当贝格尔号舰到达佛得角群岛的圣地亚哥岛时，那白白的由贝壳和珊瑚凝成的地层带立即把他吸引住了，那正是陆地是由海底隆起的证据。在巴塔哥尼亚平原、安第斯山的考察也都证明了，赖尔的地质学原理是正确的，地球是逐渐变化的。这给了他很大启示。
在考察中，最吸引达尔文的还是各地千奇百怪的动物、植物及其化石。它们使达尔文赞不绝口，经常处于“非常惊奇之中”。
在佛得角群岛，到处是奇花异草，郁郁葱葱的草木中，活跃着各种昆虫、珍禽异兽，光蝴蝶就有上千种。是什么力量把大自然装扮得如此美丽，创造出这样种类繁多的动植物呢？
查塔姆岛上，有一种身体巨大的贮水龟，它可以爬到很远的地方找水源，不仅把肚子喝饱，而且把水贮存在膀胱和心囊中，因此它们可以生活在雨量极少的干旱地区。这是否说明动物和环境之间有某种联系？
在朋塔阿尔塔，他们挖到了一种剑齿兽的化石，它的身体像大象那样大，可是牙齿却像老鼠那样小，眼睛、鼻子、耳朵又像生活在水中的海牛。为什么现代不同类别动物的特征会集中在古代同一种动物身上呢？会不会是现代不同种的动物是由古代同一种动物演化而来的呢？
这些问题不断引起达尔文的思考。
1835年9月，贝格尔号舰来到南美厄瓜多尔附近的因盛产巨龟被称为巨龟岛的加拉帕戈斯群岛，在这里考察了一个多月。
笼罩在茫茫无际太平洋海雾中的加拉帕戈斯群岛由十几个主要岛屿、几十个小岛组成。这里的火山口表明，这个岛不是很古老，如果上帝真是公元前4004年完成他的伟大创世行动的话，这个群岛是在上帝创世后才形成的。
达尔文发现，这里有许多当地特有的生物种类，而且不同岛屿之间的生物也有差异。他一共采集到193种植物，其中上百种就是当地特有的。
达尔文采集到26种鸟类，给他印象最深的是雀科鸟类。一共有14种地雀，表面看来和南美大陆的地雀十分相似，但目光敏锐的达尔文却发现，这些雀类嘴巴的大小、宽厚各不相同，有的喙长，有的喙短，有的喙大而坚硬，有的喙弯曲像小钩子。
为什么不同的小岛上有不同的雀类呢？难道这是上帝的特意安排吗？达尔文经过调查发现，这些地雀都是从南美迁来的。由于它们分布在相对隔绝的小岛上，靠吃谷子、昆虫、坚果等不同食物为生，于是喙就变得各不相同，成了不同的种。
5年的航海生活异常艰苦，当这艘不到一百英尺长的木船在大海中颠簸时，达尔文常常几天几夜晕船，呕吐；当他们在荒无人烟的小岛上考察时，往往十几个小时喝不上一口水，还不时遭到毒蛇猛兽的袭击……达尔文以坚强的毅力战胜了种种磨难，他不仅采集到了大量珍贵的动物、植物、化石标本，记下了几大本观察日记，写出多篇论文，更重要的是他抛弃了特创论的观点，得出了一个科学结论，那就是生物进化论。
正像他自己所说的：“贝格尔舰航行是我一生中极为重要的事件，他决定了我的事业。”
物种起源之谜
达尔文深知，物种变化的观点一旦发表，将会遭到教会的激烈反对，而且人们也不会轻易相信物种是变化的，他必须以确凿的证据说明物种为什么会变化。
回国后，他首先搜集动物、植物在家养情况下变异的事实。
他印发了许多调查表，向动物饲养家和作物育种家搜集资料，还广泛阅读书刊，包括中国的农书。
当时英国社会掀起一股养鸽热，经常举办鸽子展览和竞赛。达尔文也参加了两个养鸽俱乐部。
达尔文发现，家鸽的品种至少有20种以上，有的嗉囊肥大，有的鼻子很高，还有的尾羽很大，像一把扇子……他对各种类型的家鸽进行了解剖，结果发现这些家鸽虽然外型差别很大，内部构造和骨骼却相差不多。他又进一步调查了这些家鸽的饲养史，原来，它们都是由一种野生鸽——岩鸽演变来的，是人为干涉使它们演化为不同种类。
例如有一种突胸鸽，它的嗉囊像个皮球似的挂在胸前，那是开始时，人们发现有的鸽子的嗉囊比别的鸽子大一些，于是就专门挑选嗉囊大的鸽子进行交配，经过几代连续交配，最后就培育出了突胸鸽。
他还考察了世界各地的马。马的颜色各种各样，有白的、黑的、栗色的、花斑的……马的类型也有许多种，有跑马、驮马……而原始的马是黄棕色的，个子也很小。
野马怎样变成种类繁多的家马呢？主要是人工选择的作用。一旦马的颜色有一点变异，人们喜欢什么颜色的马，就把它保存下来加以繁殖；在赛马中，把跑得快的马留下来繁殖，并加以训练，就成了良种跑马。
达尔文还观察了金鱼、细毛羊、奶牛、狗及各种花卉，他得出结论，是人类把家养生物改变得那样完善。他写道：“具有不同特征的动植物品种可能起源于共同的祖先，它们在人工干涉下，逐渐形成了人们需要的新品种，我概括为人工选择。”
使他感到迷惑难解的是，自然界的新物种又是怎样形成的呢？这个问题日夜萦绕在他脑际中，连乘车时也在思索着。
1838年10月的一天，为了消遣一下，他拿起了一本马尔萨斯的《人口论》看，忽然，他心中的谜被解开了。
马尔萨斯写道，任何动物的繁殖速度都大于它们食物的增长速度，这样就会有一部分生物在生存竞争中死亡，从而使动物和它们的食物达到新的平衡。比如森林中有50头梅花鹿，个个长得都很健壮。随着鹿的增多，森林中的食物变得不够吃了，于是大批的鹿死亡，只有身体强壮的鹿幸存下来。
这给了达尔文很大启示。自然界中这种生存斗争比比皆是。每一个生物都在为生存而斗争，在斗争中，不利的变异被淘汰，有利的变异被保留下来。
他想到在北大西洋马德拉岛上的昆虫，它们当中大部分翅膀都退化了，不能飞，而少数翅膀又特别发达。达尔文现在明白了，原来马德拉岛上经常刮大风，那些会飞的昆虫大部分都被刮到海里淹死了，只有少数翅膀特别发达的，或爬在地上不会飞的昆虫才被保存下来，经过许多年，岛上就只剩下翅膀特别发达或不会飞的昆虫了。
自然环境就是这样选择生物，通过生存斗争，适者生存，生物不断进化着，达尔文把这叫做自然选择。
达尔文把他的想法告诉了他的朋友地质学家赖尔和植物学家虎克，开始动手撰写他的巨著《物种起源》。
达尔文与华莱士
从1842年起，达尔文开始起草进化论的提要，1844年，他完成了《物种起源》的详细提纲，直到1858年，他仍在继续撰写这部书。
他的好朋友赖尔和虎克不断催促他，赶快把他的理论写出来，并且警告他，不然，就会有人跑到你的前边去了。
达尔文听了只是一笑了之。他是一位非常严肃认真的科学家，他非要找到确凿的证据才肯动手，并且要让他的理论尽可能完善、严谨。
果真有一个年青人赶到他前边去了，那就是华莱士。
华莱士也是英国人，他比达尔文小14岁，经历与达尔文也很相似，从小就热爱大自然，并到世界各地去探险。
华莱士曾到南美洲的热带地域和亚洲东南的马来群岛去旅行。马来群岛的岛屿南下与澳大利亚相连，北上与亚洲相连。华莱士发现，从巴厘岛和龙目岛之间存在一条分界线，东西两侧岛屿上的动物和植物迥然不同，这条分界线至今被称为“华莱士”线。
1855年，华莱士在加里曼州考察时，就发现物种是变化的，非常巧，他也是阅读了马尔萨斯的著作，得出了“物种变化的原因是自然选择的结果”，并且也称之为“适者生存”。
华莱士的性格与达尔文完全不同，他一旦产生某种新思想，马上就伏案写作，两天完稿。
华莱士把自己的论文寄给了他所尊敬和信赖的一位学者，这个学者就是达尔文。
1858年夏天，达尔文收到了华莱士从马来群岛寄来的论文《论变种无限离开原始型的倾向》
，并解释道，这是一篇探讨物种起源的论文。
“物种起源”？达尔文全身一震，难道华莱士也在研究物种起源？他一口气把论文读完。文中所写的完全都是自己思考过的问题，甚至所用的语言也和自己完全一样。达尔文想，即使华莱士手中有过我1842年写的那份初稿，他也不会写出比这个手稿更好的论文来，现在华莱士文中的术语都成了我书中每章的小标题。
华莱士在信中写道：“如果您认为这篇文章有价值的话，请您转给赖尔看一看。”
只要达尔文推荐，华莱士就将成为这一重大发现的创始人了，而这也意味着自己将失去对为之倾注了全部心血、耗费了20年时间的重要理论的开创权。达尔文心里非常懊丧和遗憾。但他是一个非常正直的科学家，他追求的是真理，而不是对荣誉的垄断权。达尔文立即提笔给赖尔写了一封信，热情地推荐这篇论文，并且决定放弃自己的大规模写作。
赖尔很快写来了回信，他和虎克都认为这样做是不公平的，因为他们阅读过达尔文在1842年写的摘要，那本身就是一篇完整的进化论的论文。在他们的倡议下，华莱士的论文和达尔文13年前写的那篇论文于7月1日在林奈学会上发表了。
当华莱士后来知道了事情的真相后，深深为达尔文的自我牺牲和谦虚精神所感动，并心悦诚服地把进化论创始人的位置让给达尔文。
在赖尔和虎克的鼓励下，达尔文又重新拿起笔来写作，经过十多个月的努力，1859年底，凝结着达尔文20多年心血的科学巨著——《物种起源》终于出版了。
战胜神创论
进化论的发表犹如一块巨石落水掀起巨澜，引起了人们的激烈争论，就连一些科学家也接受不了这一革命的理论。曾经当过达尔文老师的地质学家塞治威克对达尔文说：“读了你的书我不是感到愉快，而是痛苦，书中的一部分材料让我感到很可笑，另一部分又使我十分担忧。”
也有许多科学家支持达尔文的进化论，特别是英国的生物学家赫胥黎和德国生物学家海克尔，他们不仅热情地宣传进化论，而且勇敢地捍卫和发展了进化论。
赫胥黎首先把进化论用到人类的起源上，推测人类是由类人猿变来的，人和猿有共同的祖先。
海克尔则最早提出了动植物进化的系统树，并标明了人类的来源和人种的分布。
进化论的最大反对者还是来自科学界外的宗教界，因为进化论否定了上帝创造物种，矛头直指神圣的上帝，动摇了神学的基础，因此遭到了宗教界的围剿。
1860年6月28日，在教会和一些保守科学家的策划下，英国科学协会在牛津大学召开了为期3天的讨论会，名为讨论达尔文学说，实际则是攻击进化论，牛津大主教威尔伯福斯就公开宣称“要粉碎达尔文主义”。
6月30日，讨论会达到了高潮。会议原定在会议厅召开，由于人太多，不得不转移到图书阅览室。
能言善辩、号称“油嘴山姆”的大主教威尔伯福斯亲自出马。他指责达尔文的进化论违背神圣的教义，自以为聪明地说：“按照达尔文的进化论，一切生物都起源于某些菌类，那么人类和蘑菇就有亲缘关系啰？”并挑衅地说：“请问坐在我身旁的赫胥黎教授，究竟是你的祖父还是祖母哪一方同猿猴发生了血缘关系？”
大主教的话颇能蛊惑人心，在听众们兴奋的大喊大叫声中，赫胥黎从容不迫地站起来应战。
他没有理睬大主教的人身攻击，而是用大量的事实有力地反驳了大主教那些缺乏科学根据的胡言乱语。赫胥黎最后以这段广为流传的话结束了他的长篇发言：“一个人没有任何理由因为他的祖先是无尾猿而羞耻。如果有人使我在回忆起他时感到羞耻的话，那就是这样一个人，他有浮滑善变的性格，他不满足于在自己范围内取得的令人怀疑的成功，还要去插手他并不了解的科学问题，用花言巧语、文不对题的议论和宗教偏见来掩盖真理。”
赫胥黎的发言一结束，立即引起了人们热烈的掌声。接着，虎克发言，用事实抨击了大主教在科学上的无知。
这场论战以教会和神创论的失败，进化论的胜利而告终。
斗争并没有结束。达尔文经常收到恐吓信和谩骂信。但达尔文没有退缩，他在给朋友的信中写道：“我已下定决心，装好自己的铠甲了，我将勇敢地迎接艰苦而长期的斗争。”
1871年，达尔文又发表了《人类的由来和性的选择》，指出了人是动物长期发展的产物，把人放到生物界中应有的位置上，粉碎了宗教中有关人是宇宙中心的神话。
达尔文的进化论终于为越来越多的人所接受。
1877年，达尔文的母校剑桥大学决定授予达尔文荣誉学位，以表彰他对人类作出的杰出贡献。就在庆祝大会上，还有几个人高举一只猴子想以此侮辱达尔文。达尔文镇静自若，继续发表讲演。在全场听众暴风雨般的掌声中，一小撮捣乱分子反而弄得灰溜溜的抬不起头来。
达尔文的进化论得到了无产阶级革命导师马克思、恩格斯的高度评价。
马克思赞扬道：“达尔文的著作非常有意义，这本书可以作为我研究历史上阶级斗争的自然科学根据，”并把他著的《资本论》第一卷题赠给达尔文，书页上写道：“赠给查理·达尔文先生。您真诚的钦慕者卡尔·马克思。”
恩格斯将达尔文的进化论誉为19世纪三大自然科学发现之一（细胞学说、能量转换定律、进化论）。他在马克思墓前哀悼马克思时曾说：“正像达尔文发现有机界发展规律一样，马克思发现了人类历史的发展规律。”
进化论的进化
达尔文的进化论打破了生物学中被神学盘踞的最后一个顽固堡垒，推翻了那种把物种看作是彼此毫无联系的、偶然的、神造的、不变的观点，给生物学乃至整个自然科学的发展带来了一场革命。
但是，由于科学技术发展水平的限制，达尔文的进化论也有不足和局限性，他虽然揭示了生存斗争、自然选择、适者生存的原理，然而对于变异的原因并没有真正搞清楚。达尔文自己也很坦然地说过：“关于变异的规律，我们实在是深深无知的，我们能够说明的这部分或那部分发生变异的任何原因，恐怕还不及百分之一。”
随着遗传学、分子生物学的发展，人们已经弄清楚了变异的物质基础是基因，对染色体上某个基因，甚至基因上某个碱基变化给生物体带来的影响开始有所了解。人们不仅从生物形态的宏观水平，而且开始从细胞水平、分子水平去探索生物的进化。
一百多年来，达尔文的进化论经受住了种种考验，而且它还不断地从现代科学的发展中汲取营养，不断地丰富、发展、完善，进化论也在不断进化中。
六、微生物的发现
在我们的地球上，生活着各种各样的生物，除了我们看得见的动物、植物以外，还有一个肉眼看不见的生命世界，生活在这个生命王国中的居民，数量比动植物要多得多，这就是微生物世界。
微生物的存在比人类早得多，化石记录表明，早在32亿年前，地球上就有微生物了。