Vào đầu những năm 1950, HBD Kettlewell, một bác sĩ người Anh quan tâm đến việc sưu tập bướm và bướm đêm, đã quyết định nghiên cứu các biến thể màu sắc không giải thích được của bướm đêm.
Kettlewell muốn tìm hiểu một xu hướng đã được các nhà khoa học và nhà tự nhiên học lưu ý từ đầu thế kỷ XIX. Xu hướng này, được quan sát thấy ở các khu vực công nghiệp hóa của Anh, cho thấy một quần thể bướm đêm dày đặc — trước đây chủ yếu bao gồm các cá thể có màu xám nhạt — giờ đây chủ yếu bao gồm các cá thể có màu xám đậm. HBD Kettlewell rất tò mò: tại sao sự biến đổi màu sắc này lại diễn ra trong quần thể bướm đêm? Tại sao sâu xám đậm chỉ phổ biến hơn ở các khu công nghiệp trong khi sâu xám nhạt vẫn chiếm ưu thế ở nông thôn? Những quan sát này có ý nghĩa gì?
Để trả lời câu hỏi đầu tiên này, Kettlewell bắt đầu thiết kế một số thí nghiệm. Ông đưa ra giả thuyết rằng có điều gì đó ở các vùng công nghiệp của Anh đã giúp những con sâu bướm màu xám đậm thành công hơn những cá thể màu xám nhạt. Thông qua các cuộc điều tra của mình, Kettlewell đã xác định rằng những con bướm đêm màu xám đậm có sức khỏe tốt hơn (có nghĩa là trung bình chúng sinh ra nhiều con non sống sót hơn) trong các khu công nghiệp so với những con bướm đêm xám nhạt (trung bình sinh ra ít con non còn sống sót hơn). Các thí nghiệm của HBD Kettlewell tiết lộ rằng bằng cách hòa nhập tốt hơn vào môi trường sống của chúng, bướm đêm màu xám đen có nhiều khả năng tránh bị chim ăn thịt hơn. Mặt khác, những con sâu bướm màu xám nhạt dễ nhìn và bắt chim hơn.
Sau khi HBD Kettlewell hoàn thành các thí nghiệm của mình, câu hỏi vẫn còn đó: điều gì đã thay đổi môi trường sống của loài bướm đêm ở các khu công nghiệp khiến cho những cá thể có màu sẫm hơn hòa nhập với môi trường xung quanh tốt hơn? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta có thể nhìn lại lịch sử nước Anh. Vào đầu những năm 1700, thành phố Luân Đôn—với quyền sở hữu phát triển tốt, luật bằng sáng chế và chính quyền ổn định—đã trở thành cái nôi của Cách mạng Công nghiệp.
Những tiến bộ trong sản xuất sắt, sản xuất động cơ hơi nước và sản xuất dệt may đã xúc tác cho nhiều thay đổi kinh tế và xã hội vượt xa giới hạn của thành phố Luân Đôn. Những thay đổi này đã làm thay đổi bản chất của những gì trước đây chủ yếu là lực lượng lao động nông nghiệp. Nguồn cung cấp than dồi dào của Vương quốc Anh đã cung cấp các nguồn năng lượng cần thiết để cung cấp nhiên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến kim loại, thủy tinh, gốm sứ và sản xuất bia đang phát triển nhanh chóng. Vì than không phải là nguồn năng lượng sạch nên việc đốt than đã thải ra một lượng lớn bồ hóng vào không khí ở London. Bồ hóng đọng thành màng đen trên các tòa nhà, nhà cửa và thậm chí cả cây cối.
Giữa môi trường mới được công nghiệp hóa của London, loài sâu bướm rắc tiêu thấy mình đang phải vật lộn khó khăn để sinh tồn. Bồ hóng phủ và làm đen thân cây khắp thành phố, giết chết địa y mọc trên vỏ cây và biến thân cây từ hoa văn đốm xám nhạt thành màng đen xỉn màu. Những con sâu bướm có hoa văn màu hạt tiêu, màu xám nhạt từng hòa lẫn vào vỏ cây phủ đầy địa y, giờ đây trở thành mục tiêu dễ dàng cho chim và những kẻ săn mồi đói khát khác.
Lý thuyết chọn lọc tự nhiên gợi ý một cơ chế tiến hóa và cho chúng ta một cách để giải thích các biến thể chúng ta thấy trong các sinh vật sống và những thay đổi rõ ràng trong hồ sơ hóa thạch. Các quá trình chọn lọc tự nhiên có thể tác động lên một quần thể để làm giảm hoặc tăng tính đa dạng di truyền. Các loại chọn lọc tự nhiên (còn gọi là chiến lược chọn lọc) làm giảm tính đa dạng di truyền bao gồm: chọn lọc ổn định và chọn lọc định hướng.
Các chiến lược chọn lọc làm tăng tính đa dạng di truyền bao gồm chọn lọc đa dạng hóa, chọn lọc phụ thuộc vào tần số và chọn lọc cân bằng. Trường hợp nghiên cứu về sâu bướm tẩm tiêu được mô tả ở trên là một ví dụ về chọn lọc theo hướng: tần số của các loại màu sắc thay đổi đáng kể theo hướng này hay hướng khác (sáng hơn hoặc tối hơn) để đáp ứng với các điều kiện môi trường sống chiếm ưu thế.