Charles Darwin
Tiểu sử > Đoàn khảo sát trên con tàu Beagle

Bài chi tiết: Hành trình thứ hai của tàu HMS Beagle
Sau khi từ biệt Sedgwick tại Wales, Darwin sum họp với bạn bè vài ngày tại Barmouth, rồi về nhà vào ngày 29 tháng 8 để nhận bức thư ngỏ của Henslow, mời ông đảm nhận vị trí nhà tự nhiên học trù bị trên con tàu HMS Beagle dưới quyền thuyền trưởng Robert FitzRoy, nhấn mạnh rằng chức vụ này chỉ dành cho một quý ông thực thụ chứ không dành cho "một tên sưu tập quèn". Bốn tuần nữa con thuyền sẽ ra khơi kèm theo sứ mệnh lập bản đồ đường bờ biển Nam Mỹ. Robert Darwin phản đối kế hoạch thám hiểm 2 năm của Darwin vì cho rằng nó chỉ tổ phí thời gian, nhưng ông bị thuyết phục bởi người anh vợ Josiah Wedgwood II nên sau đổi ý và chu cấp tiền nong cho con trai để tham gia đoàn thám hiểm.
Sau nhiều đình hoãn, cuộc du hành chính thức bắt đầu vào ngày 27 tháng 12 năm 1831; chuyến đi mà rốt cuộc mất tận 5 năm ròng. Đúng theo chỉ đạo của FitzRoy, Darwin dành hầu hết thời gian ở trên cạn để xem xét địa chất và gây dựng bộ sưu tập lịch sử tự nhiên, trong khi đó, thủy thủ đoàn của tàu HMS Beagle đi khảo sát và vẽ bản đồ đường bờ biển. Ông ghi chép tỉ mỉ những quan sát và giả thuyết nảy ra trong cuộc thám hiểm. Ông tranh thủ thời gian tại các trạm dừng thuyền để gửi các mẫu vật về Cambridge, cùng thư từ và bản sao cuốn nhật ký cho gia đình ông đọc. Darwin đã có ít chuyên môn về địa chất, sưu tập bọ cánh cứng và giải phẫu sinh vật biển từ trước, song các lĩnh vực khác còn quá đỗi mới mẻ nên ông thường xuyên gửi mẫu vật về để chuyên gia thẩm định. Mặc dù bị say sóng, Darwin rất chịu khó ghi chép trên tàu. Hầu hết các ghi chú động vật học của ông đều bàn về động vật không xương sống ngoài biển, bao gồm đám plankton do ông bắt được bằng một cái lưới tự chế.
Tại chặng nghỉ St Jago thuộc Cabo Verde, Darwin phát hiện một dải tầng màu trắng chứa vỏ sò trên vách núi. Thuyền trưởng FitzRoy trước đó đã đưa ông đọc tập một cuốn Principles of Geology (Các nguyên lý của địa chất) của Charles Lyell, trong đó có giới thiệu luận thuyết đồng nhất cho rằng địa hình trồi lên và chìm xuống sau một khoảng thời gian rất dài. Chính vì vậy, tư tưởng của Charles Lyell đã ảnh hưởng rất lớn tới Darwin, góp phần hình thành quan niệm về địa chất của ông. Khi dừng chân tại Brazil, Darwin bị hớp hồn trước quang cảnh rừng cây nhiệt đới, song lại hết sức ghê tởm tình cảnh nô dịch tại đây, khiến ông phải phàn nàn với Fitzroy.
Đoàn khảo sát tiếp tục hướng tới Patagonia. Tại chặng Bahía Blanca, Darwin phát hiện nhiều mảnh xương hóa thạch của những loài hữu nhũ khổng lồ kèm với vỏ sò hiện đại trên vách đá gần Punta Alta, chứng tỏ một cuộc tuyệt chủng mới xảy ra gần đây mà không để lại một dấu vết biến đổi khí hậu hoặc thiên tai nào. Ông nhận dạng hóa thạch này thuộc về chi Megatherium nhờ hình thù của răng và hàm, rồi đoán rằng hóa thạch vảy xương giống giáp armadillo mà ông tìm được trước đó cũng chính thuộc về con vật này dựa trên miêu tả của Georges Cuvier. Số hóa thạch này được chuyển về Anh và nhận được sự quan tâm rất lớn của giới khoa học.
Darwin ngao du cùng các cao bồi gaucho vào sâu trong đất liền để khảo sát địa chất và thu thập thêm hóa thạch. Qua đó, ông đã học thêm nhiều điều về tình hình xã hội, chính trị và nhân chủng của Nam Mỹ vào kỷ nguyên cách mạng của lục địa này. Trên hết, ông đã phát hiện được một dữ kiện sinh học khá thú vị: lãnh thổ của hai loài đà điểu Nam Mỹ tại đây có phần trùng lặp nhau. Về phía nam, ông quan sát hấy nhiều tầng đất chứa đá cuội và vỏ sò do địa hình bãi trồi phát lộ. Ông đọc tiếp tập hai cuốn sách của Lyell và tiếp thu quan niệm "trung tâm sáng tạo" các loài, song những khám phá kế tiếp của Darwin đã thách thức học thuyết của Lyell về tính liên tục mượt và sự tuyệt chủng của các loài.
Ba người Fuegia đồng hành cùng đoàn (họ bị bắt đưa về Anh học tập cải tạo sau cuộc thám hiểm trước) trở về quê nhà để thực hiện sứ mệnh truyền giáo cho đồng bào bản xứ. Darwin nhận xét ba người họ đều rất thân thiện và văn minh. Nhưng khi tới Tierra del Fuego, ông miêu tả thổ dân vùng này "khốn khổ, thấp kém", thể hiện sự khác biệt như giữa thú thuần hóa và thú hoang dã. Tuy vậy, ông vẫn kiên định rằng tất cả nhân loại có cùng một tổ tiên duy nhất và tất cả chủng tộc đều có tiềm năng tiến lên văn minh. Không như những nhà khoa học đồng nghiệp, giờ đây ông cho rằng luôn tồn tại một cây cầu bắc qua khoảng vực thẳm chia cách phần người và phần vật. Một năm trôi qua, ba người Fuegia ấy chẳng còn mặn mà với thứ sứ mệnh do người da trắng cử họ đi làm nữa. Người đàn ông Fuegia với cái tên Anh ngữ là Jemmy Button trở về lối sống cũ, cưới một người vợ bản xứ và không hề muốn quay lại Anh.
Tại Chile, Darwin đã chứng kiến trận động đất vào năm 1835 và phát hiện bằng chứng mặt đất đã trồi lên một ít, bao gồm những dải vẹm mắc cạn vượt mức thủy triều tột đỉnh. Ông đã trông thấy những vỏ sò trên dãy Andes, cùng nhiều cây hóa thạch đứng trơ trụi ở một bãi cát ven biển. Ông suy luận rằng khi mặt đất trồi lên, các hòn đảo sẽ chìm xuống, và khiến các rạn san hô xung quanh đảo kết lại thành đảo san hô vòng.
Tại Quần đảo Galapagos mới hình thành, Darwin tìm kiếm bằng chứng để làm sáng tỏ quan điểm "trung tâm sáng tạo" của Lyell . Ông phát hiện ra các loài chim nhại có hình dạng giống các loài chim sống trên đất liền ở Chile, nhưng chúng lại có sự biến tướng ở từng đảo. Ông nghe nói rằng người dân vùng này chỉ cần căn cứ vào hình dáng mai rùa để biết chắc hòn đảo nơi con rùa đó phát tích, nhưng đáng tiếc thay ông không thu thập bất kỳ mẫu mai rùa nào. Đổ bộ tại Úc, ông bình rằng những con chuột túi và thú mỏ vịt tại đây có hình thù hết sức kỳ quái, cứ như thể hai đấng sáng thế khác nhau đã tạo ra chúng. Ông nhận xét thổ dân Úc rất "vui tính và hòa nhã", và ông cũng thông cảm trước sự suy giảm dân số của họ do tác động của di dân châu Âu.
FitzRoy đã nghiên cứu sự hình thành đảo san hô tại Quần đảo Cocos (Keeling), và các kết quả đo đạc có vẻ ủng hộ giả thuyết của Darwin. FitzRoy chắp bút viết cuốn Narrative of the Beagle, chép về toàn bộ cuộc hành trình của đoàn, và sau khi tham khảo nhật trình của Darwin, ông đã đề xuất gộp hai bản lại làm một. Phần nhật ký của Darwin sau cùng được viết lại thành tập 3 riêng, ghi chép về địa chất và lịch sử tự nhiên.
Tại Cape Town ở Nam Phi, Darwin và FitzRoy gặp mặt John Herschel, người gần đây đã viết thư cho Lyell ca ngợi thuyết đồng nhất luận của ông ta vì đã khơi mào cho các suy đoán táo bạo về "bí ẩn của những bí ẩn, sự thay thế các loài đã tuyệt chủng bởi những loài khác" như là "một thứ tự nhiên chống lại quá trình thần kỳ". Trên quãng đường hồi Anh, Darwin sắp xếp lại các ghi chép của mình và viết rằng, nếu những nghi ngờ ngày càng lớn của ông về chim nhại, rùa cạn và cáo Falkland là đúng, thì "những sự thật như vậy làm suy yếu sự ổn định của Các Loài" (nguyên văn: "such facts undermine the stability of Species"), rồi sau lại thận trọng hiệu đính thêm từ "would" trước "undermine". Ông kể thêm rằng những sự thật như vậy "đối với tôi dường như đã làm sáng tỏ chút nào nguồn gốc của các loài".
Những đoạn trích từ các bức thư gửi Henslow của Darwin đã được đọc trước các hội khoa học (Darwin lúc đó không được thông báo về điều này), rồi được in thành tập sách nhỏ để phát riêng cho các thành viên của Hiệp hội Triết học Cambridge, và được đăng lên các tạp chí học thuật, bao gồm tờ The Athenaeum. Darwin lần đầu hay tin này ở Cape Town, và tại Đảo Ascension, ông đọc được dòng nhận xét của Sedgwick về mình như sau: "[Darwin] sẽ trở thành một tên tuổi vĩ đại trong số các nhà Tự nhiên học của Châu Âu".