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石越来越多，以其庞大的体积和怪异的形体强烈吸引着公众，激发了人们的想象力。显而易见，地球曾经是某些已经绝迹生命的家园。但是这怎么可能呢？正统派思想家不是说，上帝一次也是永远地创造了世间万物吗？面对这一挑战，东正教教徒宣称，《圣经》中描述的大洪水淹死许多生命，从而导致了它们的灭绝。以贝格尔号船长罗伯特·菲茨罗伊为例，他相信猛犸灭绝是由于它们体积过于庞大，通不过诺亚方舟的人口。这也是为什么十九世纪的作家，总是把恐龙、猛犸，以及其它已经灭绝的动物生活的时代叫做“大洪水以前”。
有一种灾变说认为，地球历史由一系列的大灾难，即突发性强、破坏力大的事件组成，比如地震、火山喷发、世界范围的大洪水等。根据灾变说，地表的每一种形态，无论是高山还是大峡谷，都源于过去发生的大灾难。灾变说揭示了为什么能在远离海洋的山顶发现海上贝类化石：它们是被洪水冲刷过去的。灾变说的宗教说法则是，上帝多次创造、毁灭世界。《圣经》中《创世记》的描述是距今最近的一次。恐龙和其它已经灭绝的动物属于早期创造，在紧随其后的大灭绝中消失。每次大灭绝后都有创造新生物的阶段。
关于地球历史，十八世纪末还有一种与前者相抗衡的学说。1788年，苏格兰学者詹姆斯·赫顿（JamesHutton，1726－1797）发表长篇学术论文《关于地球的理论》，1795年，该论文以专著的形式出版。赫顿认为，对于目前地球形态最好的解释，不是以前突发性的大动荡，而是长期以来，人们熟知的力量缓慢稳定作用的结果。根据他的理论，地貌的形成经历了下述缓慢的过程：河水淤积的泥沙形成新的土壤层；海水慢慢枯竭；在成千上万年的演变过程中，河床逐渐隆起形成山脉，富含贝类化石。由于赫顿认为地球以稳定均匀的速度演变，而不是一系列灾难性的剧变，他的理论被称为均变论。
均变论学说使以往人们心目中的地球年龄大大延长。在赫顿的假想中，地貌演变需历经几千万年的过程。在总结他的地球史观时，赫顿写道：“顺理成章，我们目前研究探索的结果是，前瞻无开始的遗迹，后顾无结束的征兆。”
这种地球史观一直延伸到超出人们想象的史前年代，使习惯以简短的《圣经》教条思考历史的人感到迷乱惶惑、无所适从。如同赫顿的朋友普莱费尔（Playfair）在1802年所述：“如此遥不可测的时间深渊，一看就让人头晕目眩。”由于能够解释突变说不能阐明的地质特征，早在十九世纪二十年代，均变论在科学界就已占有一席之地。
如今，科学家认为，突变说和均变论都有可取之处。地球的演变经历了长期、缓慢的过程，比如雨水一点一滴地侵蚀山脉，冰河持续不断地向前蜗行。但是突然的剧变，例如洪水和火山喷发，也促成了地表的形成。然而在达尔文所处的时代，均变论的观点虽然揭示了地质学家称为“深层时间”的数百万年的已逝岁月，仍被视为激进的革命理论。离开爱丁堡几年后，达尔文将被一部赞同赫顿深层时间观的新著深深影响。
在地质学家深入探索遥远的过去时，生物学家也在生命方面向传统观点提出挑战。传统观点认为，各种形态的生命是固定的、一成不变的。宗教和博物学都把各种物种按照生命阶梯排列起来。低等生物如蚯蚓、昆虫处于最底层；爬行动物、鸟类、哺乳动物依次位于更高的等级；人类处于最高的位置，仅次于天使。
对于笃信宗教人生观的人来说，这种关于自然秩序完美无憾的结构似乎已经证明，上帝创造了自然界。这种观点叫做“意匠论”，又叫“钟表匠的结论”。1802年，威廉·培利（WilliamPaley）主教在他的著作《自然神学》中概述此观点如下：假设你外出散步时，凑巧捡到了一块怀表。以前你从来不知表为何物。看到这块表是那样精密、复杂，你会推断出，它绝不是简简单单随意产生的，一定是由某位钟表匠设计、制作的。眼睛就像钟表一样，也是精密复杂的机器。它是如此完美，一定也是被设计、制作出来的。这个设计制作者就是上帝。对于培利的理论，年轻的达尔文被“深深吸引，大为折服”。后来，随着自己科学研究的深人，达尔文又指出了培利理论的弱点。
上帝以完美永恒的方式创造世间万物的观念，不断受到新发现、新思想的质疑。如何解释已经灭绝的物种？如果它们是完美的，为什么会消失呢？如何解释探险家在非洲、美洲和澳大利亚发现的新植物、新动物？这些《圣经》都没有提到。是否上帝在各大洲的创造活动都不尽相同？少数学者注意到，农夫和牲畜饲养者是那样轻而易举地培育出新品种的水果、鲜花和家禽。他们认识到，物种是流动的、不断变化的；不是固定的、一成不变的。达尔文的祖父——伊拉兹马斯，很早就洞见到这一点。法国动物学家。哲学家吉恩…巴梯斯特·拉马克（Jean…BaptisteLamark，1774－1829）认为，物种通过不断的变化适应周围的环境，但是拉马克没有令人信服地说明，这些变化是如何进行的。
早在爱丁堡学习期间，查尔斯·达尔文就接触过祖父和拉马克的理论，但似乎这些对他的影响不是很大。在自己的学术生涯中，达尔文一直坚持祖父伊拉兹马斯的著作对他毫无影响，这显然不能令人完全信服，学者们至今仍在研究祖孙俩思想之间的联系。少年达尔文绝不是一个进化论者。他在自传中写道，即使在十九世纪二十年代，他仍然相信“《圣经》中每一个字所传达的死板的，不折不扣的真理”。年轻的达尔文还没有开始考虑地球上所有生命的壮美画卷，只是为她的一些细枝末节兴奋不已。
在大学博物学展览馆，达尔文每次观察鸟类标本，都达数小时之久。有时他花费大量的时间到悬崖、山川游玩，攀附在岩石上力图鸟瞰本地的全貌。或者和普利尼学会的朋友们一起到海滩上散步，等到海水退到远处之后，在沙滩上挖取海绵、海笔和其它一些从深海中冲刷上来的小生物。达尔文有时陪伴渔民用拖网渔船捞取牡蛎，蹲坐在光滑的甲板上，仔细观察渔民们捕捞到海参时发出的欢呼。1827年3月，达尔文自豪地向普利尼学会报告了数个关于海上微生物结构的发现。
1827年夏天，达尔文外出旅游，放松身心。初游伦敦，他的印象是——“浓烟滚滚的恐怖荒野”。与舅舅乔赛亚·韦奇伍德二世，表姐爱玛（Emma）、范妮（Fanny）一起，达尔文第一次，也是一生中唯—一次漫游欧洲大陆，在巴黎度过了几个星期。但是医学院已经使他厌倦，学业也不是很好，对未来的困惑始终沉沉地压在他的心头。罗伯特医生意识到，儿子决不想做一名医生，但无论如何将来在社会上这孩子应该有一席之地。罗伯特医生知道，英国国教（又叫圣公会）为牧师提供了一种安稳、令人尊敬的生活方式。虽然他并不相信宗教，仍然决定让查尔斯进人教会。
“考虑到教会对我的猛烈攻击，”达尔文晚年回忆道，“我一度打算成为一名牧师的想法是多么荒谬可笑。”在十九世纪五十年代，达尔文发现自己与教会格格不人、处处不合。但在1827年，他高高兴兴地接受了父亲的新安排。达尔文非常清楚，自己没有强烈的宗教情感，然而乡村牧师悠闲自在的生活，将为他提供相当多的闲暇，来发展他在博物学方面的兴趣。实际上，自然科学当时还没有确立自己的席位而成为一门专业，仅仅通过科学研究谋生几乎是不可能的，所以许多杰出的博物学家同时又都是牧师。
在成为真正的牧师兼博物学家之前，达尔文需要接受更多的教育。在剑桥基督学院注册后，达尔文沮丧地发现，由于在施鲁斯伯里中学对希腊语和拉丁语知之甚少，为重新温习关于这两门语言的知识，他不得不雇请一位家庭教师。考试也令他心力交瘁，每一门考试都是一次新的痛苦，尽管通过狂热的学习达尔文全线通过。
剑桥给每一位钱包鼓鼓、乐于交际的年轻人提供了丰富多彩的社交生活。达尔文很快与一群酷爱骑马、打猎的年轻人——他称做“体育爱好者”——打成一片。他后来深情回顾了当年活泼有趣的宴会，“到处是欢歌笑语，然后便兴致勃勃地打牌”。他不好意思地写道：“我知道，自己应当为这样度过的日日夜夜感到羞愧，但是那么多兴味盎然的朋友，而且我们总是兴高采烈，这使我在回忆这些时光时总是难抑内心的欢乐。”
阿尔伯特·韦（AlbertWay），达尔文和表弟威廉·达尔文·福克斯的一个甲壳虫捕捉爱好者朋友，绘制了这幅达尔文“捕捉甲壳虫”的草图。
苦读和狂欢并不是达尔文生活的全部。他对博物学的兴趣有了新的焦点——甲虫。与同在基督学院读书的表弟威廉·达尔文·福克斯（WilliamDarwinFox）一起，达尔文痴迷地捕捉甲虫，两人称这是“甲虫行动”。达尔文竭尽全力获取新的品种。为了从河船底部搜集水生甲虫，他专门雇用了一名当地工人。当得知此人收受贿赂，把最好的品种转交给收集竞争者时，达尔文怒不可遏，立即将其解雇。
在一次捕获甲虫的远游中，达尔文发现了两只稀有甲虫，急忙一只手抓住一只。不久，他又发现了第三只。为了不让其中任何一只逃走，情急之下，达尔文将右手的甲虫塞到嘴中，以便能够捉到新的品种。未曾想，嘴中的甲虫喷出一股令人恶心的苦涩液体。达尔文大惊失色，赶紧把它吐了出来。手忙脚乱中，竟然把第三只甲虫也给丢掉了。还有一次出游时，达尔文捕获了一只甲虫，想不到它竟然是一个新品种。这只甲虫给他带来