Через год после начала экспедиции, в четырехстах милях от Буэнос-Айреса, на побережье Дарвин обнаружил нечто, чему впоследствии суждено было занимать его мысли на протяжении многих лет. Он оказался на скале с какими-то белыми вкраплениями в породу. При ближайшем рассмотрении вкрапления оказались гигантскими костями, выступавшими из отвесного обрыва. Юноша попытался извлечь кости. Среди них оказался зуб мастодонта, останки, напоминавшие броню гигантского броненосца, а также, к вящему его изумлению, зуб лошади. Когда испанцы и португальцы впервые ступили на землю Южной Америки, они не обнаружили на континенте даже следа лошадей, но этот зуб был древним, он явно принадлежал животному, обитавшему здесь задолго до появления европейцев. Если этот вид когда-то существовал здесь, но вымер, то это... противоречит концепции мира, сотворенного раз и навсегда! Еще важнее было понять, почему такое множество видов вымерло? Что, если жизнь на планете пребывает в состоянии постоянного изменения и развития?
Через несколько месяцев Чарлз искал образцы горных пород для отправки в Англию в высокогорных Андах. На высоте около двенадцати тысяч футов он обнаружил ископаемые раковины моллюсков и остатки других морских организмов — неожиданная и странная находка для гор! Изучая окрестную флору, Дарвин предположил, что Анды некогда были дном Атлантического океана. На протяжении тысячелетий извержения вулканической гряды поднимали их все выше. Вместо ископаемых артефактов, доказывавших правдивость библейских сюжетов, Дарвин набрел на совершенно иные, поразительные свидетельства.
По мере того как путешествие продолжалось, Чарлз стал замечать явные перемены в самом себе. Раньше почти любая работа казалась ему скучной и утомительной, теперь же дни напролет он проводил в тяжелом труде — более того, ему нужно было столько всего узнать и столь многому научиться, что он старался не тратить впустую ни минуты. Он досконально изучил флору и фауну Южной Америки. Местных птиц он с легкостью определял по пению, окраске яиц или полету. Вся эта информация была систематизирована и весьма рационально каталогизирована. Но важнее было то, что изменился образ его мыслей. Чарлз научился наблюдать за интересующим его предметом, писать о нем, а затем, на основании дальнейших наблюдений, выдвигать гипотезы и разрабатывать теории. Путешествуя по миру, Дарвин собрал столько многочисленных фактов из множества областей знания, что теории рождались одна за другой!
В сентябре 1835 года «Бигль» покинул Тихоокеанское побережье Южной Америки и направился на запад, в сторону дома. Первой остановкой на этом пути стали практически необитаемые Галапагосские острова. Архипелаг славился своей необыкновенной природой, но никакие рассказы не могли подготовить Дарвина к тому, что он увидел. Капитан Фицрой дал Чарлзу по неделе на обследование каждого острова, после чего плавание предстояло продолжить. Ступив на берег, Дарвин с первой же минуты понял, что видит что-то необычное: крохотное пятнышко суши буквально кишело жизнью, которая нигде более не встречалась: по песку и мелководью сновали тысячи черных морских игуан; по берегу тяжело ковыляли черепахи весом до 500 фунтов; поражали тюлени, пингвины и нелетающие бакланы — обитатели холодных вод, на тропическом острове они выглядели странно.
К концу недели Чарлз только на первом острове насчитал двадцать шесть уникальных видов птиц. Коробки и банки начали заполняться удивительными растениями, змеями, ящерицами, рыбами и насекомыми. Вернувшись на борт «Бигля», натуралист приступил к описанию этих уникальных образцов. Его потрясло, что почти все они принадлежали к новым, неизвестным науке видам. Затем он сделал еще более поразительное открытие: разные острова были населены совершенно разными видами, даже если их разделяло расстояние в каких-то пятьдесят миль! Отличались щитки на панцирях черепах; клювы у вьюрков, приспособленные для добывания разных видов пищи, на каждом острове были разной формы.