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“比格尔”号停靠的第一站，是西非海岸佛得角群岛上的圣地亚哥。靠岸后，达尔文迫不及待地上岸去找寻动植物标本。每到一个地方，达尔文都会仔细地进行实地搜寻。“比格尔”号有时候会在一个海岛待上两天，有时候会在一个海岛待上十天半个月，达尔文正好也可以趁机缓解一下长期海上颠簸带来的晕船呕吐感。
3年后，他们到达了智利。在这里，他看到了地震的强大威力，也逐渐相信，大自然的力量完全可以将原先存在的物种都彻底毁灭了。
达尔文的地雀
在工作中，达尔文搜集了大量的实物资料。在别人休息时，他开始阅读拉马克和赖尔的著作，先驱们的物种进化思想逐渐在他的身上萌芽、生长。达尔文开始尝试利用自己搜集到的物证去验证这些思想，同时他也开始思考，是否可以利用手头的资料建立起全新的进化理论呢？当时教会宣扬的神创论漏洞百出，却从未改变，事实就是推翻它的最好武器，而达尔文已经做好了战斗前的准备。神创论认为每一个物种都是由上帝亲自创造出来的。达尔文在厄瓜多尔西岸的加拉帕戈斯群岛发现了大量的海龟和地雀，而这些海龟和地雀之间都存在着或多或少的差异。例如，各个岛屿上的地雀在体形、颜色、食性、鸟喙上都有着各自的特点。这是神创论无论如何也解释不了的——上帝怎么会有时间不厌其烦地创造出这么多各有特色而又属于同一种类的生物呢？唯一合理的解释就是生物是逐步进化而来的！对达尔文产生深刻影响的还有各种自然形态的变化。例如，他在智利安第斯山海拔3657米处发现了大量海蛤类动物的化石，这便证明了现在的山顶曾经是海底，地形是在逐步变化的，经历了沧海桑田的变迁。同时，这也印证了赖尔地质渐变学说的正确性。通过这些化石，达尔文对神创论充满了质疑与不屑，更加坚信物种进化的观点。科考回来后，达尔文开始着手写作。他将自己关于物种进化的观点和在考察途中搜集的物证资料结合在一起，用事实来论证自己的理论。
1859年11月24日，划时代巨著《物种起源》出版了，他用大量翔实的证据论证了生物在不断进化、物种是渐变的观点。达尔文认为，自然界可以在相对较长的时间里，通过自然选择挑选出与自然环境相适应的物种。换句话讲，就是“物竞天择，适者生存”。实际上，进化论的提出应该是两位科学家共同的贡献，这一理论是由两位科学家分别独立提出的，除了达尔文以外，还有一位叫华莱士（Wallace），他是英国的博物学家、探险家、地理学家和人类学家。他在《物种起源》出版的前一年——1858年，曾给达尔文寄去一篇论文《论变种无限地离开其原始模式的倾向》。在这篇论文中，华莱士详细地阐述了物种进化和自然选择的原理，可以说华莱士已经先于达尔文系统地提出了进化论的雏形。华莱士的经历和达尔文有着诸多相似的地方，他曾经在马来半岛和印度尼西亚群岛考察过。在考察过程中，他对大量的化石证据和物种形态学方面的证据进行研究，发现物种是逐渐进化的这一事实。在拉马克和赖尔进化思想以及马尔萨斯（Malthus）《人口论》的影响下，华莱士独立地提出了一整套的进化理论。这是历史上第一套完整的进化理论，在他完成整篇论文的时候，达尔文的著作尚未完成。