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达尔文观察到另外一个奇怪的现象。加拉帕戈斯群岛上的动植物，不仅与距离它们最近的大洲——南美洲的动植物不同，而且岛屿与岛屿之间的动植物也互不相同。达尔文最初从群岛副总督那儿得知，每座岛屿上都有一种独特的海龟，他能够通过龟壳的形状和花纹，辨认出它们来自哪座岛屿。达尔文注意了这种说法，却没有立即意识到它的重大意义。虽然如此，几年以后，当他再次整理收集到的动植物标本时，就会发现每座岛屿之间的物种的确各不相同。地球上数目繁多的动植物是怎样形成的？对于这个问题，上述观察结果帮助他获得了粗略的新观点。
虽然加拉帕戈斯群岛留给达尔文的第一印象阴森冷酷，但是当贝格尔号继续扬帆出航时，达尔文依依不舍，感到无尽的遗憾。在赤道炎热阳光的炙烤下，在大西洋刺骨寒风的吹动下，达尔文深深痴迷于这些孤独岛屿上千奇百怪的生命形式。10月20日，船长菲茨罗伊下达了驶往塔希提岛的命令。没能尽情地在群岛探幽览胜，达尔文不无遗憾地写道：“这是大部分探险家的命运，还没等把当地大部分有趣的地方游览完，就不得不匆匆离开了。”
达尔文再也没有重返加拉帕戈斯群岛，但在以后的岁月里，他在脑海里多次故地重游，寻求对他所观察到的动植物性的解释。为什么它们当中绝大部分只能生活在加拉帕戈斯群岛而不是其它地方？为什么岛与岛之间的动植物品种互不相同？这些问题形成了达尔文一生学术活动的基础。作为一名细心痴迷的观察家，达尔文的天才之处在于，他从不仅仅简单地观察自然。与众多博物学家不同，达尔文从不满足于仅仅是搜集事实，整理标本。他进一步寻根究底，提出“为什么”的问题。不遗余力地寻求事实背后隐藏的规律，理解整个世界形成的过程。在观察研究旅途中收集的标本时，达尔文开始意识到，加拉帕戈斯群岛将成为解开某些自然之谜的一把钥匙。
达尔文坚信，加拉帕戈斯群岛是最神秘的实验室，大自然在这里进行她最深奥的实验。关于这些岛屿，他宣称：“从时空两个方面来看，我们都仿佛被带到那个伟大的事实面前，那个神秘中的神秘——新的物种首次在地球上出现。”重返英伦，为探索地球生命的神秘历史，达尔文献出了自己漫漫一生的其它岁月。在这个过程中，他改变了我们对世界的看法和人类在世界中位置的观点。贝格尔号离开加拉帕戈斯群岛二十多年后，达尔文富有革命创新精神的物种起源理论，震惊了十九世纪的人类社会。直到今天，他发起的这场革命还远远没有结束。物种起源理论论述了物种如何随时间的推移而变化或进化。这使他成为当时，也许是有史以来最有争议的科学家。关于1835年加拉帕戈斯群岛的短暂之旅，他说，“那是我所有观点的发源地。”
查尔斯·罗伯特·达尔文来自一个有很长家学渊源的家族。祖父辈中，伊拉兹马斯·达尔文（ErasmusDarwin，1731－1802）是英格兰中部里契菲尔德城富有、高明的医生。受父亲的影响，伊拉兹马斯·达尔文对化石和博物学，特别是植物学有浓厚的兴趣。经过研究，他认为地球上的所有生命都同出一源，彼此之间有着千丝万缕的联系。简短截说，他提出了物种进化的粗略观点。几十年后，他的孙子达尔文对此进行了更加深人细致的研究。
关于自然历史，伊拉兹马斯·达尔文著述颇丰：《植物园》（1790），《动物生理学：有机体的生命法则》（1794－1796），以及《大自然的殿堂》（1803）。伊拉兹马斯博览群书，对大自然兴趣浓厚。这些特点都被他的孙子继承下来。伊拉兹马斯对机械工程也有所涉猎，发明了一种新型风车和一种能飞速运转而不会翻倒的马车。由于这些卓而不凡的成就，他被当选为声名赫赫的皇家学会会员，从而成为这个六代家族第一位荣获此殊荣的成员。此资格只限于英国为数极少的杰出科学家和思想家。另外，在里契菲尔德地区，伊拉兹马斯协助创办了他们自己的思想家俱乐部——月亮学会。会员们总在满月的时候欢聚一堂，然后在皎洁的月光下乘兴而归。伊拉兹马斯和其他会员开玩笑戏称他们自己是“疯子”。尽管他们当中有些人是空想家，但绝对没有丧失理智。学会成员包括蒸汽机的发明者詹姆斯·瓦特（JamesWatt）；18世纪英国首席化学家约瑟夫·普里斯特利（JosephPiestley）；还有医生、天文学家威廉·斯莫尔（WilliamSmall），他在美国逗留期间，是托马斯·杰斐逊（ThomasJefferson）的老师之一。月亮学会的会员们热衷于新发明新工艺，相信知识和科学推理的力量，崇尚思想自由和社会进步。他们和许多志同道合的人一起，领导了英国的工业革命，并促使它在世界范围内迅速发展，引导英国和世界进入了崭新的工业时代。
查尔斯·达尔文的祖父伊拉兹马斯·达尔文，兼医生、作家、科学家于一身，对于物种起源兴致勃勃。他的孙子青出于蓝而胜于蓝，将其作为一生研究的课题。
十八世纪六十年代，英格兰中部工业区迅速发展。伊拉兹马斯积极倡议修建一条贯穿此处的新运河。这时，他结识了乔赛亚·韦奇伍德（JosiahWedgWOOd）——著名的韦奇伍德陶瓷业创始人。两人一见如故，亲密有加，经常互相拜访。俩人的友情是联系达尔文家族和韦奇伍德家族的第一条纽带，从此两个家族缔结的友谊一直亲密地延续下去。
1776年，大约是伊拉兹马斯和乔赛亚结为好友时，伊拉兹马斯喜得贵子，名叫罗伯特·韦林·达尔文（RobertWaringDarwin）。三十年后，罗伯特·达尔文与乔赛亚的女儿苏珊娜·韦奇伍德（SusannahWedgwood）喜结连理，成为连接两个家族的第二条纽带。夫妇俩定居在芒特宅，位于距两家都不远的施鲁斯伯里镇。两人在这里养育了四个女儿，两个儿子。为了纪念罗伯特的父亲，大儿子与祖父同名，也叫伊拉兹马斯。二儿子生于1809年2月12日，名叫查尔斯·罗伯特·达尔文。
查尔斯·达尔文的儿时故居——芒特宅，位于英格兰施鲁斯伯里镇近处。
查尔斯八岁时，妈妈不幸去世。查尔斯对妈妈残存的记忆模糊不清。在1838年，他写道：“我几乎什么也想不起来了——除了被人叫走。记得走进她屋里时，爸爸迎了上来，后来——我就哭了。我能想起妈妈穿的睡衣，妈妈的模样就记不清了，只记得她领我散过一两次步。”苏珊娜·达尔文去世后，姐姐卡洛琳（Caroline）、玛丽安（Marianne）、苏珊（Susan）共同担负起照管家庭的责任。她们同时负责照顾弟弟查尔斯和年幼的妹妹凯瑟琳（Catherine）。姐姐们对查尔斯大部分时候和蔼亲切，有时却也专横霸道，甚至压迫专制。查尔斯的哥哥伊拉兹马斯，又名拉斯，因为住校幸运地逃脱了姑娘们这种“母亲”般的关爱。
知名人士罗伯特·达尔文，人称罗伯特医生，是一家之主。他身材高大，大腹便便，威严不俗，表情严肃，行动庄重。像父亲一样，罗伯特医生医术高超，因医德高尚深受病人敬重。妻子的死却使他陷入了深深的悲哀和难以自拔的烦郁之中。孩子们时常发现父亲面色冷峻。韦奇伍德的表亲在一次拜访后写道：“芒特宅笼罩在无穷无尽的阴郁之中。”尽管如此，查尔斯崇拜罗伯特医生，希望自己能够成为父亲的骄傲。一生中每当提起父亲时，达尔文总是满怀深情，万分崇敬。罗伯特医生去世很久以后，晚年时，查尔斯路经芒特宅，在新房主的指引下重访童年故居。临别时，他依依不舍地说：“在那间玻璃花房里，如果让我一个人独自呆五分钟，我想我能看到父亲——那么生动鲜明，仿佛就站在我的面前。”
达尔文的父亲罗伯特医生看起来严肃冷峻，但在达尔文的回忆中，他是那样可亲，是“就我所知最好的人”。
与查尔斯的祖父不同，尽管罗伯特医生酷爱园艺，但对博物学没有特别的兴趣。小查尔斯像父亲一样喜爱植物，幼小时对花卉�