O pensamento evolutivo, a concepção de que as espécies mudam ao longo do tempo, tem raízes na Antiguidade, nas descobertas científicas de gregos, romanos, chineses e muçulmanos. No entanto, até o século XVIII, o pensamento biológico ocidental era dominado pelo essencialismo, a crença na imutabilidade das formas viventes. Essa concepção começou a se alterar quando, durante o Iluminismo, a cosmologia evolutiva e a filosofia mecanicista se espalharam das ciências físicas para a história natural. Naturalistas começaram a centralizar seus estudos na variabilidade das espécies; o surgimento da paleontologia com o conceito de extinção enfraqueceu ainda mais a visão estática da natureza. No início do século XIX, Jean-Baptiste de Lamarck propôs sua teoria da transmutação de espécies, que foi a primeira teoria científica evolutiva totalmente elaborada.Em 1858, Charles Darwin e Alfred Russel Wallace publicaram uma nova teoria evolutiva, que foi explicada em detalhes no livro de Darwin A origem das espécies em 1859. Diferente de Lamarck, Darwin propôs o conceito de que os organismos apresentam uma origem comum, e se diferenciam de maneira a formar uma árvore da vida. A teoria fundamentava-se na concepção de seleção natural, e para proporcionar suporte ao seu argumento, Darwin apresentou uma grande quantidade de evidências oriundas de diferentes áreas: pecuária, biogeografia, geologia, morfologia e embriologia.O trabalho de Darwin conduziu a uma rápida aceitação do conceito de evolução, mas o mecanismo proposto, a seleção natural, não foi amplamente aceito até os anos 1940. A maioria dos biólogos argumentava que outros fatores eram responsáveis pela evolução, como a herança de caracteres adquiridos (neo-Lamarquismo), uma tendência inata à mudança (ortogênese), ou grandes mutações repentinas (saltacionismo). A síntese da seleção natural com a genética Mendeliana durante os anos 1920 e 1930 fundou a nova disciplina da genética de populações. Durante os anos 1930 e 1940, a genética de populações foi integrada a outros campos da biologia, resultando numa teoria evolutiva amplamente aplicável, que abarcava a maior parte da biologia — a síntese evolutiva moderna.Em seguida ao estabelecimento da biologia evolutiva, estudos sobre mutação e variabilidade genética em populações naturais, aliados a biogeografia e sistemática, culminaram em modelos matemáticos e causais de evolução sofisticados. Juntas, a paleontologia e a anatomia comparada permitiram reconstruções mais detalhadas da história da vida. Após o surgimento da genética molecular nos anos 1950, o campo de estudo da evolução molecular se desenvolveu, baseado em sequências de proteínas e testes imunológicos, incorporando posteriormente estudos de RNA e DNA. Uma visão da evolução centrada nos genes ganhou proeminência nos anos 1960, seguida pela Teoria neutralista da evolução, gerando grandes debates sobre adaptacionismo, unidades de seleção natural, e a importância relativa da deriva genética e da seleção natural. No fim do século XX, o surgimento de técnicas de sequenciamento de DNA permitiram a produção de filogenias moleculares, e com isso a reorganização da árvore da vida em três domínios: (Archaea, Eukaria e Eubacteria). Além disso, a transferência horizontal de genes e fatores de simbiogênese recentemente descobertos introduziram ainda mais complexidade à história evolutiva.
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