Un œil aussi complexe que le nôtre a-t-il pu évoluer pas à pas ?

Oui, et Darwin lui-même a montré pourquoi ce n'est pas impossible. Dans L'Origine des espèces, en 1859, il admettait que l'évolution de l'œil par sélection naturelle semblait, à première vue, absurde au plus haut degré, faisant écho au philosophe William Paley qui, en 1802, avait qualifié l'œil de miracle de conception. Mais Darwin a exposé l'échappatoire : si une chaîne de petites gradations relie un œil simple et imparfait à un œil complexe, chaque étape étant utile à l'animal qui la possède, et si ces variations se transmettent, alors un œil complexe façonné par la sélection naturelle n'est pas exclu, aussi difficile soit-il à imaginer. Il a esquissé un chemin par étapes, d'un nerf optique simplement enduit de pigment jusqu'à un œil assez perfectionné, en citant des animaux vivants comme exemples des étapes intermédiaires.

Les fossiles collent à ce tableau. Le plus ancien œil fossilisé certain, trouvé en Estonie et daté d'environ 530 millions d'années, ressemble déjà beaucoup à l'œil composé d'une libellule ou d'une abeille moderne, simplement avec ses unités sensibles à la lumière espacées plus largement et sans aucune lentille. Peu après, à l'époque du Schiste de Burgess, une diversité frappante d'yeux avait déjà évolué, et l'on sait aujourd'hui que des yeux complexes, formant des images, ont évolué indépendamment plus d'une fois selon les lignées animales, plutôt que d'avoir été inventés une seule fois.

Cette floraison soudaine d'yeux coïncide avec l'explosion cambrienne, cette poussée de diversification évolutive rapide visible dans les archives fossiles. Une hypothèse proposée, dite de « l'interrupteur lumineux », suggère qu'une fois les yeux avancés apparus, ils ont déclenché une course aux armements entre prédateurs et proies qui a accéléré l'évolution dans son ensemble, puisqu'avant ce seuil, les animaux pouvaient sans doute percevoir la lumière sans encore l'utiliser pour se déplacer rapidement ou naviguer visuellement.

La réponse la plus forte au doute de Darwin est pourtant mathématique. Des scientifiques ont essayé d'estimer combien de temps il faudrait réellement à une simple tache de cellules sensibles à la lumière pour évoluer, pas à pas, jusqu'à devenir un œil de vertébré pleinement fonctionnel, en se fondant sur les taux de mutation, l'avantage apporté par chaque étape et la sélection naturelle. Même en surestimant la durée de chaque étape et en supposant une génération par an, le résultat obtenu est étonnamment court : moins de 364 000 ans, un clin d'œil, pourrait-on dire, à l'échelle des temps géologiques.