В русле российской традиции междисциплинарных биосферных исследований, восходящей к работам академика В.И. Вернадского, в институте многие годы изучается эволюция сообществ вымерших организмов и биосферы в целом. Одним из новых мультидисциплинарных направлений в этой области является изучение истории формирования современной биоты, включающее вопросы становления человека, которое проводится группой профессора А.К. Агаджаняна в содружестве с ведущими отечественными антропологами и археологами. Изучение симптоматики биосферных кризисов, начатое А.С. Раутианом, дает возможности для выработки научного обоснования стратегии действий человечества в условиях экологических кризисов и катастроф.
Палеонтология дала неоценимый материал для разработки теоретических аспектов биологии, и, прежде всего, теории эволюции. В Палеонтологическом институте на ископаемых материалах развивается ряд аспектов эволюционной теории. Один из фундаментальных результатов в этой области связан с разработкой М.А. Шишкиным эпигенетической теории эволюции, опирающейся на учение И.И. Шмальгаузена – К. Уоддингтона о стабилизирующем (канализирующем) отборе. В противоположность неодарвинизму эта теория рассматривает эволюцию как результат репарации устойчивости целостных систем индивидуального развития. Развитию теории в большой мере способствовали и исследования профессора А.П. Расницына. В работах профессора В.А. Красилова выдвинут ряд гипотез о движущих силах биологического прогресса, природе модификационной изменчивости, механизмах видообразования и причинах вымирания видов, развиты новые представления об эволюции земной коры и биосферы, предложена новая модель экосистемной эволюции. После того как академик Л.П. Татаринов описал эффект «маммализации» у высших представителей зверообразных рептилий, на разных группах ископаемых организмов (кистеперые рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие, членистоногие, покрытосеменные растения) было показано, что переходы на более высокие морфофизиологические уровни в эволюции происходили мозаично и параллельно на базе исходной организации, черты которой сохранялись долгое время у представителей новой группы. Важные результаты по процессу «артроподизации» предшественников членистоногих получил А.Г. Пономаренко. Подобные «маммализации» и «артроподизации» явления тесно связаны с проблемой происхождения высших таксонов и становления их планов строения. На примере иглокожих члену-корреспонденту РАН С.В. Рожнову удалось связать эту проблему с явлением «архаического многообразия» и показать, что планы строения высших таксонов формируются комбинированием ранее возникших признаков с помощью гетерохроний – смещения времени развития признаков в онтогенезе.
Исследования по эволюционной морфологии, продолжающие работы профессора В.Е. Руженцева, ведутся в лаборатории моллюсков под руководством профессора Т.Б. Леоновой. Профессор Л.А. Невесская, выдающийся специалист по двустворчатым моллюскам и стратиграфии кайнозоя, внесла большой вклад в изучение закономерностей развития бентосных организмов и разработку теоретических основ палеоэкологии, фундамент которой заложил профессор Р.Ф. Геккер. С.В. Попов с коллегами ведет комплексные палеобиогеографические исследования с привлечением обширных геологических данных и сведений по распространению разных групп морских и наземных организмов.
Созданная А.А. Борисяком пиновская научная школа палеонтологии позвоночных многие годы занимает ведущие мировые позиции в изучении ископаемых тетрапод, рыб и бесчелюстных. Профессор Л.И. Новицкая, исследуя ископаемых бесчелюстных как фундамент всей последующей эволюции позвоночных, обосновала филогенетическое сближение низших челюстноротых с группой агнат, включающей гетеростраков и телодонтов. Академик Э.И. Воробьёва, возглавляя широкое изучение эволюционной морфологии, уделяет особое внимание изучению закономерностей морфологических преобразований при выходе позвоночных на сушу. Работы М.Ф. Ивахненко по амфибиям, парарептилиям и зверообразным позволили существенно изменить представления о систематике и филогении этих групп и показали тесную связь эволюции жизненных форм позднепалеозойских тетрапод с достижением определенных морфофизиологических уровней в результате прогрессивной морфологической эволюции.
