Darwin encontrou uma resposta para o problema de como gêneros divergem ao fazer uma analogia com as idéias de divisão de trabalho na indústria. Variedades especializadas de um gênero, ao encontrarem nichos nos quais sua especialização é mais útil, forçariam a diversificação em espécies. Ele experimentou com sementes, testando a sua habilidade de sobreviver à água salgada, para determinar se uma espécie poderia se transferir para uma ilha isolada pelo mar. Ele também passou a criar pombos para testar a sua hipótese de que a seleção natural era comparável à "seleção artificial" usada por criadores de pombos.
Foi então que, na primavera de 1856, Lyell leu um artigo sobre a introdução de espécies escrito por Alfred Russel Wallace, um naturalista trabalhando no Bornéo. Ciente da similaridade entre este trabalho e o de Darwin, Lyell o pressionou para publicasse o quanto antes a sua teoria de forma a estabelecer precedência. Apesar de sua doença, Darwin iniciou o livro de três volumes intitulado "Seleção Natural" ("Natural Selection"), obtendo espécimes e informações de naturalistas como Asa Gray e o próprio Wallace. Em dezembro de 1857, quando trabalhava em seu livro, Darwin recebeu uma carta de Wallace perguntando se ele se aprofundaria na questão das origens do homem. Ciente dos temores de Lyell, Darwin respondeu: "Eu acho que irei evitar completamente este assunto, uma vez que ele é rodeado de preconceitos, embora eu admita que este é o maior e mais interessante problema para um naturalista". Ele então encorajou Wallace a teorizar sobre o tema, dizendo "não há observações boas e originais sem especulação". Quando o seu manuscrito já alcançava 250 mil palavras, em junho de 1858, Darwin recebeu de Wallace o artigo em que aquele descrevera o mecanismo evolutivo que concebera. Wallace também solicitara a Darwin que o enviasse a Lyell. Darwin assim o fez, embora estivesse chocado que ele tivesse sido "prevenido" do fato. Embora Wallace não tivesse solicitado a publicação, Darwin se ofereceu para enviar o artigo a qualquer revista que ele desejasse. Ele descreveu o que se passava para Lyell e Hooker. Estes concordaram em um apresentação conjunta na Lynnean Society, em 1 de julho, do artigo intitulado "Sobre a Tendência das Espécies de formarem Variedades; e sobre a Perpetuação das Variedades e Espécies por Meios Naturais de Seleção" (On the Tendency of Species to form Varieties; and on the Perpetuation of Varieties and Species by Natural Means of Selection). Infelizmente, o filho caçula de Darwin faleceu e ele não pode comparecer à apresentação.
O anúncio inicial da teoria atraiu pouca atenção. Ela foi mencionada brevemente em algumas resenhas, mas para a maioria dos revisores era apenas mais uma entre muitas variações de pensamento evolutivo. Nos treze meses seguintes Darwin sofreu com sua saúde precária e fez um enorme esforço para escrever um resumo de seu "grande livro sobre espécies". Recebendo constante encorajamento de seus amigos cientistas, ele finalmente terminou o texto e Lyell cuidou para que o mesmo fosse publicado por John Murray. O livro recebeu o título "Sobre a origem das espécies por meio de seleção natural" (On the Origin of Species by Means of Natural Selection) e, quando foi colocado à venda em 22 de novembro de 1859, esgotou o estoque de 1250 cópias rapidamente. Naquela época, o termo "evolucionismo" implicava em criação sem intervenção divina e, por isso, Darwin evitou usar as palavras "evolução" ou "evoluir", embora o livro terminasse anunciando que "um número incontável das mais belas e maravilhosas formas evoluíram e estão evoluindo". O livro só mencionava brevemente a idéia de que seres humanos também deveriam evoluir tal qual outros organismos. Darwin escreveu de forma propositadamente atenuada que "luz será lançada no tocante à origem do homem e sua história".
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