теперь называется генами. Гены предотвращают смешивание черт и таким образом сохраняют их. Рекомбинация генов, которая происходит во время полового воспроизводства, вместе с отдельными генетическими ошибками, или мутациями, обеспечивает разнообразие, необходимое для того, чтобы естественный отбор показал, что сохранится, а что исчезнет.
Работы Менделя 1868 года по разведению гороха большей частью прошли незамеченными научным сообществом вплоть до нового столетия. Но даже тогда генетика Менделя не сразу примирилась с идеями Дарвина. Некоторые ранние генетики считали, что генетическая мутация и половая рекомбинация могут направить эволюцию по определенным путям независимо от естественного отбора. Но в тридцатые и сороковые годы этого столетия Эрнст Майр (Ernst Mayr) из Гарвардского университета и другие биологи-эволюционисты соединили идеи Дарвина с генетикой и дали новое подтверждение его теории, назвав свою версию новым синтезом, который подтвердил, что естественный отбор — это первичный архитектор биологической формы и разнообразия.
Открытие в 1953 году структуры ДНК — программы, по которой создаются все организмы, — подтвердило дарвиновскую догадку о том, что вся жизнь связана и происходит из общего источника. Открытие Уотсона и Крика также показало источник как неизменяемости, так и изменчивости, которые делают возможным естественный отбор. В дополнение молекулярная биология предположила, что все биологические явления могут быть объяснены в механических, физических терминах.
В «Приходе золотого века» Гюнтер Стент отметил, что до открытия структуры ДНК некоторые выдающиеся ученые считали, что традиционные методы и предположения науки окажутся неподходящими для понимания наследственности и других базовых биологических вопросов. Основным сторонником этого взгляда был физик Нильс Бор. Он утверждал, что как физикам приходилось справляться с принципом неопределенности, пытаясь понять поведение электрона, точно так же биологи столкнутся с фундаментальными ограничениями, когда попытаются слишком глубоко прощупать живые организмы.
«Должна оставаться некая неопределенность в отношении физического состояния организма. Напрашивается идея о том, что минимальная свобода, которую мы должны позволить организму в этом плане, просто достаточно велика, чтобы спрятать от нас свои главные секреты. При таком взгляде существование жизни должно рассматриваться как точка отсчета в биологии, в смысле, подобном тому, как квант действия, появляющийся как нелогичный элемент с точки зрения классической механики, вместе с существованием элементарных частиц формирует основу квантовой механики»[86].