Изучение эволюции-процесса, в результате которого возникают новые виды - задача чрезвычайно сложная. Многое из того, о чем нам хотелось бы узнать, произошло очень давно, и те проводимые в лабораториях контролируемые эксперименты, к которым обычно прибегают ученые, в данном случае неприменимы. Некоторые механизмы эволюции все же можно изучать в лабораторных условиях, однако ее общий ход познается главным образом путем исследования истории жизни на Земле. Делать какие-либо выводы на основании изучения современных животных рискованно; все живые существа, населяющие Землю сегодня, располагали одинаковым периодом времени для своей эволюции. Ни один из современных видов животных или растений не является предком какого-либо другого вида. Значительная часть современных знаний об эволюции была добыта в результате терпеливых поисков и сбора ископаемых остатков животных и растений, продуманных экстраполяции, некоторых догадок и большого везенья. К сожалению, очень немногие организмы после смерти фоссилизируются, и в очень редких случаях ископаемые остатки находят люди, обладающие необходимой для изучения этих остатков подготовкой.

Эволюция действует путем медленного просеивания случайных генетических изменений, что приводит к отбору признаков, которые дают возможность организму прожить дольше и оставить больше потомков, чем это сделают его менее удачливые сородичи. Большим селективным преимуществом обладают гены, позволяющие организму занять свободную экологическую нишу и тем самым снижающие необходимость конкуренции с другими организмами.

Животные (и растения) лишь в редких случаях имеют возможность почивать на своих генетических «лаврах». Окружающая среда непрерывно изменяется, и на Земле нет ни одного постоянного местообитания. Из морей поднимаются плоскогорья, а горы в результате эрозии превращаются в равнины. По мере изменения местообитаний, происходящего на протяжении длительных периодов геологического времени, населяющим их организмам также приходится изменяться, с тем чтобы соответствовать окружающей среде; в противном же случае они в конечном счете бывают вынуждены выйти из игры.

Считается, что птицы, подобно млекопитающим, произошли от рептилий. Ряд морфологических данных свидетельствует о том, что их предком был небольшой динозавр, передвигавшийся на задних конечностях. Наиболее убедительным доказательством происхождения птиц от одной линии рептилий служат четыре неполных экземпляра существа величиной с небольшую ворону, найденные в слоистых известняках в Баварии. Это существо, названное археоптериксом, имело скелет, сильно напоминающий скелет рептилий; в частности, челюсти его были снабжены многочисленными зубами, а хвост имел костный скелет с большим число позвонков. Вместе с тем тело его было покрыто перьями и у него были крылья. Палеонтологам едва ли удалось бы вообразить более подходящее промежуточное звено между рептилиями и птицами.

Археоптерикс жил в верхней юре 140 млн. лет назад, когда на земле господствовали рептилии и огромные птерозавры владели воздушной средой. Непосредственные предки и потомки археоптерикса неизвестны; после его появления в палеонтологической летописи имеется пробел, соответствующий 20 млн. лет. В осадочных породах мелового периода были найдены почти полные экземпляры вымерших водоплавающих птиц - гесперорниса и ихтиорниса. Гесперорнис был зубастой, нелетающей птицей, похожей на гагару, и достигал 1,5 м в длину. Ихтиорнис походил на чайку и имел небольшие размеры; были ли у него зубы - установить не удалось.

Многие современные отряды и семейства птиц появились 65 млн. лет назад в третичном периоде. К ним относятся пингвины, нанду, гагары, бакланы, цапли, утки, грифы, ястребы, тетерева, журавли и пастушки. Более чем 8500 видов ныне живущих птиц можно в известном смысле рассматривать как вершину эволюционного «айсберга» из вымерших видов. По оценкам палеонтолога У.П. Бродкорба, их число достигало примерно 154000. Однако лишь немногие из этих предполагаемых видов удалось обнаружить в форме ископаемых остатков. На основе палеонтологических данных было идентифицировано примерно 1 700 видов птиц, из которых 800 живут до сих пор. Предполагается, что наибольшее число видов птиц, составлявшее 10000, обитало одновременно на Земле в плейстоценовую эпоху, начавшуюся 2 млн. лет назад.

По мнению Бродкорба, незначительность числа описанных ископаемых видов птиц объясняется не недостатком ископаемых остатков, а отсутствием ученых, которые были бы готовы заняться поисками этих остатков и их изучением. Он указывает, что «из 900 с небольшим известных вымерших видов птиц одна треть описана четырьмя, половина - семью, а три четверти - пятнадцатью авторами».

Никто не знает, когда взлетела в воздух первая птица. Некоторые ученые считают, что археоптерикс жил на деревьях и планировал или перепархивал с ветки на ветку. Барон Фрэнсис Нопска, который был связан с Британским музеем естественной истории, в 1907 г . высказал предположение, что археоптерикс и его ближайшие предки жили на земле. Это представление недавно возродил Джон Остром из Йельского университета. Остром утверждает, что археоптериксы пользовались своими оперенными передними конечностями для поимки такой добычи, как крупные насекомые, мелкие ящерицы и млекопитающие, а так как это требовало высокой подвижности, то те особи, которые могли, преследуя жертву, подняться в воздух, получали селективное преимущество.

Другая тема для дискуссий - вопрос о том, предшествовало ли эволюции полета появление перьев. Способность к полету могла возникнуть в одной из линий рептилий, у которых уже развился перьевой покров в качестве структур, обеспечивающих термоизоляцию и помогающих поддерживать высокую температуру тела. Этот гипотетический предок мог жить либо на земле, либо на деревьях; как при том, так и при другом образе жизни превращение передних конечностей в крылья давало бы определенное преимущество. Проникнув в воздушную среду, такие животные, даже если их крылья служили им только для планирования, легко находили для себя новые экологические ниши; тем самым была подготовлена почва для быстрой эволюции птиц, населяющих Землю в настоящее время.

С наибольшей скоростью эволюционируют мелкие репродуктивно изолированные популяции, оказавшиеся в новых местообитаниях в результате либо иммиграции, либо геологических изменений. Мутации, поставляющие материал для эволюции, постоянно появляются и исчезают в данной популяции, при этом чем меньше общая численность популяции, тем больше вероятность передачи той или иной благоприятной мутации относительно большому числу потомков. Именно поэтому для изучения эволюции орнитологи обычно предпочитают выбирать изолированные острова, такие как Галапагосские или Гавайские, Новая Гвинея и др. Удивительное разнообразие адаптации, наблюдаемое у птиц, населяющих Галапагосские острова, послужило одной из основ, на которых Чарлз Дарвин построил свою теорию эволюции. Даже в наши дни, т. е. спустя почти полтора столетия, Галапагосский архипелаг продолжает привлекать ученых, которые посещают его с целью изучения его животного и растительного мира.

Географическая изоляция - лишь один из нескольких способов создания между популяциями репродуктивной изоляции, которая необходима для формирования новых видов. Возможно, что репродуктивная изоляция достигается и вследствие различий в поведении.