Tât cả các loài trên trái đất ngày nay đều bắt nguần từ một tổ tiên chung, tổ tiên của chúng ta chính là các vi sinh vật đơn bào xuất hiện trên trái đất từ 4 tỷ năm về trước. Nếu như những điều kiện trên trái đất không thay đổi thì ngay từ khi hình thành đến ngày nay chỉ có duy nhất một loài sinh vật tồn tại. Nhưng vấn đề đặt ra là trên trái dất hiện nay có tới hàng triệu loài cùng sinh sống, mỗi loài trong chúng có nhưng đặc điểm khác nhau về mặt di truyền học.

Tại sao lại có nhiều loài như vậy? Với điều kiện có sự bắt cặp ngẫu nhiên giữa các cá thể khác nhau trong quần thể để sản sinh ra các thế hệ con cháu, sự bắt cặp ngẫu nhiên này sẽ tạo ra sự khác biệt giữa con cái với cha mẹ, nhưng sự khác biệt này được tích lũy trong khoảng thời gian nhất định và sẽ tạo ra những thay đổi lớn của thế hệ con cháu so với tổ tiên của chúng, và chỉ những loài thích nghi được với sự thay đổi của điều kiện môi trường sống mới sống và tồn tại được. Tuy nhiên, nếu trong một quần thể ban đầu có sự chia cách lẫn nhau để tạo thành hai nhóm khác nhau, các cá thể trong hai nhóm này trở lên bất thụ với nhau, tức là khi đó đã có sự khác nhau về mặt di truyền giữa các cá thể trong hai nhóm này, nếu điều này xẩy ra thì sẽ có sự hình thành loài mới. Sự tách ra của cả nhóm cá thể trong một quần thể này là nguyên nhân cơ bản nhất dẫn đến sự đa dạng của sinh vật trên trái đất ngày nay. Vấn đề này sẽ được làm sáng tỏ trong chương 24 của quyển sách này.

Đôi khi chúng ta cho rằng, sự đơn giản của các sinh vật nguyên thủy lại là một cấu trúc tốt để giúp cho chúng tồn tại, do khả năng thích nghi của chúng tốt hơn các sinh vật khác. Nói tóm lại, tất cả các sinh vật còn tồn tại đến ngày nay đều là do khả năng thích ứng tốt của chúng đối với sự thay đổi của môi trường sống như mỏ của các loài chim thay đổi với những điều kiện sống và môi trường sống khác nhau, đại bàng thì có mỏ to khỏe để thích hợp cới việc xé thịt và giết hại con mồi, chim dế thì có cái mỏ nhọn và dài đẻ chúng có thể băt được những con mồi trong bùn đất, và sự đa dạng về hình thể khác được thấy trong Hình 17. Sự đa dạng của các loài vi khuẩn, mà phần lớn trong số chúng có cấu tạo rất đơn giản, kiểu hình đơn giản này chứng minh rằng chúng có hiệu quả thích nghi tốt. Trong quyển sách này chúng ta sử dụng mức độ đơn giản và phức tạp khác nhau trong cấu trúc để nói lên sự liên quan lẫn nhau của cả sinh vật, chúng ta sử dụng phân chia các đặc tính khác nhau của các nhóm sinh vật xuất hiện trước và các tiến hoá của các thế hệ sau này.

Nhiều hơn 30 triệu loài sinh vật có thể sống trên trái đất ngày nay, còn có nhiều loài khác đã từng tồn tại trên trái đất nhưng đến nay đã không còn tồn tại nữa. Tính đa dạng của sinh giới ngày nay là kết quả của sự phân tách ra hàng triệu lần của quần thể sinh vật ban đầu. Để hiểu về sự hình thành loài chúng ta có thể biểu diễn những sự kiện xẩy ra bằng cây tiến hoá, cây tiến hoá chỉ ra các cấp độ phân tách của các quần thể mà kết quả của sự hình thành loài mới (cây tiến hoá này có thể được thấy trong hình 18). Một cây tiến hoá với một thân ban đầu và ngày càng phân ra thành nhiều nhánh rất đa dạng, theo dấu vết của sự phân nhánh này dựa vào các thế hệ con cháu ta có thể biết được tổ tiên đã sinh ra chúng sống trong thời gian trước, cây tiến hoá cho chúng ta biết được mối liên hệ tiến hoá giữa loài và các nhóm của loài. Những loài sinh vật có đặc điểm chung gần gũi với nhau được xếp thành một nhánh, những nhóm có những đặc điểm khác nhau được xếp thành các nhánh khác nhau. Trong quyển sách này chúng ta chấp nhận quy ước thời gian đi từ trái qua phải, như vậy đi về phía trái của cây là tổ tiên của các loài, và gốc của cây là là tổ tiên chung của sự sống trên trái đất ngày nay.

Mục đích của cây tiến hoá là xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài trên trái đất ngày nay. Đạt được mục đích này là nhờ các nhà sinh vật học đã nghiên cứu tập hợp đầy đủ các thành viên của sự sống trên cây tiến hoá từ những vi trùng đến những động vật có vú. Từ dữ liệu của cây tiến hóa cho ta thấy được sự đa dạng của các nguồn. Những hóa thạch của các sinh vật sống trước đây kể cho chúng ta ở đâu khi nào mà các vi sinh vật tổ tiên đã sống và những cái gì còn giống đến ngày nay. Với kĩ thuật gen hiện đại như là kĩ thuật tái tổ hợp DNA chúng ta có thể xác định được nhiều gen của các loài khác nhau. Nhờ công nghệ thông tin chúng ta có thể tập hợp được khối lượng lớn của các thông tin di truyền. Sáng kiến về cây tiến hóa là một trong những đề tài có tầm quan trọng nhất của sinh học hiện đại, nó làm mất ít nhất hai thập kỉ của nhiều nhà khoa học trên các lĩnh vực khác nhau, đó là nguyên nhân đẫn đến trong một thời gian dài sự hoàn thành đầy đủ nhiều loài trên trái đất chưa được mô tả.

Cây tiến hoá sẽ là một khung thông tin trong sinh học cũng như bảng tuần hoàn cung cấp các thông tin cho hoá học và vật lý. Sự tiến hoá sắp đặt tự do hơn nhiều triệu năm nay được nghiên cứu và phát triển. Mỗi một sự sống mang một bộ gen nhất định, nó kiểm chứng cho sự chọn lọc của tự nhiên. Các nhà khoa học có thể mở được những bí ẩn về di truyền này và nghiên cứu sâu hơn về các quá trình sản sinh ra chúng. Mặc dù còn nhiều điều chưa được hoàn thành, các nhà sinh học đã đủ biết để lập ra cây tiến hoá tạm thời của sự sống, được chỉ ra trong Hình 18.

Sinh vật thuộc hai nhóm sinh vật thời thái cổ và vi khuẩn là các sinh vật không có nhân. Archaea và vi khuẩn cũng có mối liên hệ với nhau và chúng tồn tại từ rất sớm trong quá trình tiến hoá của sự sống, hai loài này sẽ đựoc mô tả kỹ trong chương 27 của quyển sách này. Thành viên khác đó là sinh vật có nhân Eukarya, chúng là các tế bào có nhân hoàn chỉnh, Eukarya được chia ra làm 4 nhóm là: sinh vật nguyên sinh, thực vật, nấm và động vật. Sinh vật nguyên sinh được giới thiệu ở chương 28, thực vật sẽ được giới thiệu ở chương 29 và chương 30, nấm ở chương 31 bao gồm nấm mốc, nấm lớn, nấm men và các sinh vật tương tự khác, đây là nguồn tài nguyên phong phú cho việc tổng hợp các phân tử sinh học bằng các chất sinh học khác. Nấm có thể làm hỏng thực phẩm trong môi trường của chúng và sau đó chúng hấp thu các sản phẩm hỏng vào trong tế bào của chúng. Chúng rất quan trọng trong quá trình phân hủy xác của các vật liệu sinh học và các sinh vật chết khác đóng góp quan trọng vào chu trình tuần hoàn vật chất của sự sống.

Thành viên của giới động vật là các sinh vật dị dưỡng (heterotrophs), những loại này chúng ăn vào bụng những thức ăn nhưng sự đồng hóa thức ăn diễn ra ở bên ngoài tế bào, và sau đó chúng hấp thụ sản phẩm. Động vật ăn nhiều nhóm khác nhau để thu được năng lượng thô và năng lượng cho tế bào hoạt động. Giới này sẽ được giới thiệu ở chương 32, 33 và 34. Chúng ta sẽ thảo luận về mức độ quan trọng của các mức độ tổ chức sống trong chương 25. Chúng ta cần biết nhận diện tên sinh vật bằng tên la tinh, đầu tiên là tên của nhóm loài đó là các loài có tổ tiên chung, thứ hai là tên của loài. Tránh sự nhầm lẫn, không nhiều hơn sự phối hợp của hai tên đó là tên của một loài. Ví dụ tên khoa học của loài người là Homo sapiens trong đó homo là tên giống loại còn sapiens là tên loài của chúng ta.