Bereits wenige Jahre nach dem Tod des Vordenkers stellte sich eine seiner Hypothesen als irrig heraus: jene von der Erblichkeit erworbener Eigenschaften. Der mächtige Bizeps eines Schmieds oder die durch Nichtgebrauch geschwächten Flügel von Hausenten übertragen sich nicht auf deren jeweilige Nachkommen. Den Beweis lieferte der deutsche Zoologe August Weismann mit einem rabiaten Experiment: Er schnitt Mäusen den Schwanz ab und paarte die Tiere. Immer kamen Nager mit Schwänzen zur Welt.
Anhand dieses Befunds und neuer Erkenntnisse über die Bildung von Keimzellen begründete Weismann den Neodarwinismus. Als Ursache für die Variation innerhalb einer Art vermutete er die Durchmischung der mütterlichen und väterlichen Erbanlagen. Die genauen Mechanismen ließen sich damals allerdings noch nicht entschlüsseln. Dies änderte sich mit der Wiederentdeckung der nach 1865 vergessenen Experimente des Mönches Gregor Mendel zur Vererbung der Blütenfarbe von Erbsen. Nun begannen Wissenschaftler Schritt für Schritt die molekularen Grundlagen der Genetik zu enthüllen.
Dieses Wissen sowie Entdeckungen aus der Zellbiologie, der Paläontologie und der Biogeographie bündelten Forscher wie Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr und Julian Huxley zwischen 1930 und 1950 in der Synthetischen Theorie. Demnach reihen sich auf den Chromosomen diskrete Einheiten aneinander, die Gene, deren Baustoff Forscher 1944 als Desoxyribonukleinsäure (DNS) identifizierten. Veränderungen der DNS lassen neue Varianten von Genen entstehen, deren Summe als Genpool einer Art bezeichnet wird.
Die zufällige Mischung väterlicher und mütterlicher Gene bringt eine schier unendliche Vielfalt von Genkombinationen und der von ihnen abhängigen Merkmale hervor. Sie bilden das Rohmaterial der natürlichen Selektion: Die Verbreitung der Genvarianten, die ihren Trägern einen Vorteil verschaffen, nimmt über Generationen hinweg zu, ungünstige Varianten verschwinden aus dem Genpool. Auf diese Weise passen sich Arten Umweltveränderungen an. Neue Spezies bilden sich, etwa wenn Tiere eine Insel besiedeln oder durch eine Gebirgskette von Artgenossen getrennt und mit einem gewandelten Lebensraum konfrontiert werden. Den universellen Anspruch dieses Erklärungsmusters formulierte der Genetiker Dobzhansky: "Nichts in der Biologie ergibt Sinn, außer man betrachtet es im Licht der Evolution."
Nach diesem Motto versuchten Forscher auch, das Sozialverhalten von Tieren und des Menschen evolutionär zu erklären. Der Ansatz der Soziobiologie, etwa Altruismus auf genetischer Ebene zu begründen, sorgte vor allem in den 1970er Jahren für heftige Kontroversen. In letzter Zeit hat die noch junge Disziplin der Epigenetik die alte Idee von der Vererbung erworbener Eigenschaften ein wenig rehabilitiert. Umweltfaktoren wie die Ernährung, so erkannten Wissenschaftler, können die Erbinformation zwar nicht "umschreiben". Aber sie können bewirken, dass eine Zelle Gene an- oder abschaltet, indem sie bestimmte Marker auf dem genetischen Code anbringt. Und diese Muster werden teilweise an die Nachkommen weitergegeben. Welche Bedeutung die Epigenetik langfristig für die Evolution von Arten hat, ist allerdings noch offen.
