自古以来，尽管学者们一直猜测实物是由基础材料构成的，但却没有人曾猜想生物也是如此。所以当我们的老朋友罗伯特·胡克在1664年把他的铅笔刀磨得“像剃刀一样锋利”，从一块软木塞上切下薄薄的一片放到自制显微镜下观察因而成为第一个看到他称之为“细胞”的东西的人类时，这一定非常让人惊讶吧。1他之所以选择那个名字是因为它们让他联想到了修道院分配给修道士的小卧室。
人们可以把细胞看作生命的原子，但它们比原子更为复杂，并且——让那些首批觉察到它们的人更为震惊的是——它们都是活的。一粒细胞就是一座生机勃勃的活工厂，它们消耗能量和原料来生产各种不同的产品，主要是蛋白质，这种物质执行几乎所有重要的生物功能。执行一粒细胞的功能需要大量的知识，因此，尽管细胞没有大脑，但它们确实“知道”该做什么——它们知道如何制造我们生长发育和身体活动必需的蛋白质和其他材料，以及，或许最重要的是它们知道如何繁殖。
一粒细胞最重要的产品就是自己的一个复制品。由于这种能力，我们人类从一粒单个的细胞开始，在经过一系列40次以上的细胞分裂后，最终由大约30万亿粒细胞组成——这比银河系里所有恒星的数量还要多出100倍。2我们细胞的活动总量——一群没有思考能力的个体之间的互动——加在一起就构成了完整的我们，这简直就是一个伟大的奇迹。同样让人震惊的是，我们可以破解这一切是如何发生的，这就像是一台电脑在没有得到程序员指令的情况下对自己进行分析。这就是生物的奇迹。
如果再考虑到大部分的生物世界我们是看不见的时，这个奇迹看起来似乎就更伟大了。这一方面是细胞太过微小所致，另一方面则是因为生命形式极大的多样性。如果你将细菌这样的生物排除在外，只计算细胞中带有细胞核的生物，科学家预测在我们这个星球上大约生活着1 000万种物种，这其中我们已经发现和分类的只占1/100。3单就蚂蚁而言，至少就有22 000种，数量大约相当于地球上每个人拥有100万到1 000万只蚂蚁。
我们熟悉生活在后院的大多数昆虫，但一勺泥土中含有的生物种类我们恐怕数都数不过来——数以百计甚至数以千计的无脊椎生物，显微镜下才能看到的上千条线虫，以及上万种细菌。实际上，地球上存在的生命是如此普遍，以至于我们不断地摄取我们可能根本不愿意吃的生物。试着买一罐不含昆虫碎片的花生酱：你根本就买不到。政府意识到生产不含昆虫的花生酱是不现实的，于是颁布条例允许每31克花生酱中最多只能有10个昆虫碎片。4同时，一份西蓝花或许含有60只蚜虫或者螨虫，而一罐肉桂粉中或许含有400个昆虫碎片。5
这听起来实在让人倒胃口，但我们还应该记住即使在我们的身体上也不是没有陌生生命的存在——我们每个人都构成了一个完整的生物生态圈。比如，科学家已经识别出生活在你前臂上的44属（物种分类）微生物，以及至少160种生活在人们肠道中的细菌。6在你的脚趾缝里呢？40种真菌。实际上，如果你不怕麻烦愿意统计的话，你会发现生活在我们身体上的微生物细胞比人体细胞要多得多。
我们身体的每一个部位都构成了一个截然不同的栖息地，与生活在你自己前臂上的生物相比，生活在你肠道或脚趾缝里的生物和生活在我身体上相同部位的生物有更多的共同点。北卡罗来纳州立大学甚至成立了一个名为肚脐眼生物多样性计划的学术中心，目的就是研究生活在那个暗无天日的、与世隔绝的区域里的生命。还有声名狼藉的皮肤螨，它是壁虱、蜘蛛和蝎子的近亲，这些不足1/3毫米长的生物就生活在你的面部——在毛囊和与毛囊相连的腺体中——主要靠近鼻子、睫毛和眉毛，它们在这里吸取你细胞中的营养。但不必担心，它们一般不会引发疾病，如果你是一个乐观主义者，你可以希望自己属于没有它们的那一半成年人。
鉴于生命的复杂性，它在体型、形态和栖息地上的多样性，以及人类对于我们“仅仅”是物理定律的产物这种观念的本能厌恶，生物学作为一门科学落后于物理学和化学的发展也就不会让人感觉意外了。和其他科学一样，要想使生物学得到发展，它必须要战胜人类相信自己是特殊的，以及世界是由神或魔法统治的这种本能倾向。并且，和其他科学一样，这也就意味着要战胜天主教会以上帝为中心的教义和亚里士多德以人为中心的理论。
亚里士多德是一位狂热的生物学家——他现存的著作中差不多有1/4都和这门学科有关。7比起亚里士多德的物理学把我们的地球当作宇宙的中心，他的生物学个人化倾向更明显，他高度赞扬人类，尤其是男人。
亚里士多德相信一位具有智慧的神设计出了所有生命体，这些生命体和那些非生命物质的不同之处在于它们拥有一种特殊的品质或本质，而这种品质或本质在生命体死亡时就会离开或者停止存在。亚里士多德认为在所有生命蓝图中，人类代表了最高点。对于这个观点亚里士多德的态度十分激烈，当他描述一个物种和人类相对应的不同特征时，他甚至把这称为畸形。同样，他把女人视为畸形的或者有缺陷的男性。
这种传统但错误的信仰为现代生物学的诞生设置了舞台。在战胜这类观点的早期重要胜利中，其中一个是对一种被称为自然发生说的亚里士多德生物学原理的驳斥。自然发生说认为生命体是从像灰尘那样的非生命物质中诞生的。大约在同一时期，通过显示即使是简单的生命体也和我们一样拥有器官，以及我们与其他植物和动物一样都是由细胞构成的，显微镜这种新技术使人们对于旧有的思维方式产生了怀疑。但在发现它的伟大组织原理之前，生物学还无法真正地变成一门成熟的科学。
关注物体如何相互作用的物理学有了它的运动定律；关注元素和它们的化合物如何相互作用的化学有了它的周期表。生物学关注的是物种活动和互动的方式，要想取得成功，它需要理解这些物种为什么会具有现在这样的特征——一个不同于“因为上帝把它们做成这样”的解释。这个理解终将会随着达尔文提出的基于自然选择的进化论而出现。
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在生物学出现很久之前，人们就已经开始对生命进行观察。农民、渔夫、医生以及哲学家对于海里以及乡下的生物都有所了解。但生物学不仅仅只是注明细节的植物目录或鸟类野外手册，因为科学不会安静地坐着去描述世界；它会因为那些能够解释我们看到的事物的观点而跳起来大喊大叫。然而，解释要比描述困难得多。结果，在科学方法出现之前，生物学就和其他科学一样深受合理的——但是错误的——解释和观点的困扰。
以古埃及的青蛙为例。每年春天，在尼罗河淹没周边土地之后，它会留下营养丰富的淤泥，这样的土地经过农民辛勤耕耘很快就可以为国民提供食物。这种泥泞的土壤也会出产另一种在干燥的土地上不会存在的“庄稼”：青蛙。这种聒噪的生物出现得这么突然，数量又如此庞大，它们似乎是从泥巴里自己长出来的——这完全就是古埃及人认为它们形成的方式。
埃及人的理论并不是软弱无力的论证结果。在历史上的大多数时间里，勤勉的观察家们都得出了同样的结论。屠夫注意到蛆虫“出现”在肉上，农民发现老鼠“出现”在储藏麦子的粮仓里。17世纪，一位名叫扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特的化学家甚至推荐了一种利用日常材料来制造老鼠的秘方：只需在一个罐子里放少许麦粒，再放入脏内衣，然后等上21天。据说这个秘方经常奏效。
支持范·海尔蒙特混合物的理论是自然发生说——即简单的生物可以从某种非生命基础中自然产生。自古埃及以后，也或许是之前，人们相信某种生命力或者能量存在于所有生物当中。8随着时间的推移，这类观念产生了一个副产品，即相信生命能量能够以某种形式注入非生命物质当中从而创造出新生命，当这种学说被亚里士多德整合成一套连贯的理论后，它获得了特别的权威。但就和17世纪某些关键的观察和实验代表着亚里士多德物理学终结的开始一样，在那个世纪科学的兴起最终对他关于生物学的观点发起了有效的攻击。在那些最值得纪念的挑战中就有意大利医生弗朗西斯科·雷迪在1668年进行的一次自然发生实验。这是生物学历史上首批真正的科学实验之一。
雷迪的方法很简单。他找来一些广口罐，在里面放入新鲜的蛇肉、鱼和小牛肉。接着他把一部分罐子露天摆放，其他的则用类似纱布的材料或者纸遮盖起来。他假设如果自然发生说真的正确的话，在所有这三种情形下苍蝇和蛆虫都将会出现在肉上。但就像雷迪怀疑的那样，如果蛆虫是从苍蝇产下的微小的看不见的卵里出现的，那它们应该出现在露天的罐子里的肉上，而不会出现在用纸遮盖的罐子里。他还预测蛆虫会出现在其余的用纱布遮盖的罐子上，因为这里是饥饿的苍蝇可以到达的距离肉最近的地方。后来发生的情况也确实如此。
人们对于雷迪的实验态度不一。对于有些人，它似乎揭穿了自然发生说的骗局。其他人则选择忽视它，或者寻找纰漏。很多人有可能属于后一群体，因为他们在维持自己先前的信仰时存有偏见。毕竟，这个问题具有神学含义——有些人觉得自然发生说为上帝保留了一个创造生命的角色。但对于雷迪结论的怀疑也有科学方面的依据——比如，超出他所研究的生物范围再去推断，他实验的有效性将是错误的。或许他所做的全部工作只是证明了自然发生说并不适用于苍蝇吧。
难得的是，雷迪自己是一个心态开放的人——他甚至在他猜想的其他情况中发现自然发生的确会出现。最终，这个问题还将再被争论200年，直到19世纪晚期路易·巴斯德用他严谨的实验使它永远平息下来。他的实验显示即使是微生物也不是自然发生的。虽然不是最终的答案，但雷迪的工作仍然是辉煌的。其突出之处在于，任何人都可以做类似的实验，但却没有一个人想到去这么做。
人们通常认为伟大的科学家都拥有非凡的智慧，在社会上，特别是在生意场上，我们倾向于躲开那些不能很好地融入集体的人。但正是那些与众不同的人经常能看到别人看不到东西。雷迪是一个复杂的人——他是一个科学家，但同时也很迷信，会给自己涂上油脂来预防疾病；他是医生和博物学家，但同时又是一个诗人，曾写下赞颂托斯卡纳葡萄酒的经典诗篇。至于自然发生说，只有雷迪这样足够古怪的人才会跳出常规方式进行思考，在一个科学推理还没有成为寻常事物的时代，他像科学家一样推理和行动。通过这样做，他不但使人们开始对一个无效的理论产生怀疑，还抨击了亚里士多德，并为解答生物学问题指明了一条新路径。
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不久的显微镜研究显示微生物的构造足够复杂并具有生殖器官，雷迪的实验在很大程度上就是对这种研究做出的反应——因为“低等动物”由于太简单而没有繁殖能力是亚里士多德关于自然发生说的论据之一。
实际上显微镜在几十年前就已经被发明出来了——大概和望远镜在同一时期——尽管没有人知道具体的时间，或者是由谁发明的。但我们的确知道人们最初用同一个拉丁语单词perspicillum来代表它们两个，伽利略甚至使用同样的仪器——他的望远镜——分别从两端进行观察。“有了这根管子，”他在1609年告诉一位访客，“我看到的苍蝇就像羊羔一样大。”9
和望远镜一样，显微镜通过展示一个古人从未曾想象过的——或者通过理论加以解释过的——自然王国的细节，最终帮助学者们打开了思路，以不同的方式思考他们的研究主题，因而创造出了一系列智力进步，并将在达尔文这里达到顶点。但是和望远镜一样，显微镜最初也遭遇到了强烈的抵制。中世纪的学者对于“光学幻觉”十分警惕，他们并不相信任何处在他们和他们的观察对象之间的装置。望远镜有它的伽利略，他很快就直面批评家并使用这种装置，而显微镜却需要花费半个世纪的时间来让它的拥护者们留下他们的印记。
罗伯特·胡克就是其中最伟大的支持者，他在皇家学会的命令下展开他的显微镜研究，因而对生物学的根基做出了贡献，就像他曾经对化学和物理学做出的贡献一样。101663年，皇家学会指派给胡克一个任务，让他在每次开会时至少展示一个新奇的观察结果。尽管他患有眼疾，长时间盯着镜片看既不容易也会让眼睛疼痛难忍，但他还是完成了这项挑战，使用经他自己设计并改进的仪器完成了一系列非凡的观察。
1665年，30岁的胡克发表了一本名为《显微图谱》或《小图片》的书。这本书有点儿像胡克在多个领域工作和观点的大杂烩，但它引起了极大的轰动，因为它通过胡克手绘的57幅神奇插图揭示出一个奇特的、全新的微观世界。它们首次向人类展示了跳蚤的结构、虱子的身体、苍蝇的眼睛，以及蜜蜂的螫针，这些全部放大成整版的图像，有些甚至以折叠式插页来展示。即使是简单的动物也和我们一样有肢体和器官，这对于一个从未见过放大的昆虫的世界来说不仅是一个惊人的发现；它同样也是对亚里士多德学说的直接驳斥，这个发现类似于伽利略观察到月球同地球一样也有山丘和峡谷。
《显微图谱》发表的那一年正好赶上大瘟疫最为肆虐的时候，每7个伦敦人中就有一个因瘟疫而死。第二年，伦敦被大火吞没。但尽管有这些混乱和痛苦，人们依然阅读胡克的书，它成为畅销书。著名的日记作家、海军大臣，后来的议会成员塞缪尔·佩皮斯对于这本书如痴如醉，他甚至一直熬夜到第二天深夜两点来读这本书，后来还把它称为“我这一辈子读过的最别出心裁的书”。11
胡克的《显微图谱》
尽管胡克让新一代的学者兴奋不已，但他也遭到了怀疑者的奚落，这些人发现自己很难接受他有些怪异的描绘，也不相信他使用的仪器。最糟糕的时刻是他观看由英国剧作家托马斯·沙德韦尔创作的一出关于当代科学的讽刺剧。当胡克意识到在舞台上被嘲笑的实验几乎就是他自己的实验时，他感觉受到了侮辱。那些实验是从他挚爱的书里挑出来的。12
有一个名叫安东·范·列文虎克（1632—1723）的业余科学家并不怀疑胡克的主张。13他出生在荷兰的代尔夫特。他父亲编织篮子，著名的蓝白相间的代尔夫特陶器就是放在这种篮子里被运送到世界各地的；她母亲的家庭从事另一种代尔夫特特产的制造——啤酒。在他16岁时，年轻的安东给一个布匹商人做出纳和记账人，到1654年时他开始自己做生意，卖纺织品、丝带和纽扣。很快他就会添加另一个毫无相干的职业：负责维护和修缮代尔夫特市政大厅。
列文虎克没有上过大学，也不懂拉丁语——当时的科学语言。尽管他活了90多岁，但他只离开过荷兰两次——一次是去访问比利时的安特卫普，另一次是去英国。但列文虎克却喜欢读书，启发他的那本书正是胡克的畅销书。这本书改变了他的人生。
在它的序言中，《显微图谱》讲解了如何制作简单的显微镜，作为一名纺织品商人，列文虎克很有可能有一些打磨镜片的经验，因为他需要用它们来查看亚麻布样品。但在读过《显微图谱》之后，他成为一个狂热的镜片制作人，投入大量的时间来制作新显微镜并用它们进行观察。
在他早期的工作中，列文虎克只是简单地重复胡克的实验，但很快他就让这些实验黯然失色。在他们那个时代，胡克的显微镜在技术上已经算很先进了，他曾因他显微镜20~50倍的放大效果而让皇家学会惊叹不已。所以，当1673年皇家学会的秘书亨利·奥尔登伯格收到一封信，告诉他在荷兰有一个没有上过学的看门人和纺织品供应商“设计出了远胜于我们此前见过的那些显微镜”时，你可以想象一下当时人们的惊愕程度。14实际上，41岁的列文虎克设计的显微镜达到的放大效果是胡克显微镜的10倍。
列文虎克的显微镜具备如此强大的功能不是因为精巧的设计，而是因为上佳的技艺。实际上它们只是简单的装置，使用精选的玻璃片或者甚至是沙粒制作出的镜片安装在黄金和白银做成的金属板上，他有时候会自己从矿石中提炼这些黄金和白银。他将每一个样品都固定死，他会为每一项新研究制作一台新的显微镜，或许是因为找出恰当的安装位置就和制作镜片一样困难吧。不管出于什么原因，他没有与任何人分享，一般来说他的方法也非常保密，因为和牛顿一样，他想避免“其他人的否定或责难”。在他漫长的一生中，他制作出了超过500块镜片，但直到今天为止依然没有人知道他是如何制作的。
当关于列文虎克成就的消息传来时，处于英荷战争中的英国和荷兰海军正在向对方发射炮弹，但与列文虎克祖国的战争并没有阻止奥尔登伯格：他鼓励列文虎克报告他的发现，这个荷兰人照做了。他因为得到了皇家学会的关注而惶恐不安，在第一封信中，列文虎克说如果他们注意到他工作中的任何缺点，他向他们道歉。他写道，这是“我自己的冲动和好奇心的结果。因为在我们这座小镇上除了我以外没有哲学家从事这项技艺，所以祈祷不要误解我拙劣的文笔和在记录我胡扯的概念时的放肆”。15
列文虎克的“概念”是一个比胡克的观察更伟大的发现。因为胡克只看到了微小的昆虫身体部位的细节特征，而列文虎克看到的却是因为太小而无法用肉眼看见的完整的生物，这是一个之前没有人觉察到它们存在的生物群落，这类生物有些是我们肉眼能看到的最小的动物的1/1 000甚至1/10 000。他把它们称为“极微动物”。今天我们把它们叫作微生物。
如果伽利略喜欢观察月球地貌和土星环的话，列文虎克也从通过他的显微镜观察奇特的微小生物构成的新世界中得到了乐趣。在一封信中，他描述了存在于一滴水中的世界：“我现在可以很清楚地看到这里面有小鳗鱼，或者蠕虫，全聚集在一起不停地蠕动……整个水滴似乎都因为这些各种各样的极微动物而充满生气……就我个人来说，我必须得承认没有比这些数以千计的生物更让人愉悦的景象在我的眼前出现过，在一小滴水中全都是那么生机勃勃。”16
但如果说列文虎克有时候会以一种上帝视角通报他看到的整个世界的话，在其他报告中他会将个体生物放大到足够大，并以大量的细节来描绘许多新物种。比如，他这样来描绘一种生物，它“伸出两只动来动去的小触角，和马的耳朵的构造很相似……（有一个圆圆的身体），只不过它身体的后面形成一个尖端；在这个尖端上长着尾巴”。17在50年的时间里，列文虎克从没有参加过一次皇家学会的会议，但他给它写了几百封信，其中大部分都被保存了下来。奥尔登伯格让人把它们进行编辑并翻译成英语或者拉丁语，皇家学会发表了它们。
列文虎克的工作引起了轰动。世人非常惊讶地了解到池塘里的每一滴水中都是一个生物宇宙，我们的感官之外居然存在着完整的生命类别。并且，当列文虎克把他的显微镜指向人类的组织，例如精子细胞和毛细血管时，他揭示了我们自己的构造以及它是多么平常，因为我们和其他生命形式有太多的共同之处。
和胡克一样，列文虎克也有质疑者，他们认为这些都是他编造出来的。他通过提供由受人尊敬的见证人、公证人，甚至是代尔夫特宗教团体的牧师签字的证明书来反驳这些怀疑者。绝大多数的科学家都相信他，胡克甚至复制了列文虎克的部分研究。随着消息的扩散，来自各地的访客出现在了列文虎克的工作室里，要求一睹他的微小动物。皇家学会的创立者和赞助人查理二世命令胡克展示一项他曾经复制过的列文虎克的实验，俄国的彼得大帝甚至亲自拜访了列文虎克。这对一个开纺织品商店的家伙来说不是一件坏事。
1680年，列文虎克在没有亲自出席的情况下被选举为皇家学会的会员，他一直工作到生命的终点，大概在40年后以91岁的高龄去世。在接下来的150年里，没有可以与之匹敌的微生物猎人进入这个领域。
在列文虎克弥留之际，他做的最后一件事情是请求一位朋友把他最后两封信翻译成拉丁文并寄给皇家学会。他还为皇家学会准备了礼物：在一个黑金相间的盒子里装的是他最好的显微镜，它们中的一部分列文虎克从来没有向别人展示过。今天，他的显微镜中只有少数还完好无损；2009年，一台显微镜在拍卖会上拍出了312 000英镑的天价。18
在漫长的一生中，列文虎克帮助创立了未来生物学的许多领域——微生物学、胚胎学、昆虫学、组织学——这让一位20世纪的生物学家把列文虎克的信件称为“一个科学学会所能收到的最重要的系列通信”。19同样重要的是——和伽利略之于物理学以及拉瓦锡之于化学一样——列文虎克帮助确立了生物学领域的科学传统。正如代尔夫特新教的一位牧师在1723年向皇家学会通报列文虎克去世的消息时写的信里说的那样：“安东·范·列文虎克思考如何通过实验方法来对自然哲学中真实存在的东西展开富有成果的研究，并获取感官证据的支持；因为这些原因，他通过勤奋和不知疲倦的劳动用自己的双手制作出了某些最优良的镜片，并在它们的协助下发现了自然界的许多奥秘。现在，他闻名于整个哲学世界。”20
* * *
假如胡克和列文虎克从某种意义上说是生物学领域的伽利略的话，那么查尔斯·达尔文（1809—1882）就是它的牛顿。21他被实至名归地安葬在威斯敏斯特大教堂离牛顿几英尺远的地方，他的护柩者包括两名公爵和一名伯爵，以及过去、现在和未来的皇家学会主席。尽管在某些人看来达尔文被埋葬在修道院似乎不太协调，但卡莱尔主教却在他的葬礼布道上说：“如果曾经发生过任何事情会让人们重视并传播这个愚蠢的想法……即在自然知识和对上帝的信仰之间会存在必要冲突，那将太不幸了。”22对于一个主要科学成就最初遭到冷遇，继而又是极大的仇视和怀疑的人来说，这样一个葬礼无疑是一个显赫的结局。
约翰·穆雷就是那些开始时无动于衷的人里面的一员，他是达尔文的出版商，他同意发行这本达尔文详细阐述其理论的书，但首版只会发行1 250册。穆雷很有理由担心，因为之前那些已经看过达尔文书的人对它并无热情。一个早期的评论家甚至建议穆雷不要出版这本书——它是“他的理论的一个不完美和相当蹩脚的说明”，他写道。接着这位评论家建议达尔文写一本关于鸽子的书，并在那本书里包含一个关于他理论的简短声明。“所有人都对鸽子感兴趣，”这位评论家建议道，“这本书将……很快出现在每一张书桌上。”23这个建议传到了达尔文的耳朵里，但他婉拒了。不是因为他担心书的销量问题。“上帝知道公众是怎么想的。”他评论道。24
达尔文并不需要担心。《论依据自然选择的物种起源》或《在生存斗争中保存优良种族》将成为生物学领域的《数学原理》。当这本书在1859年11月24日出版时，1 250册书立即被渴盼已久的书商抢购一空，自此以后它一直在出版。（然而，也有传闻说这本书并没有在出版当天全部卖完。）这是一个令人欣慰的认可，尤其对于一个有热情和耐心花费20年时间为自己的观点搜集证据的人——他付出的努力是如此巨大，甚至在它许多副产品中有一本684页的关于藤壶（一种节肢动物）的专题论文。
达尔文的前辈们对于从细菌到哺乳动物的生命形式有很多描述性细节的了解，但他们却对更基本的问题，例如是什么让物种具有了现在这样的特征，一无所知。和牛顿之前的物理学家或者元素周期表出现之前的化学家一样，达尔文学说出现之前的生物学家也会收集数据，但却不知道如何将它们有机地统一起来。他们之所以不能，是因为在达尔文之前生物学这个年轻的研究领域受到不同形式的生命的起源和相互关系是科学无法解答的观念的束缚——这种观念来自对《圣经》创世故事字面意义的接受，这个故事认为地球和所有生命形式是在6天的时间内被创造出来的，从那之后物种再也没有发生过改变。
并不是没有思想家对物种进化这个观点进行过思索——之前有过，最远可以追溯到古希腊时代，这些人中就有达尔文的祖父伊拉斯谟·达尔文。但达尔文之前的进化理论含混不清，和它们要取代的宗教教义相比还算不上是科学理论。结果，尽管在达尔文之前就已经出现了关于进化论的观点，但大多数人，包括科学家，都相信人类处于由众多原始物种构成的金字塔的顶端，这些原始物种的特征是固定不变的，它们由造物主设计，而造物主的想法我们永远不会了解。
达尔文改变了这种观点。如果把他之前关于进化的猜测比作一片小树林，他的理论就像是一棵参天大树，一个严谨科学的宏伟样本。因为他的先驱提供的每一个论据或者每一件证据，他都可以拿出100条。更重要的是，他发现了物种进化背后的机制——自然选择——并因此让进化论经得起考验，使其科学价值得到尊重，把生物学从对上帝的依赖中解放出来，使它成为一门真正的科学，一门像物理学和化学一样扎根于物理定律的科学。
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查尔斯·达尔文于1809年2月12日出生在英国什鲁斯伯里的家中，他的父亲名叫罗伯特·达尔文，是镇上的医生；他的母亲名叫苏珊娜·维奇伍德，她的父亲成立了一家以那个名字命名的陶器厂。达尔文一家经济条件优渥，很有名望，但查尔斯却是一个讨厌学校的差生。他后来曾记录下他对于死记硬背式的学习和“没什么特别天赋”的糟糕回忆。他其实是妄自菲薄，因为他还发现他对于“事实和它们的意义有强烈的好奇心”以及“在同一个研究主题上旺盛和持久的思考能量”。25这后两种品质对于一个科学家——或者任何创新者——来说实在是种特殊的天赋，它们对达尔文很有用。
有一件事情可以很好地展示他的好奇心和决心，那时他还在剑桥上大学，对于收集甲虫这个爱好非常痴迷。“一天，”他写道，“在把一块老树皮剥掉之后，我看见两只罕见的甲虫，每只手里抓了一只；这时我看见第三只，一个我不忍心错失的新品种，于是我把右手上抓的那只塞进了嘴里。”26只有那种性格的男孩才会成长为一个坚忍不拔的男人，会用684页纸来论述藤壶这个话题（尽管在他完成此书之前他写道，“没有比我更讨厌藤壶的人了”）。27
达尔文花费了很多年才找到他的使命。他的旅程开始于1825年的秋天。在他16岁时，他父亲把他送到了爱丁堡大学，而不是剑桥去学习医学，就像他自己和达尔文的祖父曾经做的那样。这被证明是一个糟糕的决定。
首先，达尔文是出了名的神经过敏，在那个时代，手术给人的印象就是大摊的鲜血和病人的哀号，以及在不实施麻醉的情况下切开身体。尽管如此，几年后当达尔文寻找支持他进化论的证据时，神经过敏并没有阻止他解剖狗和鸭子。缺乏兴趣和动力很有可能是他学习医学的致命伤。正如他后来写的那样，他开始相信他父亲给他留下了足够的家业“可以安逸地维持生活”，并且这种期待“有效地打消了任何学习医学的努力”。28于是，在1827年春天，达尔文在没有得到学位的情况下离开了爱丁堡。
剑桥是他的第二站。他父亲把他送到那里，想的是让他研究神学，以后从事牧师这个职业。这一次达尔文完成了他的学位，在178名毕业生中排名第10。这么高的排名让他很吃惊，但这或许也反映出他的确对地质学和自然历史产生了真正的兴趣，就像他收集甲虫的爱好证明的那样。尽管如此，在他即将踏上的生活道路中科学似乎至多也就是一个爱好，而他的职业精力将会投入给教堂。但接下来，结束在北威尔士的一次研究生地质学徒步旅行回到家里之后，达尔文发现了一封提供不同选项的信：乘坐贝格尔号出海环球旅行的机会，它的船长是一个名叫罗伯特·菲茨罗伊的人。
这封信来自剑桥大学植物学教授约翰·亨斯洛。尽管排名靠前，但达尔文在剑桥算不上出类拔萃；然而，亨斯洛却看到了他的潜力。他有一次评论说，“达尔文这个家伙问题怎么那么多”——这是一句表面上很平淡的赞誉，但它表明在亨斯洛的脑海中，达尔文拥有科学家的灵魂29亨斯洛和这个好奇的学生成了朋友，当他被要求推荐一个年轻人来担任这次航行的博物学者时，他推荐了达尔文。
亨斯洛给达尔文的信是一系列意外事件的高潮。事情还要从贝格尔号前任船长普林格尔·斯托克斯说起，他对着自己的脑袋开了一枪，但那粒子弹并没有杀死他，他之后死于坏疽。斯托克斯的中尉菲茨罗伊把这艘船带回了家，但他也清楚斯托克斯的抑郁是常年海上旅行的孤独引发的，在这样的旅行中，船长被禁止和他的船员交流。菲茨罗伊的叔叔在几年前用一把剃刀割开了自己的喉咙，大概在40年后菲茨罗伊自己也将步其后尘，因此他一定意识到应该尽最大的努力来避免那样的命运。结果，当26岁的菲茨罗伊得到接替斯托克斯的机会时，他决定带上一名同伴。当时的习惯是船上的医生兼任博物学者，但菲茨罗伊说他想找一个声望高的年轻“绅士博物学者”——一个实质上做他的雇佣朋友的人。
达尔文并不是菲茨罗伊的第一选择——这个职位之前已经被提供给好多人了。假如他们中有一个人接受的话，达尔文极有可能会在教堂中过完他平静的一生，永远不可能创造出他的进化论——就像假如哈雷没有停下来去看望牛顿并询问平方反比定律的话，牛顿就极有可能不会完成和发表他的伟大著作一样。但菲茨罗伊提供的这个职位没有报酬——补偿来自以后销售沿途上岸访问时收集的标本——那些被询问的人没有一个愿意或者能够在自费的情况下在海上度过很多年时间。结果，这个选择最终落到了22岁的达尔文头上，为他提供了一次冒险的机会——以及避免开始一个他将宣称地球是在公元前4004年12月23日的前夜被创造出来的职业生涯（就像一本出版于17世纪的《圣经》分析报告宣称的那样）。达尔文抓住了这次机会，这将改变他的一生以及科学史。
贝格尔号在1831年出海，直到1836年才返航。这并不是一次舒适的旅途。达尔文在船上一个狭小的船尾楼舱室里居住和工作，这里是船上最颠簸的位置。他和其他两个人共享一个房间，睡在一张挂在海图桌下面的吊床上。“这里的空间仅能容我转身，这就是全部。”30他在一封信里向亨斯洛报告说。毫不奇怪的是，他受到晕船的折磨。尽管达尔文与菲茨罗伊形成了某种友谊——他是船上唯一可以和船长保持亲密关系的人，他们通常会在一起吃饭——但他们之间经常发生争执，特别是关于奴隶制的问题，达尔文鄙视这种制度，但他们在岸上经常会看到这种现象。
尽管如此，旅途中所有的不适都被上岸访问时无比的激动抵消了。在那些时间里，达尔文在巴西参加狂欢节，在智利的奥索尔诺外围观看火山爆发，在康赛普西翁经历了一场地震，还穿过了它留下的废墟，他还见证了蒙得维的亚和利马的革命。与此同时，他一直在采集标本和化石，将它们打包装进板条箱里运回英国，交给亨斯洛代为保管。
达尔文后来把这次旅行看作他生命中最有影响力的定型事件，一方面是因为旅行留在他性格上的烙印，另一方面也是因为旅行让他对于自然世界产生了新的理解。然而，达尔文并不是在这次航行中完成了他关于进化的著名发现，他甚至还没有开始接受发生过进化这样的观点。31实际上他就像开始这段旅行一样结束了它——对于《圣经》的道德权威没有产生怀疑。
然而他对于未来的计划确实发生了改变。当航程结束后，他给一个在教堂工作的堂兄弟写信说：“你的境况让人羡慕不已，我都不敢有这样幸福的幻想。对于一个适合在办公室工作的人来说，牧师的生活是……让人尊敬和幸福的。”32尽管说了那些令人鼓舞的话，但达尔文已经确定自己并不适合那种生活，他选择在伦敦的科学界闯出一片属于自己的天地。
* * *
回到英国之后，达尔文发现他随手写给亨斯洛教授的信中详细描述的观察得到了科学界的一些关注，特别是那些和地理有关的部分。很快达尔文就在著名的伦敦地理学会做了主题为“某种火山现象和山脉构造与大陆提升影响之间的联系”的演讲。同时，多亏他父亲提供的每年400英镑的津贴，他享受着经济独立。巧合的是，这与牛顿在铸币厂工作时赚取的工资数额相同，但在18世纪30年代，根据英国国家档案，这笔钱“仅仅”是一个手艺人工资的5倍（尽管如此，依然足够去买26匹马或75头奶牛）。这笔钱让达尔文能够投入时间把他的贝格尔号日记整理成书，并把他收集的许多动物和植物标本进行分类整理。正是这种努力改变了我们对于生命本质的观点。
因为在航行途中达尔文对于生物学并没有任何重要的灵感，他很有可能对于他送回家的标本的仔细检查只是大量坚实但并不具有革命性的工作。然而很快就有迹象表明，他的研究或许比预期的更加让人兴奋——他曾把他的部分标本送去给专业人士分析，他们的很多报告都让他惊讶不已。
比如，一组化石显示出“生物续替定律”——即灭绝的南美洲哺乳动物被同一种类的其他动物取代。在另一篇关于加拉帕戈斯群岛知更鸟的报告中，他得知总共有三种知更鸟，而不是他之前认为的四种，它们是岛上特有的品种，就像在那里发现的巨型海龟一样。（关于他是因为观察到生活在加拉帕戈斯不同岛屿上的雀类喙的不同从而受到启发的故事是假的。33他的确带回了雀类标本，但他没有接受过鸟类学的训练，并且实际上他把它们和雀类、鹪鹩、蜡嘴鸟，以及黑鹂的近亲混为一谈——而且它们也并没有按照岛屿来分类。）
专家报告中最惊人的地方或许和一件美洲鸵，或者南美洲鸵鸟的标本有关，达尔文和他的团队在意识到它可能具有的重要意义之前把它煮熟吃了，只把它的残骸运回了家。那件标本最后被证明属于一个新物种，它和普通美洲鸵一样拥有自己主要的活动范围，但同时又会和普通美洲鸵在一个中间地带相互竞争。这与之前流传下来的传统智慧相悖，这种智慧认为每个物种都会充分利用它独有的栖息地，不会留下模糊地带来让类似的物种和它竞争。
随着这些令人兴奋的研究陆续出现，达尔文自己对于上帝在创造物种中扮演的角色的想法也在不断地发生变化。一个主要影响是查尔斯·巴贝奇，他在剑桥大学担任牛顿之前的职位——卢卡斯数学教授，并以发明出了机械计算器而闻名。巴贝奇举办了一系列由自由思想家参加的社交聚会，他自己还写了一本书，指出上帝通过物理定律而不是命令和奇迹发挥作用。这种观点为宗教和科学的共存提供了最有前景的基础，很吸引年轻的达尔文。
达尔文逐渐开始相信物种不是上帝为把它们纳入某种宏大计划而设计出的一成不变的生命形式，而是以某种方式改变自己以适应它们的生态圈。到1837年夏天——也就是贝格尔号结束航程的那一年——达尔文已经变成了一个进化论观点的皈依者，尽管他距离提出自己特别的理论依然还很遥远。
很快达尔文就开始抵制人类是高等的的观念，或者实际上有任何动物会比另一种动物更高等的观念，他现在坚信每个物种都是同样地不可思议，都完美地或近乎完美地符合它的生存环境以及它在其中的角色。对于达尔文来说，这些没有一样可以把上帝的作用排除出去：他相信上帝设计了掌控繁殖的定律，允许物种按照需求去改变自己从而适应环境的变化。
如果上帝创造了可以让物种变得与环境相适应的繁殖定律，那这些定律是什么呢？牛顿通过他的运动数学定律来理解上帝关于物理宇宙的计划；因此，达尔文也这么做了——至少刚开始是这样——去寻找进化的机制，他认为它可以解释上帝关于生命世界的计划。
和牛顿一样，达尔文开始把他的想法和观点记录在一套笔记本中。他分析在旅途中观察到的物种和化石之间的关系；他在伦敦动物园研究一只黑猩猩、一只猩猩以及猴群，记录下它们类似人类的情绪；他研究鸽子、狗和马的饲养员的工作内容，思考他们的“人工选择”方法是如何让动物的特征发生这么大的变化的；并且他还以一种宏大的方式来推测进化是如何对形而上学问题以及人类心理产生影响的。接着，在1838年9月左右，达尔文读到了T. R.马尔萨斯广受欢迎的《人口原理》。这本书让他走上了一条最终发现进化发生过程的道路。
马尔萨斯写的这本书并不让人感到愉悦。在他看来，痛苦才是人类自然和最终的状态，因为人口增长必然会导致对食物和其他资源的激烈竞争。他推断道，由于土地和生产力的限制，这些资源只能以1，2，3，4，5等系列数字“算术地”增加，而每一代人口的数量会按照1，2，4，8，16等级数增长。
今天我们知道一只乌贼一季可以产下3 000枚卵。如果每一枚卵都长成一只乌贼并继续繁殖，到第七代时乌贼的总量可以填满一个掏空的地球；在不到30代的时间，光它们产下的卵就可以填满看得见的宇宙空间。
达尔文并没有那个特别的数据，他也不擅长数学，但他有充足的理由意识到马尔萨斯设想的情况不会发生。相反，他推理道，在自然产生的数量庞大的卵和后代中，竞争只会让极少数——平均来说，那些最能适应的——存活下来。他把这个过程称为“自然选择”，以强调它与饲养员实施的人工选择之间的差别。
后来，达尔文在他的自传中描述了他的顿悟：“它立刻让我想到在这些环境条件下，有利的变化会倾向于被保留下来，而不利的变化则会被消灭。”34但新观点很少会那么突然地就从发现者的脑子里冒出来，或者完全成型，达尔文的描述似乎是对他后知后觉的幸福曲解。他当时保留的笔记本暴露了一个不同的故事：最初他只是嗅到一种观点的一丝气息，在他把这个观点完全理解清楚并付诸笔端之前，还需要好多年的时间。
自然选择之所以需要一些时间来发展，一个原因是达尔文认识到淘汰每一代中不适应的个体或许会加强一个物种的特征，但它不会创造出新物种——那种和原来的物种如此不同以至于它们无法再进行交配和繁殖有生育能力的后代的个体。如果想让这种情况发生，剔除的现有特征必须要靠一个新特征来源弥补。达尔文最终推论说这来自纯粹的偶然情况。
比如，正常情况下斑马雀的喙从浅白到深红颜色不一。通过精心繁育，人们或许能够培育出偏向一种或另一种颜色的群体，但一只长有新颜色喙的斑马雀——比如蓝色——只能在我们现在称之为基因突变的情况下才会发生：基因结构的偶然改变导致生物产生一种全新的变异形态。
现在达尔文的理论可以最终定型了。随机变化和自然选择一起创造了具备新特征的个体，只要这些特征是有利的，繁殖概率就会增加。这样的结果就是，和饲养员繁育带有他们所需特征的动物和植物一样，大自然也会创造能很好地适应生存环境的物种。
意识到随机性发挥的作用代表着科学发展史上一个重要的里程碑，因为达尔文发现的这种机制使进化论很难再与任何神圣设计的重要观点和解。当然，进化的概念本身就与《圣经》中的创世故事相抵触，但现在达尔文的特别理论走得更远，使人们很难再为亚里士多德和传统基督教观点做辩护，这种观点认为事件的发展受目的的驱动，而不是中立的物理定律。从这个方面讲，达尔文对于我们理解生命世界所做的贡献就和伽利略以及牛顿曾经对非生命世界所做的贡献一样：使科学从宗教质疑和古希腊传统中摆脱出来。
* * *
和伽利略以及牛顿一样，达尔文是一个有着虔诚宗教信仰的人，因此他的进化理论给他的信仰体系带来了冲突。他试图通过在它们各自的背景下同时接受神学和科学观点来避免冲突，而不是积极地试着去调和它们。然而他还是无法完全回避这个问题，因为在1839年1月他娶了他的表姐埃玛·维奇伍德。埃玛是一个虔诚的基督徒，为他的观点感到不安。“当我死后，”他有一次给她写信说，“我知道我曾经因为这个……痛哭过很多次。”35尽管他们之间存有不同观点，感情却非常深厚，他们终其一生都是一对恩爱夫妻，养育了10名子女。
安妮·达尔文（1841—1851）
尽管关于进化论与基督教的调和问题已经有了很多论述，但正是几年后达尔文第二个孩子安妮在10岁时的离世最终摧毁了达尔文对于基督教的信仰，孩子夭亡对他信仰产生的影响和他在进化论上的工作对他信仰产生的影响一样重大。36安妮的死因并不明确，但高烧和严重的消化问题让她在临死前忍受了超过一周的痛苦。达尔文之后写道：“我们失去了家中的欢乐，年老时的安慰——她一定知道我们有多么爱她；啊，她此刻一定知道我们现在会，也将永远会深深地、温柔地爱她那亲爱的欢乐的脸庞。”37
这对夫妻的第一个孩子在1839年出生。从那时起，一种（直到今天依然）神秘的疾病开始让只有30岁的达尔文感到阵阵乏力。在他余下的人生中，他从家庭和科学工作中获得的快乐将被这种频繁出现的痛苦的无力感打断，这种无力感有时候甚至让他连续几个月都无法工作。
达尔文的症状无处不在，就像《圣经》里的瘟疫一样：胃痛、呕吐、肠胃胀气、头痛、心悸、颤抖、歇斯底里地痛哭、耳鸣、乏力、焦虑以及抑郁。达尔文尝试过多种多样的治疗方法，有的甚至是他在绝望的情况下违背本意接受的：用凉的湿毛巾用力按摩、洗脚、冰敷、冰冷的淋浴、使用电击带进行流行的电疗法、顺势疗法，以及那种维多利亚标准的铋剂——全都不起效。于是这个在20岁时还是一个粗犷的冒险家的人到30岁时已经变成一个离群索居的虚弱病人。
因为新出生的孩子、他的工作以及疾病，达尔文一家开始放弃社交聚会并退出了原来的生活圈子。达尔文的生活变得平静和一成不变。381842年6月，达尔文最终完成了一本35页的进化理论概要；那年9月，他说服父亲借钱给他在肯特郡的唐恩买下一块15英亩的隐居地。唐恩是一个大约有400名居民的教区，离伦敦16英里。达尔文把它称为“世界的最边缘”。39他在那里的生活就如同他曾经打算过的一种富裕的乡村牧师的生活一样，到1844年2月，他利用这段宁静的时间把那个概要扩充为一本231页的手稿。
达尔文的手稿更像是一份科学遗嘱，而不是一本为了能够立即出版发行的著作。他在一封信里将它托付给埃玛，万一他“猝死”的话埃玛就可以读到它，由于他的疾病，他担心这将为时不远。在这封信里他告诉她这是他“最郑重也是最后的请求”，并嘱咐埃玛在他死后将这本手稿公之于众。40“如果它可以得到哪怕只有一个有资格的鉴定人的认可，”达尔文写道，“它在科学发展史上就是重要的一步。”41
达尔文很有理由在他的有生之年不发表他的观点。他已经在科学界最高圈子里获得了显著的声誉，但他的新观点必然会招致批评。并且，他还有很多牧师朋友——更不用说他的妻子了——他们都支持目前的神创论。
达尔文犹豫的理由在那年秋天似乎得到了印证，当时有人匿名发表了一本名为《自然创造史的痕迹》的书。[1]这本书并没有提出一个有效的进化理论，但它的确把多个科学观点编织在了一起，包括物种的演变，它成为一本国际畅销书。然而，宗教机构痛斥这位匿名作者。比如，一位评论家指控他“毒害了科学的基础，削弱了宗教的根基”。42科学界的某些人可并不怎么宽容。科学家一直都是一个粗暴的群体。即使到了今天，在便捷的通信和旅行比以往任何时候更能促成更多的合作和共同研究的情况下，提出一种新观点也会让你遭到粗鲁的抨击，因为科学家除了对自己的研究主题和观点充满热情以外，也会狂热地反对他们认为被误导的，或者只是无趣的研究工作。我认识这么一位著名的物理学家，当他认为一位访客讲述的关于他在调查研讨会上的工作不值得关注时，他就会拿出一份报纸，完全摊开，开始看报，毫不掩饰他的无聊。另一位喜欢坐在靠近房间前面的位置，在会谈正在进行时站起来发表他的负面意见，然而转身离开。但我见过的最有意思的展示来自另一位著名的科学家，许多代科学家都非常熟悉他，因为他编写了标准的电磁学研究生教材。
这位教授坐在一个只摆放着十来排椅子的讲座会场的前面，把他的塑料咖啡杯高高举过头顶，然后轻微地来回转动，这样那些坐在他后面的人——而不是他前面一脸茫然的演讲者——就可以看到他用大写字体写在杯子上的信息：胡说八道！接下来，在演讲者完成演讲后，他站起身直接走了出去。讽刺的是，他演讲的主题是“粲（charm）–反粲粒子的光谱学”。尽管“charm”这个词在这里是一个技术术语，和它平常的意思（魅力）无关，但我认为我可以很公正地说这位教授属于“anticharm”（没有魅力）这个类型。然而，如果那就是人们对于一个神秘研究领域里提出的不确定观点的态度的话，你就能想象那些挑战人们普遍看法的“重大观点”将会遭遇到的暴行了。
事实是，尽管宗教的拥护者对于科学新观点的反对已经够多了，但科学家们自己也有一种强烈的反对传统的倾向。这通常是一件好事，因为当一个观点具有误导性时，科学家的怀疑主义就会起到阻止这个领域向着错误方向继续发展的作用。并且，当看到正确的证据时，科学家也会比常人更快地改变看法并接受奇怪的新概念。
尽管如此，改变对于我们所有人来说都是很难接受的，那些成名的科学家投入整个职业生涯来推动一种思维方式向前发展，对于与之相悖的模式的反应有时候是相当负面的。结果，当你提出一种让人吃惊的科学新理论时，你就会遭遇到被别人抨击为不明智、具有误导性或者仅仅是论证不充分的质疑。世上并没有多少万无一失的培育创新的方法，但扼杀创新的一种方法就是让它在挑战公认的智慧时感到不安全。尽管如此，革命性的发展通常就是在这种氛围下完成的。
就进化论来说，达尔文有太多需要担心的东西，比如，他的朋友亚当·塞奇威克对于《痕迹》这本书的反应就证明他的担心不无道理。塞奇威克是剑桥大学一位卓越的教授，曾给达尔文上过地理课。塞奇威克把《痕迹》称为一本“肮脏的书”，并写了一篇85页的言辞激烈的评论。43在让自己受到这样的攻击之前，达尔文还需要收集大量权威的证据来支持他的理论。这种努力将占用他接下来的15年时间，但最终，他将因此而获得成功。
* * *
从19世纪40年代到50年代，达尔文的家庭不断壮大。他的父亲在1848年去世，留给他一笔相当可观的遗产，几十年前当他还在学习医学时就曾猜测过这笔钱的数量——它有5万英镑，相当于今天的上百万美元。他用这笔钱做了明智的投资，变得非常富裕，可以轻松地照料他的大家庭。但他的胃病一直折磨着他，他变得更加离群索居，由于他的疾病他甚至错过了他父亲的葬礼。
与此同时，达尔文继续发展他的观点。他对动物进行研究和实验，比如他同事建议他描写的鸽子，当然，还有那些藤壶。他也拿植物做实验。在一项系列研究中，他对活性种子不可能抵达遥远海岛这种普遍观念进行验证。他从各个角度来研究这个问题：他对已经在盐水中（模仿海水）浸泡过几周的花园种子进行测试；他寻找附着在鸟类腿上以及它们粪便中的种子；他用肚子里塞满种子的麻雀来喂养伦敦动物园里的猫头鹰和鹰，然后检查它们的粪便。他所有的研究全部指向了一个相同的结论：达尔文发现种子比人们想象的还要坚硬和具有移动性。
另一个让达尔文花费相当长的时间来思考的问题是生物的多样性：为什么自然选择会在物种之间产生这么大的差异？在这个问题上，他受到了他那个时代的经济学家的启示，他们经常会提到一种“劳动分工”的概念。亚当·斯密已经证明，如果人们专门从事某一部分的生产，而不是每个人都试着制作一件完整的物品，生产效率会更高。这种概念引发达尔文得出这样一个结论：在一片给定土地上，如果每一个居民都高度擅长开发不同的自然资源，这片土地就可以供养更多的生命。
达尔文预计，如果他的理论是正确的，他就会在那些资源有限但竞争激烈的地方发现更多样化的生命形式，他开始寻找支持或者反驳这种观点的证据。这种思路是达尔文探索进化新方法的典型：当其他博物学家在连接化石和生命形式的系谱图的发展中找寻进化的证据时，达尔文从生活在他这个时代的物种的分布和相互关系中寻找答案。
为了验证这个理论，达尔文不得不向其他人求助。因此，尽管在身体上处于隔绝状态，他还是从很多人那里获得了信息，并且，和牛顿一样，也是依靠邮政服务——特别是一种新的、价格低廉的“便士邮局”计划，这让他可以建立起一个由博物学家、饲养员和其他能够为他提供关于突变和遗传信息的通信者构成的空前庞大的网络。通过这种方式，达尔文既可以利用他们的实际经验来验证自己的观点，又不会因为暴露自己的根本目的而给自己招来嘲讽。这也同样让他逐渐从他的同事中挑选出谁或许会赞成他的观点，并最终与一个精心挑选的小团体分享他非正统的观点。
到1856年，达尔文已经把他理论的详情透露给了少数几个亲密朋友。这些人包括当时最重要的地质学家查尔斯·赖尔，以及生物学家T. H.赫胥黎，他同时还是世界上最顶尖的比较解剖学家。他的至交们，尤其是赖尔，鼓励他发表他的观点，以免别人捷足先登。此时的达尔文47岁，已经为他的理论工作了18年。
1856年5月，达尔文开始着手处理一篇他原本打算让他的同伴看的技术论文。他决定把它称为《自然选择》。到1858年3月，这本书已经完成了2/3的内容，有25万字。接着在6月，达尔文通过邮件收到了正在远东地区工作的熟人阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士寄来的一份手稿和一封意气相投的附函。
华莱士知道达尔文正在研究一种进化理论，他希望达尔文能够帮他把这份手稿转交给赖尔——一份概述华莱士独立构想出的自然选择理论的论文。和达尔文一样，他的理论也受到了马尔萨斯关于人口的观点的启发。
达尔文惊慌失措。他朋友曾经警告过他的最坏的事情似乎变成了现实：另一位博物学家复制了他著作中最重要的部分。
当牛顿听说类似著作的所有权时会翻脸，但达尔文是一个完全不同的人。他对当前的处境感到十分痛苦，但也没有什么更好的选择。他可以把这篇论文藏起来，或者抢先发表自己的，但那些选择是不道德的；或者他可以帮助华莱士将它发表，放弃自己一生工作的功劳。
达尔文在1858年6月18日将这份手稿寄给了赖尔，并附带了一封信：44
（华莱士）今天寄给我这封密函，要我把它转交给你。在我看来它很值得一读。你的话出乎意料地变成了现实——我应该抢先发表……我从来没有见过这么惊人的巧合；即使华莱士有我在1842年写出的手稿草稿，他也写不出比这更好的摘要！甚至连他的术语都是我章节的标题。请把这个（手稿）归还给我，他并没有说过希望我将其发表的话，但我当然应该马上写信并把它寄给某家期刊。因此我所有的原创，不管它们有多少，将会被粉碎，尽管我的书——如果它还有任何价值的话——将不会被低估，因为我所有的劳动成果都存在于这个理论的应用中。我希望你会认可华莱士的草稿，我会把你的话转告给他。
* * *
事实证明，这个理论究竟归功于谁的关键在于达尔文的评论，也就是他的书的价值体现在他详细论述的应用性上。华莱士不仅没有为他的自然选择理论做像达尔文那样详尽的证据研究工作，也没有像达尔文那样仔细分析变化的程度何以会如此巨大以至于产生出新物种，而不只是新的“品种”，即我们今天所说的亚种。
赖尔提出了一个折中的方法：他和达尔文的另一个亲密朋友，植物学家约瑟夫·道尔顿·胡克将会向久负盛名的伦敦林奈学会同时宣读华莱士的论文和一篇达尔文观点的摘要，之后这两份论文将会同时发表在学会的《汇刊》上。当达尔文为这个计划焦虑不安时，时机不可能更糟糕了。不仅因为达尔文的老毛病又发作了，还因为他的老朋友生物学家罗伯特·布朗最近刚刚过世，就连他第10个，也是最小的孩子，只有18个月大的查尔斯·沃宁·达尔文也因为得了猩红热而病得很严重。
达尔文把这件事情交由赖尔和胡克处理，因为他们认为这么做很适合，于是在1858年7月1日，林奈学会的秘书向在场的30多名会员宣读了达尔文和华莱士的论文。他的宣讲既没有招来斥责也没有获得掌声，只有死一般的寂静。接下来又宣读了另外6篇学术论文，为避免有人在读完前5篇之后醒过神来，最后一篇描述安哥拉植物的长篇大作就没有再继续宣读。
华莱士和达尔文都没有出席。华莱士依然还在远东地区，对于伦敦发生的事情毫不知情。当他后来得知此事后，他大度地承认这件事情处理得很公平，他后来对达尔文一直怀有敬意甚至是感激。那个时候达尔文依然还在病中，因此在任何情况下他都很有可能不会去参加这次会议，正如事后证明的那样，在会议进行的时候，他和他的妻子埃玛正把他们第二个夭折的孩子查尔斯·沃宁埋葬进教区的墓地里。
在经过20年发展和支持他理论的辛勤工作之后，林奈学会上的陈述最终使达尔文向公众披露了他的观点。但最直接的反应却至少可以说是虎头蛇尾。在场的所有人都没能理解他们听到的内容的重要意义，林奈学会主席托马斯·贝尔的评论或许最能反映出这种情况，他后来说，他在退场的时候抱怨这一年并没有发生“任何引人注目的，可以立即使，比如，（我们的）科学部发生革命性变化的发现”。45
在林奈学会上陈述之后，达尔文很快就搬家了。在不到一年的时间里，他把《自然选择》变成他的杰作《物种起源》。这本书更简洁，目标是大众读者。他在1859年4月完成了手稿。此时他已经非常疲惫，用他自己的话说，“虚弱得像个孩子”。46
达尔文一直清楚他需要培养一种对他有利的共识，他安排他的发行人穆雷大量赠送这本书，他也亲自给许多收到书的人写言辞谦卑的信。但在写书的时候，达尔文实际上非常谨慎地把有可能出现的神学反对降到最低。他辩解说自然法则统治的世界比一个由随意的奇迹统治的世界更优越，但他依然相信一个遥远的神，在《物种起源》中他尽自己最大的努力避免给公众留下他的理论朝着无神论方向发展的印象。相反，他希望展示的是，自然致力于为生物提供长远福利，按照仁慈的造物主的构想指引物种朝着精神和肉体的“完美”方向发展。
“在这种生命观中存在着一种庄严……”他写道，“当这个星球根据固定的重力定律旋转时……诞生了最初的少数几种或一种生命形式，从如此简单的一个起点发展出了曾经出现过的、现存的，以及不断进化着的无尽无穷的最美丽和最神奇的生命形式。”47
* * *
公众对于《物种起源》的反应并不温和。比如，他在剑桥大学的导师塞奇威克教授写道：“你的这本书带给我的痛苦多过乐趣……有的部分我是带着极度的悲伤读完的，因为我认为它们完全是错误的，是极其恶毒的。”48
尽管如此，凭借着更优越的理论、更有力的证据支持，以及一个相对更成熟的时机，《物种起源》并没有像《痕迹》那样激起极大的愤恨。在10年内，科学家之间的纷争在很大程度上已经平息，到达尔文去世时，也就是他发表作品10年之后，进化论已经成为一种几乎被普遍接受的观点，它也是维多利亚时代最具统治力的思想主题。
达尔文已经是一个备受尊重的科学家了，但随着他作品的出版，他变成了一个公众人物，就像发表了《数学原理》之后的牛顿。达尔文获得了国际范围内的认可和荣誉。皇家学会授予了他享有盛誉的科普利奖章；他被牛津大学和剑桥大学授予荣誉博士的称号；普鲁士国王给他颁发了功绩勋章；他同时还被圣彼得堡的帝国科学院和法国科学院选举为通信院士；他被莫斯科的帝国博物学者学会授予荣誉会员身份，英国教会授予他南美传教士学会会员身份。
19世纪30、50和70年代的达尔文
和牛顿一样，达尔文的影响力远远超出了他的科学理论，它包含了对于和生命完全无关部分的新思维方式。正如一群历史学家写的那样，“不管在哪里，达尔文学说已经变成了自然主义、唯物主义，或者进化哲学的代名词。它代表着竞争与合作，解放与附属，进步与悲观，战争与和平。它的政治观点可以是自由主义者的、社会主义者的，或者保守主义者的，它的宗教信仰可以是无神论的或者正统信仰的”。49
然而，从科学角度出发，达尔文的工作和牛顿的一样，仅仅是一个开始。他的理论提出了一种基本原理，这种原理决定了物种在面对环境压力时它们的特征随着时间发生改变的方式，但那个时候的科学家对于遗传背后的作用机制依然一无所知。
有趣的是，正当达尔文的作品在林奈学会展示时，一位生活在布尔诺（如今捷克共和国的一部分），名叫格里哥·孟德尔（1822—1884）的科学家和修道士正在进行一项为期长达8年的实验计划，这项实验将至少在抽象意义上表明遗传背后的机制。50他指出，简单的特征由两种基因决定，父母各贡献其中一个。但孟德尔的工作要很久后才会普及，达尔文从来没有听说过关于它的消息。
在任何一种情况下，对孟德尔机制的物质实现方法的理解都将需要20世纪物理学的进步——特别是量子理论和它的产品，例如X射线衍射技术、电子显微镜，以及晶体管的发明使数字计算机成为可能。这些技术将揭示DNA分子和染色体的结构细节，使人们可以在分子层面上对遗传学进行研究，最终使科学家开始理解遗传和进化发生的基本要素。
然而，即使如此，这也仅仅是一个开端。生物学试图从各个层面来理解生命，直至细胞内的结构和生化反应——细胞是生命的标志，是我们携带的遗传信息最直接的结果。这个目标和生命逆向工程同样宏大，毫无疑问——就像物理学家的大一统理论一样——还在遥远的未来。但无论我们对于生命机制的理解有多深刻，生物学的核心组织原理将很有可能一直停留在19世纪这个顿悟上，即进化的理论。
达尔文自己并不是适者生存的样本，但他活了很久。晚年，他的慢性健康问题得到了改善，虽然他开始感到持续性的疲惫。即使如此，他依然工作到了生命的终点，在1881年他发表了最后一篇论文《腐殖土的产生与蚯蚓的作用》。那年晚些时候，他在锻炼时开始感到胸痛，在圣诞节期间他心脏病突然发作。接下来的那年春天，他的心脏病在4月18日又发作了一次，他很难再恢复意识。他喃喃自语说他并不害怕死亡，几个小时之后，大约在第二天凌晨4点，他死了。他去世时73岁。在他所写的最后的信件中，有一封是写给华莱士的，他在信里说：“我拥有的一切都让我感到幸福和满足，但生命已经变得非常让人厌倦。”51
[1] 一位来自爱丁堡，名叫罗伯特·钱伯斯的流行期刊发行人在1884年被正式指认为这本书的作者，此时他已经去世13年了，但达尔文曾经猜测钱伯斯是在1847年同他会面之后写出的这本书。