Дарвин был почитателем геологических изысканий Льеля и имел научное представление об истории Земли и геологии. Во время путешествия он не мог не отметить сменяемости видов — каждый из последующих видов слегка отличался от вытесненного — вдоль побережья Южной Америки по направлению к югу.
Наиболее впечатлили его наблюдения за животным миром Галапагосских островов во время пятинедельного пребывания на них. В частности, Дарвин изучал группу птиц рода, до сих пор так и именуемого дарвиновским вьюрком. Представители этого рода делятся на 14 различных видов и все обитают на малоизвестной группе островов неподалеку от побережья Эквадора. Было бы странным предположить, что все 14 видов были «созданы» только для этих островов.
Дарвин обнаружил, что материковые виды вьюрка колонизировали остров задолго до современных ему лет и что постепенно последующие поколения тех вьюрков разделились на близкие друг другу виды. Некоторые виды специализировались на определенных семенах то одного, то другого сорта; третьи начали специализироваться на поедании насекомых. И у каждого вида постепенно развились своя форма клюва, свой размер тела, своя особая схема организации. На материке первобытный вьюрок не дифференцировался, поскольку испытывал пресс конкуренции со стороны других птиц отличных родов. На Галапагосах пришельцы нашли пустые ниши обитания.
Однако на один вопрос ответа не было. Что вызвало такие эволюционные изменения? Что сделало вьюрков из растительноядных насекомоядными? Дарвин не мог воспринять ламаркианского предположения, что птицы «попробовали» насекомых, им понравилось и они передали эту особенность своему потомству. К несчастью, другого ответа у Дарвина не нашлось.
В 1838 г., два года спустя после возвращения в Англию, Дарвин случайно прочел научный труд, названный «Эссе о принципах формирования народонаселения», написанный 40 годами ранее английским экономистом Томасом Робертом Мальтусом (1766 — 1834). В своей книге тот утверждал, что народонаселение всегда растет быстрее, чем производство питания, и что численность населения саморегулируется либо голодом, либо болезнями, либо войнами.
Дарвин предположил, что те же принципы приложимы к другим формам жизни. Та часть популяции, которая погибает, являет собой естественный отсев в результате борьбы за пищу. К примеру, первые вьюрки на Галапагосах бесконтрольно размножались и вскоре превысили в потреблении возможный урожай семян. Начался голод. И возможно, какие-то вьюрки попробовали есть более крупные семена или начали глотать насекомых. Те, которые не усвоили новых привычек, были обречены на голод и вымирание.
Другими словами, слепой пресс окружающей среды стал агентом формирования новых видов и каждый вид отличался от другого и от общего предка. Как говорится, сама природа выбирает выживших — это и есть естественный отбор.
Далее Дарвин наблюдал, каким образом происходят необходимые изменения. С целью изучить влияние искусственного отбора он начал разводить голубей и обнаружил в потомстве небольшие отклонения внешних признаков: вариации по размеру, цвету, привычкам. Избирая направленно одну или другую особенность, можно было производить селекцию голубей. Таким же образом выводили наилучшие породы овец, лошадей, рогатого скота, странные и причудливые породы собак и аквариумных рыбок.
Природа на определенных этапах заменяла человека и в течение более длительного периода в своих целях «выводила» породы — то есть приспосабливала виды к меняющимся условиям среды.
Дарвин изучил также «половую селекцию», при которой самка выбирала наиболее полноценного самца. Ученый отметил рудиментарность некоторых составных частей скелета, на основе этого доказал принадлежность, например, китов — к млекопитающим, основываясь на оставшихся костях задних конечностей, а змей — к позвоночным пресмыкающимся, когда-то ходившим на четырех конечностях.
Дарвин бесконечно дополнял и совершенствовал свою теорию и набор аргументов в ее пользу. В 1844 г. на основе собранных фактов он начал писать научный труд.
Тем временем на Дальнем Востоке другой английский натуралист, Альфред Рассел Уэллес, рассматривал ту же проблему. Как и Дарвин, он провел множество времени за собиранием фактов, включая путешествие в Южную Америку между 1848-м и 1852 гг. В 1854 г., побывав на Малайском архипелаге и в Восточной Индии, он был поражен различием между видами млекопитающих Азии и Австралии. Позже он провел по карте линию, разделяющую эти два зоогеографичес-ких региона. Эта линия, называемая его именем, проходит по глубоководному каналу, разделяющему острова Борнео и Целебес.