化石是研究生物进化最重要的、最直接的证据，因为化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹．直接说明了古生物的结构或生活习性．因此生物进化的直接证据是化石证据．化石在地层中出现的先后顺序，说明了生物是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生逐渐进化而来的，始祖鸟化石说明了鸟类是由古代的爬行动物进化来的等．故研究生物进化最直接、最主要的证据是化石．

故选D．