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小猎犬号再次回到蒙得维的亚，菲茨罗伊準备派3个火地岛人和1个英国人上火地岛传教。
海军勘探船小猎犬号（Beagle，又译為「贝格尔号」）进行了為期五年（1831－1836）的勘探活动，这期间达尔文将三分之二的时间花在了陆地上。
他仔细地记录了大量地理现象、化石、和生物体，并且系统地收集了许多标本，它们中的许多是科学上的新物种。
每隔一段时间，他将这些航行中收集的标本与记录这些发现的信件寄予剑桥大学，很快他就成為了一个富有盛誉博物学家。达尔文的这些详尽的勘探记录显现了一个理论开创者的惊人天赋，并成為了他后期作品的理论基础。
他最初為家庭所写的游记，后以《小猎犬号之旅》一书出版，详尽地从社会学、政治学、和人类学的视角描述与总结了航行所及的土著与殖民地的风土人情。
航行旅途之中，达尔文饱受疾病痛苦困扰。在阿根廷患上重烧。从安第斯山脉返回瓦尔帕莱索的途中，他再次倒下，并在病榻上度过一个月。
在他们出发之前，罗伯特菲茨罗伊送给了达尔文一卷查尔斯赖尔所著《地质学原理》（在南美他得到第二卷）。该书将地形地貌解释為漫长歷史时间渐进演变的的结果。
当他旅程的第一站抵达圣地亚哥维德角的时候，达尔文注意到该地火山岩峭壁的高处有一条白色的沉积层内有许多裸露的珊瑚与贝壳碎片。
这很好地解释了赖尔的理论，并给予了达尔文思考岛屿地质史全新的视角，使他决定写一本关於地质学的书。
达尔文在接下来的旅程中有著更多的发现，它们中的许多是戏剧性的。在巴塔哥尼亚，他看见次级而上的分布著圆石与海贝平原，它们其实是被抬高的海滩。
在经歷了智利的地震后，他发现貽贝的床基高高地搁浅在潮汐之上，这显示陆地已经被抬高了。
在安第斯山脉的高处，他发现化石树矗立在一片沙滩上，周围分布著海贝片。在小猎犬号勘探了科科斯（基林）群岛后，他推论这些珊瑚环岛，是形成在下沉的火山之上的。
在南美，达尔文发现并挖掘了一些已灭绝的巨型哺乳动物化石，其中相当一部分并不处於有剧烈天气变化与灾难发生跡象的地质层里。
而一个动物的头盖骨在他看上去竟似乎是非洲犀牛的。此外，他判断一些动物甲片来自於该地区一种常见犰狳体积两至三倍大小的史前巨型犰狳身上，但受误导，转而相信是周围发现的大地懒属的遗骸的一部分。
在赖尔的第二卷书中，万物的创生被归结為「centresofcreation」，而此时思想已经走在时代前方的达尔文对此困惑不解。
上一次小猎犬号来火地群岛的时候带上的三个印第安人（美洲土著人）被送回到了故乡，然后当上了传教士。
他们在英国的两年里，受到了英国传统教育从而进入了使人所熟悉的「文明社会」，然而他们的亲戚对达尔文来说是「没有希望，且对人类是种侮辱的人渣」。
一年以后，传教的任务被他们所遗忘，只有杰米巴顿对他们说他寧愿过以前困难的生活也不愿意重返英国。
因為这件事，达尔文重新地考虑了人类，他得出的结论是虽然人类是高等动物，但动物的本性始终没有像他的朋友所说的那样丧失，而且明白了每个文明的演化都是不一样的，而不是因种族所定。
当他看到欧洲定居者在南美洲，纽西兰和澳大利亚对土著人的暴行后，他便强烈反对奴隶制，也对这些野蛮行為感到悲哀。
菲茨罗伊船长一直都在写小猎犬号行程的官方日誌，在旅行的尽头，他读了达尔文的日记，然后让他重新修改一遍以便在《自然史上》充当第三卷。
达尔文的家族比较倾向不遵从当时英国国教会，他的祖父、父亲及兄弟均為自由思想家。在此背景下，小时候的达尔文依然信奉圣经，甚至之后在剑桥大学修读神学成為牧师。
此时他相信一套以自然界构成的奥妙而论证神必定存在的《目的论的证明》。后来，达尔文在贝格尔号之旅中认识到世界很多不同物种，这些物种的特徵与习性，是圣经无法解释的。
例如有一种胡蜂麻痺毛虫并在其体内產卵，卵变成寄生虫并杀死宿主的行為，认為这抵触了《目的论的证明》中「自然界是神善意的彰显」的教义。
虽然如此，达尔文仍然会引述圣经作為道德权威，却批判一些旧约中的歷史陈述。
在达尔文研究物种演化时，物种行為的无情性引伸出的社会意义，经常被非国教论者及无神论者视作攻击英国国教会的理论的手段。
达尔文更认為宗教信仰其实是生物族群的生存策略，虽然此时他仍然相信神是最终的自然法则制定者。
1851年，他的女儿安尼逝世后，达尔文的信仰渐减，并倾向怀疑主义。这时虽然他仍继续协助进行一些教会事务，但已经不会在星期日上教会。
他倾向相信痛苦是自然法则，多於神的试练。当他被问及他的宗教取向时，他指出他从来不是无神论，但不可知论是对他的心思更準确的描述。
达尔文在自传裡亦曾表示，福音书的真确性存疑，他也没有充足证据相信基督教是神的教义。RS
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第六十九章 生存斗争中保存优良族（）
《物种起源》（英语：ies）全称《论藉助自然选择（即在生存斗争中保存优良族）的方法的物种起源》是达尔文论述生物演化的重要著作，出版於1859年。该书是19世纪最具争议的著作之一，其中的观点大多数為当今的科学界普遍接受。
在该书中，达尔文首次提出了演化论的观点。他使用自己在1830年代环球科学考察中积累的资料，试图证明物种的演化是通过自然选择（天择）和人择的方式实现的。
在当时，人们普遍都接受创造论，相信上帝创造世界、并一次就创造出所有的生物，同时上帝也赋予每种生物各自的角色，而每个物种的设计都非常完美，所以物种是永恆固定不变的。
地层中发现的化石是古代地球曾经遭遇大洪水的证据，那些化石就是没有登上诺亚方舟的动物。
地球的歷史大约只有六千年左右，这是经由从亚当和夏娃开始后的人类世代所推算的时间。
达尔文本人也相信，只要时间足够，无法察觉的细微改变也可以造成巨大的变化。达尔文推算白堊纪中期距今约有三亿年左右的歷史，持续长时间微小的地震等自然因素使得原来在海中的生物遗跡能在高山上发现。
在加拉巴哥群岛考察时，达尔文发现每个岛屿上的陆龟及雀鸟并没有很大的差异，但又有些许的不同。他又发现加拉巴哥群岛的生物与南美洲大陆的种类非常相似；於是他开始怀疑岛上生物可能有共同的祖先，他们之间的差异是由於千百年来适应各个岛屿不同环境的结果。
每一个物种都是一些细微的变化在无数个世代的过程中產生的结果。
生物进化在当时并不是新的概念。1809年时，法国动物学家拉马克便提出：当环境改变时，物种会调适发展自己的器官来适应环境，常用的器官会发育变大、不用的器官会逐渐退化。并且这一代获取的改变会遗传给下一代；但没有科学证据可以证明用进废退和获得性特徵可遗传的假说。
后来达尔文又从英国人口学者马尔萨斯所著的《人口论》得到灵感；马尔萨斯认為：人类粮食的生產永远无法赶上人口的增加，致使粮食供不应求，进而发生铮幕蛘秸贾乱徊糠秩丝谒劳觥�
达尔文以此联想到生物演化发生的机制：演化是生存竞争中〖自〗由淘汰的结果，食物与空间等资源有限，只有最适应环境的个体才能生存下来，延续族群。
天择的概念逐渐在达尔文的五年环球考察过程中形成。在1836年回到英国后，达尔文慢慢将他的看法写成文章，然而没有发表。
大部分科学家认為。达尔文迟了很久才发表他的作品，原因之一就是担心引起教会势力的强烈反弹。1858年，达尔文接到在马来群岛调查的博物学者华莱士有关物种形成的文章；华莱士对於物种形成的看法与他有很多相似之处，增加了达尔文对其学说的信心。
於是两人在1858年的伦敦林奈学会中，以两人共同署名的方式。发表有关物种形成的看法。接著达尔文在1859年发表了《物种原始》。
达尔文在书中的理论─
认為所有的动植物都是由较早期、较原始的形式演变而来；其次，他认為生物演化是通过天择而来。
物种并非一成不变，而是会随环境变动而改变。生物的演化是长时间连续性的缓慢改变，不是突然性的剧变。
同一类生物有著共同的祖先，例如哺乳类是由同一个祖先演变而来，由此可引申出人类与猿类有著共同祖先。
生物族群会随著繁殖而扩大，并超过其生存空间与食物供应的极限。引起个体间的竞争；不适应环境的个体会被淘汰，适者才能生存，并繁衍后代。
达尔文的演化论当时引起了广泛的争议，被基督教会视為异端邪说。西方社会也对达尔文冷嘲热讽。
根据天主教当时的教条，人类是上帝依据自己形象所创造的最独特、最完美的杰作。
达尔文的理论不仅使得上帝创造万物的说法被推翻，人类也被形容為千百年来残酷的生存竞争所形成的產物，还指出人与其他哺乳动物有著共同祖先。这根本就是褻瀆上帝及基督教教义，这在当时保守的社会是相当大的震撼。
然而达尔文的理论在当时也并非完美无缺。当时尚未了解任何遗传机制，无法解释个体间的偶然差异是如何產生