Перед путешествием Дарвин прочел первый том «Основ геологии» Лайеля и поэтому уже имел четкое представление о древности Земли и длительности развития жизни на ней. Продвигаясь с экспедицией вдоль берегов Южной Америки, он не мог не обратить внимания на то, как постепенно, лишь незначительно отличаясь друг от друга, сменяются виды животных и растений.

Наиболее удивительными были наблюдения, которые Дарвин сделал во время недельной стоянки на Галапагосских островах, за тысячу километров от побережья Эквадора. Здесь Дарвин изучил группу птиц, известную теперь под названием Дарвиновы вьюрки. Эти во многих отношениях очень близкие птицы делятся по меньшей мере на 14 видов, ни один из которых не встречается на ближайшем материке или где-либо еще в мире. Дарвин предположил, что какой-то материковый вид вьюрка очень давно заселил острова и что постепенно на протяжении веков происходило превращение этого исходного вида в различные ныне живущие. У одних птиц развилась способность употреблять в пищу один сорт семян, у вторых — другой, третьи стали насекомоядными. В зависимости от образа жизни у каждого вида сформировался специфический клюв, свои размеры и особое строение тела. Таким образом, родительский вид вьюрков нашел на Галапагосе сравнительно малонаселенную страну и достаточно подходящие условия для образования многих разновидностей, в то время как на материке этого не произошло.

Но один момент, и притом основной, оставался необъясненным. Что вызывает такие эволюционные изменения? Что заставляет зерноядный вид вьюрка превращаться в насекомоядный? Дарвин не принял гипотезы Ламарка, согласно которой следовало бы предположить, что вьюрки, случайно попробовав питаться насекомыми, приобретали вкус к этой пище и передавали потомкам повышенную способность к ее усвоению и тенденцию к соответствующему изменению упражняемых органов (клюва, например). Ученый понял, что в естественных условиях в основе изменчивости растений и животных лежит тот самый отбор, который практиковался человеком при выведении культурных сортов растений и пород домашних животных еще с эпохи неолита. Он заключил, что наиболее приспособленные растения и животные оставляют более многочисленное потомство, чем менее приспособленные. Однако законов действия естественного отбора он еще не знал.

Через два года после возвращения в Англию Дарвин познакомился с книгой «Опыт о законе народонаселения, или изложение прошедшего и настоящего действия этого закона на благоденствие человеческого рода, с приложением нескольких исследований о надежде на устранение или смягчение причиняемого им зла», написанной сорока годами ранее английским экономистом Томасом Робертом Мальтусом (1766–1834). Утверждая, что прирост населения в человеческом обществе всегда выше, чем рост производства средств существования, Мальтус оправдывал голод, эпидемии и войны как факторы, сокращающие численность населения.

Дарвин использовал идею Мальтуса о регуляции численности населения недостаточностью пищи и пришел к выводу, что в природе в первую очередь гибнут особи, не обладающие преимуществами в борьбе за существование. Так, первые вьюрки беспрепятственно размножались на Галапагосе, пока не истощились запасы семян, служивших им пищей. Часть вьюрков стала голодать, в первую очередь те, кто был послабее и менее приспособлен к поискам семян. А что если некоторые из птиц стали питаться более крупными или крепкими семенами и даже иногда проглатывать насекомых? Голодание должно было понизить размножение тех, у кого не проявились такие способности. В то же время стали быстро размножаться вьюрки, нашедшие какие-то новые, пусть не очень привычные для них, но нетронутые запасы пищи.

Иными словами, влияние среды благоприятствует возникновению различий и расхождению признаков, пока не образуются самостоятельные виды, которые отличаются и друг от друга и от общего предка.