Дарвин пытался уяснить, каким образом возникают необходимые изменения. Занимаясь выведением новых пород домашних животных, он мог заметить, что в любой группе животных наблюдаются случайные отличия особей: в размерах, окраске, поведении. Использовав преимущества такой изменчивости, сознательно содействуя размножению одних вариантов и уничтожая другие, человек на протяжении ряда поколений смог создать различные породы крупного рогатого скота, лошадей, овец и кур, а дав волю фантазии, получил собак и золотых рыбок самых причудливых форм. Не может ли природа, подобно человеку, производить отбор, конечно гораздо медленнее, на протяжении более длительного периода, но зато приспособив животных к условиям их существования, а не к человеческому вкусу и потребностям?
Дарвин обратил внимание на половой отбор: самки животных предпочитают наиболее ярко окрашенных самцов. Вероятно, таким путем и появился нелепый красавец павлин. Заинтересовался Дарвин и рудиментарными органами, которые в прошлом могли быть далеко не бесполезными. Так, обнаруженные у китов и змей остатки костей когда-то служили частями тазового пояса и задних конечностей. Это заставляло предположить, что киты и змеи — потомки существ, передвигавшихся с помощью ног.
Дарвин был исключительно добросовестным исследователем, он подолгу, с большой тщательностью собирал и классифицировал факты. Только в 1844 г. он взялся за перо, однако еще в течение десяти лет ему не удавалось четко сформулировать свою теорию.
Тем временем другой английский естествоиспытатель, Альфред Рассел Уоллес (1823–1913), также занялся этой проблемой. Подобно Дарвину, он потратил значительную часть жизни на путешествия. В 1848–1852 годах он побывал в Южной Америке, а в 1854 г. — на Малайском архипелаге. Его внимание привлекли различия между млекопитающими Азии и Австралии. Позднее, изучая географическое распределение видов, Уоллес показал, что по Малайскому архипелагу — по глубоководному проливу между островами Борнео и Целебес, а также Бали и Ломбок — проходит граница (и до сих пор известная под названием Уоллесовской линии), разделяющая его фауну и флору на азиатскую и австралийскую части. Отсюда возникло деление животных на большие континентальные и суперконтинентальные группы.
Млекопитающие Австралии казались Уоллесу гораздо более примитивными и менее жизнеспособными, чем млекопитающие Азии, и он полагал, что в любом соревновании именно их ожидает гибель. Причина, по которой австралийские млекопитающие все-таки выжили, видимо, состояла в том, что Австралия и прилежащие острова отделились от азиатского материка еще до образования более совершенных азиатских видов. Уоллес пришел к выводу, что эволюция совершается путем естественного отбора, и послал Дарвину на отзыв статью с изложением основ теории отбора (не зная, что тот работает над этой же проблемой). Дарвина поразило такое совпадение взглядов. По настоянию Лайеля и других ученых работы Дарвина и Уоллеса были одновременно опубликованы в 1858 г. в научном журнале Линнеевского общества в Лондоне.
