Lo scienziato che ha influenzato maggiormente il pensiero di Darwin è stato probabilmente il geologo britannico Charles Lyell (1797-1875); uno dei libri che Darwin portò con sé nel suo viaggio intorno al mondo fu infatti il primo volume di Principi di Geologia di Lyell, appena pubblicato, e il secondo volume gli fu spedito quando era già sul Beagle.

Lyell si opponeva alla teoria delle catastrofi ed elaborò nuove prove a sostegno della precedente teoria dell’attualismo di Hutton. Secondo Lyell, infatti, la somma dei lenti e costanti effetti delle forze naturali aveva prodotto continui cambiamenti nel corso della storia della Terra; dal momento che questo processo è sicuramente molto lento (i suoi effetti sono appena visibili nell’arco di una vita), deve avere operato in un periodo di tempo molto lungo. Per poter sostenere la propria teoria dell’evoluzione, Darwin doveva avere conferme sul fatto che la Terra fosse molto «vecchia», e queste conferme era proprio ciò che Lyell gli poteva fornire.

Nel mese di dicembre del 1831, Charles Darwin salpò dal porto inglese di Plymouth. Quando il brigantino Beagle, durante il suo viaggio lungo le coste del Sud America (figura 18), gettava le ancore per fare rifornimento d’acqua e di provviste alimentari, Darwin lasciava spesso la nave per esplorare le regioni interne, osservare i ricchi depositi fossiliferi tenendo ben presenti le teorie di Lyell e collezionare esemplari di molti nuovi tipi di animali e di piante.

In particolare, Darwin osservò con notevole interesse gli animali e le piante che popolavano un piccolo arcipelago di isole quasi aride, le Galápagos, che si trova a 950 kilometri dalla costa pacifica del Sud America. Queste isole, su cui Darwin rimase poco più di un mese, prendono il nome dai loro abitanti più spettacolari, le testuggini (galápagos, in spagnolo), alcune delle quali arrivano a pesare anche più di un quintale. Nonostante queste isole siano relativamente vicine, ciascuna di esse ha il suo tipo di testuggine; i marinai caricavano a bordo queste testuggini per tenerle come riserva di carne fresca durante i loro lunghi viaggi, e alcuni di loro erano capaci di distinguere da quale isola le varie specie provenissero (figura 19).

Oltre alle testuggini, le Galápagos erano abitate da un gran numero di fringuelli, distinti in 14 specie differenti (figura 20); nonostante vivessero nello stesso arcipelago, questi uccelli differivano tra loro sia per la grandezza e per la forma dei corpi e dei becchi sia, in particolare, per il tipo di cibo di cui si nutrivano. Un fringuello, per esempio, si nutriva di insetti estratti col becco dalla corteccia degli alberi, come il comune picchio; non avendo però la lunga lingua che i picchi usano per estrarre gli insetti, questo fringuello si serviva di un piccolo bastoncino o di una spina di cactus.

Grazie alle sue conoscenze di geologia, Darwin sapeva che le isole Galápagos, di origine vulcanica, erano molto più giovani della terraferma; inoltre, aveva osservato che le piante e gli animali delle Galápagos erano differenti da quelli della terraferma, e gli organismi presenti su ogni isola differivano da quelli di ogni altra isola dello stesso arcipelago. Darwin cominciò così a pensare che le differenti specie di testuggini e di fringuelli presenti sulle varie isole si fossero originate a partire da un’esigua varietà iniziale di organismi, provenienti probabilmente dal continente.

Non molto tempo dopo il suo ritorno in Inghilterra, Darwin lesse il Saggio sul principio di popolazione del pastore protestante Thomas Malthus (1766-1834), un libro che era stato pubblicato per la prima volta nel 1798. In questo libro Malthus prevedeva che, se la popolazione umana avesse continuato ad aumentare così rapidamente, sarebbe stato presto impossibile sfamare tutti gli abitanti della Terra.

Darwin riteneva che le conclusioni di Malthus, ossia che il cibo e altri fattori limitano lo sviluppo delle popolazioni, fossero vere per tutte le specie, non solo per la specie umana. Per esempio, Darwin calcolò che una coppia di elefanti, nonostante siano animali le cui femmine hanno un lungo periodo di gravidanza e pochi figli nel corso della vita, produrrebbe 19 milioni di elefanti in 750 anni, se tutti i discendenti vivessero e si riproducessero normalmente; eppure, il numero medio di individui rimane generalmente lo stesso nel tempo. Perciò, sebbene una coppia di elefanti possa produrre in teoria 19 milioni di discendenti, in pratica ne produce in media solo due. Ma perché proprio questi due? Il processo mediante cui questi due animali vengono «scelti» fu chiamato da Darwin selezione naturale.

Per Darwin il processo di selezione naturale era analogo al tipo di selezione praticata dagli allevatori di bestiame, di cavalli, di cani e di piccioni; in questa selezione, chiamata artificiale, gli uomini scelgono gli esemplari di piante e di animali da far riprodurre in base alle caratteristiche che sembrano più convenienti (per esempio, le mucche che fanno più latte o i cavalli che corrono più veloci), mentre nel caso della selezione naturale è l’ambiente che li sceglie.

Quando individui con certe caratteristiche ereditarie sopravvivono e si riproducono, mentre altri con caratteri ereditari diversi sono eliminati, la popolazione lentamente si modifica. Per esempio, se un colibrì avesse il becco più lungo rispetto a quello degli altri colibrì, potrebbe con maggior successo raggiungere e succhiare il nettare dei fiori (figura 21); anche la sua prole potrebbe ereditare tale caratteristica e avere maggiori possibilità di sopravvivenza.

Il principale fattore su cui si basano i processi evolutivi è la variabilità esistente nelle popolazioni di individui che appartengono alla stessa specie. Secondo Darwin le variazioni presenti tra questi individui sono dovute solo al caso e non sono dunque prodotte né dall’ambiente né dalla volontà degli organismi stessi. In sé, le variazioni non hanno né scopo né direzione, ma possono essere più o meno utili a un individuo per la sua sopravvivenza e la sua riproduzione. Oggi sappiamo che queste variazioni sono conseguenza di mutazioni, cambiamenti che possono avvenire nel patrimonio genetico di qualsiasi organismo.

È l’azione della selezione naturale, cioè l’interazione tra i singoli individui e il loro ambiente, che, nel corso di parecchie generazioni, guida il corso dell’evoluzione. Una variazione dovuta al caso che dia a un organismo un vantaggio, per quanto lieve, lo renderebbe più idoneo a lasciare una progenie in grado di sopravvivere più facilmente.

Il libro di Darwin in cui vengono presentate tutte le considerazioni che abbiamo visto finora s’intitola L’origine delle specie; questo testo richiese all’autore più di 20 anni di riflessioni prima di essere pubblicato. In esso Darwin annotò, analizzò e commentò tutta una serie di fatti e osservazioni personali, passando dalla più remota isola del Pacifico al prato vicino casa. Ogni obiezione venne anticipata, soppesata e confutata. L’origine delle specie fu pubblicato il 24 novembre 1859 e da allora l’accettazione delle idee darwiniane rivoluzionò il modo di pensare di moltissime persone, non solo nel campo della biologia.

Sebbene sia passato un secolo e mezzo dalla pubblicazione di questo libro, l’ipotesi originale di Darwin e del naturalista gallese Alfred R. Wallace (1823-1913), che era giunto autonomamente a conclusioni analoghe riguardo al fatto che le specie possono modificarsi col passare del tempo, rimane ancora oggi il punto di partenza per tutti gli scienziati che si occupano delle tematiche evolutive. Tale ipotesi si basava su cinque premesse.

1. Gli organismi generano organismi simili a loro stessi: in altre parole, il processo di riproduzione è stabile.
2. Nella maggior parte delle specie il numero di individui che sopravvivono e si riproducono è piccolo in confronto al numero di organismi nati.
3. In ogni popolazione ci sono delle differenze tra i singoli organismi che non sono dovute all’ambiente (variabilità) e alcune di esse sono ereditabili.
4. Quali individui riusciranno a sopravvivere e a riprodursi, e quali non vi riusciranno, è determinato principalmente dalle interazioni che intercorrono tra le differenze fra gli organismi e l’ambiente. Alcune variazioni, che Darwin definì «favorevoli», consentono agli individui di generare più discendenti di altri e, se sono ereditarie, tendono a diventare sempre più frequenti da una generazione all’altra: questo è il processo che Darwin definì selezione naturale.
5. Dopo un periodo di tempo sufficientemente lungo, la selezione naturale porta a un accumulo di cambiamenti tale da differenziare i gruppi di organismi.