Це питання дискутувалося з часів публікації “Походження видів” Дарвіном у 1859 році. Дарвін припускав, що природна мінливість виникає випадково у всіх живих організмах, а тиск навколишнього середовища робить певні ознаки більш чи менш вигідними для виживання. З часом ці риси стають поширенішими, оскільки найпристосованіші організми виживають і розмножуються. Натомість, французький натураліст Жан-Батіст Ламарк на початку XIX століття стверджував, що мінливість може бути викликана зовнішнім тиском.
Приблизно через дев’ять місяців після знайомства вони вирішили перевірити, чи можуть фаги викликати стійкість у E. coli. Вони не знали, як підступитися до цього завдання, доки Лурія не поговорив із колегою, який грав в ігрові автомати. Лурія усвідомив, що статистику можна використати для розрізнення випадкових мутацій і тих, що індуковані фагами – тобто, щоб визначити напрямок причиново-наслідкового зв’язку.
Вони взяли багато пробірок з E. coli, потім виставили бактерії на дію фагів і послідовно культивували їх на пластинах. Вони припустили, що якщо мутації набуваються, то на всіх пластинах розвиватимуться E. coli зі стійкими мутаціями приблизно в однакових пропорціях, і лише після введення фага на пластини. На противагу цьому, якщо мутації виникають випадково, то буде більша варіативність кількості стійких бактерій між культурами; деякі будуть “джекпотними пластинами” з набагато більшою кількістю стійких E. coli, оскільки вони випадково еволюціонували гени стійкості на ранніх стадіях росту культури, а не пізніше.
Того ж року вони почали співпрацювати з Альфредом Герші, мікробіологом, який тоді працював у Вашингтонському університеті в Сент-Луїсі. Тріо згодом довело, що фаги містять більше одного гена і що віруси можуть обмінюватися генетичною інформацією один з одним в межах однієї бактерії, що відоме як генетична рекомбінація. Пізніше Герші та його колега Марта Чейз показали, що ДНК є носієм цієї генетичної інформації. Герші, Лурія та Дельбрюк отримали Нобелівську премію з фізіології або медицини у 1969 році за їхній внесок у генетику.
Цікаво, що хоча їхня робота закріпила дарвінівську гіпотезу про те, що природний відбір діє на випадкові варіації, деякі новіші дослідження свідчать, що не всі мутації є абсолютно випадковими. Рівні мутацій у “життєво важливих генах” нижчі, ніж у більш випадкових, принаймні у деяких рослин. І останні дослідження показують, що якби команда обрала для вивчення іншу бактерію та систему фагів – наприклад, ту, що використовує імунну систему бактерій CRISPR для боротьби з фагами – статистичні результати були б не настільки однозначними.