Bioloogiline evolutsioon eeldab elusorganismide loomulikku arengut, millega kaasnevad muutused populatsioonide geneetilises koostises, aga ka kohanemisomaduste suurenemine, uute liikide teke ja vanade väljasuremine. Kõik need tegurid muudavad aja jooksul nii ökosüsteemi kui ka biosfääri tervikuna.
Põhiteooria
Seal on mitu versiooni, mis selgitavad mehhanisme, millele evolutsiooniprotsess on üles ehitatud. Enamik teadlasi on nüüdseks pühendunud sünteetilisele evolutsiooniteooriale (STE), mis põhineb populatsioonigeneetika ja darvinismi sulandumisel. Sünteetiline teooria selgitab seost geneetiliste mutatsioonide ehk evolutsiooni materjali ja loodusliku valiku (evolutsiooni mehhanismi) vahel. Evolutsiooniline protsess selle teooria raames on erinevate geenide alleelide sageduste muutumine liigipopulatsioonides mitme põlvkonna jooksul.
Evolutsiooni mustrid ja reeglid
Evolutsioon on pöördumatu protsess. Iga organism, mis positiivsete mutatsioonide kogunemise kaudu suutis endisesse keskkonda naastes uute tingimustega kohaneda, peab uuesti läbima kohanemise tee. Veelgi enam, ühtegi bioloogilist liiki ei saa täielikult kindlaks teha,Charles Darwin kirjutas, et isegi kui elupaik muutub samasuguseks nagu varem, ei suuda arenenud liik naasta endisesse olekusse. See tähendab, et loomad suudavad kohaneda vanade tingimuste naasmisega, kuid mitte "vanal" viisil.
Seda on delfiinide puhul lihtne näha. Nende uimede sisemine struktuur (koos vaalalistega) säilitab imetajate jäsemete tunnused. Mutatsioonid värskendavad põlvkonna genofondi, nii et need ei kordu kunagi. Vaatamata sellele, et delfiinid ja vaalad on oma elupaika muutnud ning viiesõrmelised jäsemed uimedeks, on nad siiski imetajad. Nii nagu roomajad arenesid teatud etapis kahepaiksetest, kuid isegi oma eelmisesse keskkonda naastes ei saa nad kahepaikseid tekitada.
Veel üks näide sellest evolutsioonireeglist: igihaljas põõsas Ruscus. Selle varrel on läikivad, suured ja paksud lehed, mis on tegelikult muudetud oksad. Tõelised lehed on ketendavad ja asuvad nende "varte" keskel. Soomuse siinusest ilmub varakevadel õis, millest hiljem areneb vili. Lihunikunõel vabanes evolutsiooni käigus lehtedest, mille tulemusena suutis ta põuaga kohaneda, kuid langes seejärel taas veekeskkonda, kuid päris lehestiku asemel ilmusid välja modifitseeritud varred.
Heterogeensus
Evolutsiooni reeglid ütlevad, et protsess on väga heterogeenne ja seda ei määra astronoomiline aeg. Näiteks on loomi, kes on eksisteerinud aastalmuutumatuna sadu miljoneid aastaid. Need on laba-uimelised kalad, tuatara ja mõõk-saba on elusad fossiilid. Kuid juhtub, et spetsifikatsioon ja muutmine toimub väga kiiresti. Viimase 800 tuhande aasta jooksul on Austraalias ja Filipiinidel tekkinud uusi näriliste liike ning Baikali järv on viimase 20 miljoni aasta jooksul rikastanud end 240 vähiliigiga, mis jagunevad 34 uueks perekonnaks. Liigi tekkimine või muutumine ei sõltu ajast kui sellisest, vaid selle määrab sobivuse puudumine ja põlvkondade arv. See tähendab, et mida kiiremini liik paljuneb, seda suurem on evolutsiooni kiirus.
Suletud süsteemid
Protsessid nagu evolutsioon, looduslik valik ja mutatsioon võivad kulgeda palju kiiremini. See juhtub siis, kui keskkonnatingimused on ebastabiilsed. Sügavates ookeanides, koopavetes, saartel ja muudel isoleeritud aladel on evolutsioon, looduslik valik ja eristumine aga väga aeglased. See seletab tõsiasja, et lobuimkalad püsivad muutumatuna nii palju miljoneid aastaid.
Jälgida evolutsiooni sõltuvust loodusliku valiku kiirusest on putukate puhul üsna lihtne. Möödunud sajandi kolmekümnendatel aastatel hakati kahjuritest kasutama mürgiseid ravimeid, kuid mõne aasta pärast ilmusid liigid, mis kohanesid ravimi toimega. Need vormid on võtnud domineeriva positsiooni ja levinud kiiresti üle kogu planeedi.
Paljude haiguste raviks kasutati sageli tugevaid antibiootikume – penitsilliini, streptomütsiini, gramitsidiini. Kehtima hakkasid evolutsioonireeglid: juba neljakümnendatelteadlased on täheldanud nende ravimite suhtes resistentsete mikroorganismide teket.
Mustrid
Evolutsioonil on kolm peamist suunda: konvergents, lahknemine ja paralleelsus. Lahknemise ajal täheldatakse liigisiseste tegelaste järkjärgulist lahknemist, mis lõpuks toob kaasa uued isendite rühmitused. Kuna erinevused struktuuris ja toidu hankimisviisis muutuvad selgemaks, hakkavad rühmitused teistele territooriumidele hajuma. Kui ühe ala hõivavad sama toiduvajadusega loomad, siis aja jooksul, kui toiduvarud vähenevad, peavad nad piirkonnast lahkuma ja kohanema erinevate tingimustega. Kui samal territooriumil on erinevate vajadustega liike, on nendevaheline konkurents palju väiksem.
Ere näide sellest, kuidas lahknemise evolutsiooniline protsess toimub, on 7 omavahel seotud hirveliiki: need on põhjapõder, maraal, põder, sikahirv, metskits, muskushirv ja metskits.
Suure lahknemisastmega liikidel on võime jätta suuri järglasi ja konkureerida vähem omavahel. Tunnuste lahknemise tugevnemisel jaguneb populatsioon alamliikideks, mis võivad loodusliku valiku tõttu lõpuks muutuda eraldi liikideks.
Kogukond
Konvergentsi nimetatakse ka elussüsteemide evolutsiooniks, mille tulemusena on omavahel mitteseotud liikidel ühiseid jooni. Lähenemise näide on kehakuju sarnasusdelfiinid (imetajad), haid (kalad) ja ihtüosaurused (roomajad). See on samas elupaigas ja samades elutingimustes eksisteerimise tulemus. Roniv agama ja kameeleon pole samuti sugulased, kuid välimuselt väga sarnased. Tiivad on ka konvergentsi näide. Nahkhiirtel ja lindudel tekkisid need esijäsemete vahetumisel, liblika puhul aga kehakasvud. Konvergents on planeedi liigilise mitmekesisuse seas väga levinud.
Parallelism
See termin pärineb kreekakeelsest sõnast "parallelos", mis tähendab "kõrval kõndimist", ja see tõlge selgitab selle tähendust hästi. Paralleelsus on sarnaste struktuuritunnuste sõltumatu omandamine tihed alt seotud geneetiliste rühmade seas, mis tekib ühistelt esivanematelt päritud tunnuste olemasolu tõttu. Seda tüüpi evolutsioon on looduses lai alt levinud. Selle näiteks on lestade ilmumine veekeskkonnaga kohanemisena, mis morskadel, kõrvhüljestel ja pärishüljestel tekkisid paralleelselt. Samuti toimus paljude tiivuliste seas esitiibade üleminek elytrale. Labuimelistel kaladel on kahepaikse tunnused ja loomhammastel sisalikul imetajate tunnused. Paralleelsuse olemasolu ei anna tunnistust mitte ainult liikide päritolu ühtsusest, vaid ka sarnastest eksisteerimistingimustest.
