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生物學的意義——有机化學——生理學——微生物与細菌學——碳氮循環——自然地理學与科學探險——地質學——自然歷史——達爾文以前的進化論——達爾文——進化論与自然選擇——人類學
生物學的意義
在隨著文藝复興開始的科學時期里，天文學与物理學的進步所引起的思想上的革命是最大的一次革命。當哥白尼把地球從宇宙中心的高傲地位上推下來，牛頓把天体現象收服到日常習見的机械定律管制之下的時候，許多构成整個神意啟示理論基礎的默認假設，恰好也遭到了破坏。這樣，人們的觀點就發生了徹底的改變，可是還要經歷相當長的歲月，效果才能表現出來。地是宇宙的中心，人乃創造万物的唯一目的和意義一類的流行看法，在一般人的信仰里雖然仍有其地位，可是有知識的人士早已把同這些看法有聯系的一些天文學觀念拋棄了。
在十九世紀的飛躍進步中，最有效地擴大了人們的心理視野，促成思想方式上的另一次大革命的既不是物理知識的大發展，更不是在這些知識基礎上建筑起來的上層工業大廈。真正的興趣，從天文學轉移到了地質學，從物理學轉移到了生物學和生命的現象。自然選擇的假說，第一次給進化的舊觀念提供了一個可以接受的基礎，使人類思想在它的無盡旅途中走上下一段漫長的行程。在這個過程中，達爾文成為生物學中的牛頓——十九世紀思想界的中心人物。單是自然選擇也許不能完全解釋后來出現的許多事實，但進化論本身卻建立在一個廣博的基礎上了。這個基礎隨著時間的推移，只是更加鞏固。
要追溯進化哲學的歷史和意義，我們必須從第五章談到的地方，去考察生物知識的進步。在构成生物學的基礎的各門科學當中，物理學与物理化學，已經敘述過了，但是有机化學在十九世紀才成為一個确定、獨立的科學，須要在這里加以敘述。
有机化學
動植物体內复雜物質的化學，主要是那個奇特的碳元素的化學。碳原子有一個特殊的性質，既能自己互相結合，又能和別的元素結合，以构成很复雜的分子。我們說過，自古以來就有兩种對立的學說，一种學說主張生命是一种特殊的生命原質，另一种學說認為在生命体中，和在外界的物質世界中一樣，机械作用可以最終地解釋一切現象。有很長時間，人們一直以為組成動植物組織的复雜物質只有在生命的過程里才能形成，因此有人認為，對于生命的靈魂說的信仰就是隨著這种看法興起和衰落的。1826年，亨內爾（Hennell）用人工的方法合成了乙醇，1828年，韋勒（FriedrichWohler）用氰酸与氨制成了尿素。這些事實說明以前僅僅存在在生物体內的東西，現在也可以在實驗室內制造出來了。以后跟著又制造出許多人工合成物，1887年，費舍（Emil Fischer），由碳、氫、氧等元素合成了果糖与葡萄糖。二百年來有机物只能用干餾方法分析，分析的結果經過秤量，按份數記錄下來，即气、液、油和碳滓各占若干份，可是到了十八世紀后期，就已經知道了許多有机化合物，舍勒（Scheele）就分离出几种有机酸。
有机化學的頭一個基本問題是測定化合物中的元素与其組成的百分數。現今所用的方法是將要測定的化合物放在氧化銅放出的氧內燃燒，然后測量燃燒后的產物的數量。這种分析的方法主要是由拉瓦錫、柏采留斯、蓋伊-呂薩克与泰納爾（Thenard）等人發明出來的，又由李比希（Justus Liebig）加以极大的改進，到1830年，碳化合物的成分可根据經驗得到相當精确的測定。一個惊人的結果便是發現了“同分异构体”（即有些化合物組成成分百分數相同而物理与化學性質不同），例如异氰酸銀与雷酸銀，尿素与氰酸錏，酒石酸与葡萄酸都是。柏采留斯認為這种現象是由于兩种同分异构体的分子中原子的排列与聯系不同的緣故。同樣的現象也在元素中發現了，拉瓦錫證明木炭与金剛石在化學上是同一物質。
柏采留斯的見解，在弗蘭克蘭（1852年）、庫珀（Couper）与凱庫勒（Kekule，1858年）等人將原子价的觀念闡明以后，得到進一步的發展。如常用酒精的經驗式C2H6O可以寫成构造式如下：
式中，凱庫勒所指出的碳原子的四价，可用四條線表示，而每一條線可与別的原子如H或与別的原子團如羥基OH相連接。
1865年，凱庫勒在討論芳香化合物的文章中，把這些見解推廣去解釋這類化合物中最簡單的苯（C6H6）的結构。凱庫勒指出苯与乙醇不同，乙醇的碳鏈兩端開放，而要解釋苯的化學性質与反應，須將碳鏈的兩端連結成一個合閉的環，如下圖所示：
只要設想有一個或多個氫原子被其他原子或原子團所置換，便可以表達比較繁复的芳香化合物的結构。
這樣，有机化學便理論化了。人們根据理論上可能的結构式，預言有某些新的化合物存在，而許多預期的新化合物也真的合成或分离出來了。這樣，就有机化合物而言，結构式的理論就使我們可以把演繹的方法應用到化學上去。
米徹爾里希（Mitscherlich）本來早已指出原子結构与晶狀有關，在1844年，他又促請人們注意一個事實：酒石酸的各同分异构物，雖然化學反應，組成成分及結构式都是一樣，可是光學性質卻不相同。1848年，巴斯德（Louts Pasteur，1822－1895年）使葡萄酸鹽重結晶時，發現有兩种晶体形成，它們的關系如右手与左手或實物与鏡中的影像一樣。如果將這兩种晶体分別取出，再加溶解，一种溶液可使偏振光的偏振面旋轉向右，另一种溶液則使偏振面旋轉向左。第一种溶液后來證明含有一种普通酒石酸的化合物，第二种溶液則含有另一新鹽，与第一种混合，即得葡萄酸鹽。葡萄酸和類似物体的分解可以利用酵素一類有生命体的選擇作用來實現。事實上，從有生命的物質中得出的許多產物在光學上都是活潑的，而在實驗室中合成的同樣的產物卻是不活潑的。
1863年，維斯里辛努斯（Wislicenus）根据乳酸的類似現象斷定，這兩种不同的晶体一定是由于原子在空間的排列不同而造成的。1874年，勒·貝爾（Le Bel）与范特-霍夫也各自獨立地得到這個觀念。他們推斷說，一切在光學上活潑的碳化合物都具有不對稱的原子結构。范特-霍夫以為碳原子C位置在四面体的中心，其四角上放有四個其他原子或原子團（圖8）。如果這四個原子或原子團各不相同，就可得一种不對稱的結构，這里可能有兩种安排，彼此的關系和實物与鏡中影像的關系一樣。勒·貝爾、瓊斯（H.OJones）、波普（Pope、基平（Kipping）等人又發現碳以外的其他元素，特別是氮的化合物也有同樣的現象。
1832年，李比希与韋勒指出：在許多情況下，一個复雜的原子團（后來叫做“基”）通過化學作用在一系列化合物都是緊緊抱成一團的，就象一個元素的原子一般。
例如氫氧基OH，不但發現于水中，就是在一切苛性鹼類与醇類中也一樣存在。此外在有机化學与生物化學里還可找著無數的复雜的基，而且是有机化學和生物化學的反應所必需的。
從基的觀念自然而然要走到构型的理論。這個理論是羅朗（Laurent）与杜馬（Dumas）提出的：在1850年以后，又由威廉森（Williamson）与熱拉爾（Gerhardt）加以發展。化合物可按照它們的构型分類，例如氧化物可以看做是在水型的基礎上构成的，氫原子的一部或全部被同价的原子或原子團所置換。這种基与型的觀念代替了柏采留斯的電性二元論。
构成生物机体的無數有机物逐漸被分离出來，在十九世紀后半期又按其元素用人工方法合成出來。它們都是以下三類比合物的某一類的成員或其衍生物：
（1）蛋白質，含碳、氫、氮、氧，有時還有硫与磷。
（2）脂肪，含碳、氫与氧。
（3）碳水化合物（糖類），合碳、氫、氧，氫和氧的比例和它們构成水的比例一樣。
在這三類比合物中，蛋白質的化學結构最复雜，主要的基礎是氮。它們容易分解為許多大致相同的成分，一般叫做氨基酸，含有氫、氮二元素結成的氨基NH2。這類酸中有許多在十九世紀里被分离出來，并加以化學的檢驗。它們的結构是多樣的，但都具有一個或多個酸性碳氧基（COOH學名“羧基”）和一個或多個鹼性的氨基，所以它們同時具有酸、鹼兩性。各种有机体中發現的各种蛋白質，即是許多氨基酸以不同的比例所构成的。
1883年，庫爾蒂斯（Curtius）用人工造成一种物質，其化學反應与蛋白質產物相同。跟著，費舍研究了這种物質与類似化合物的結构。他發明了几個方法來使氨基酸結合成复雜的物体。這种物体同消比□作用于蛋白質而造成的蛋白□很相象，這些物質就叫做“多□物”。這樣，在十九世紀結束以前，在測定生物机体的組成成份的性質方面，甚至在合成這些成分方面，都有相當的進步，但對于更复雜的蛋白質，仍然了解得很少。
生理學
十九世紀生理學上最早的觀念之一就是，身体的生命是組成身体的各個組織的生命的總和結果。比夏（Bichat，1771-1802年）提出了這個理論，并且在弄清這些組織的特性方面有很多貢獻。他以為在生命中，生活力与物理和化學的力量經常在斗爭之中，后兩种力量在生物死后，就重新主宰一切而毀滅了生物的軀体。
有些個別的觀察已經說明大腦的各种功能各有一定的部位。例如1558年，威尼斯的馬薩（Massa）注意到左眼后面的部位受傷可以妨礙說話的功能。哈勒（Haller）以為神經在腦髓中有一個共同的會合點，但遲到1796年，有資格的解剖學家仍然把腦室里的流体与蓋倫的“動物元气”和亞里斯多德的“感官交會所”或“靈魂的器宮”混為一談。這种理論最后為先在巴黎、后在維也納行醫的加爾（F．J．Gall，1758－1828年）的解剖所駁倒。他把馬薩的見解加以發揚光大，揭示了大腦的真正构造，并說“灰質是神經系統的活潑而必不可少的工具，白質只是聯系的鏈條而已”。加爾被人指責為唯物主義者。他堅持遺傳的重要，尤為人所不滿，因為遺傳一說和當時教會的道德責任觀念是抵触的。他習慣于把無可置疑的事實与謬誤叢生的學說混合在一起，這就給他招來更多的糾葛。他所辭退的助手斯珀茨海姆（Spurzheim）根据他對于大腦各部位功能的研究結果建立了荒唐的“腦相學”，因而使人以為加爾本人也不過是一個走江湖的騙子。但現代腦神經學仍然是建立在加爾的研究成果的堅實部分之上的。
比夏所主張的活力論，為另一位法國生理學家馬讓迪（Majen－die）所修改。他以為生物的某些現象是一种不可解的生命原質造成的。自1870年以后，馬讓迪對于他認為适于用實驗方法研究的問題進行了辛勤的研究，有不少成就。他反對當時流行的理論觀點，崇拜實驗，甚至盲目的實驗；當時采用培根的實驗方法的人很少，他卻是一個。他證明脊神經的前后根功能各异，正如貝爾（Charles Bell）爵士所推測的那樣，——這是神經系統生理學上的一個基本發現。馬讓迪還創立了研究藥物效應的實驗藥理學．而且證明血液在血管里流動的主要原因是心髒的抽唧作用。
笛卡爾与他的學生以為由神經纖維傳達到中樞的刺激會自動地變成向外去的神經沖動，而激發适當的器官或肌肉，這樣，人体便成了一副机器。醫療學派接受了這個觀點。貝爾、馬讓迪与霍爾（Marshall Hall，1790-1857年）等人對這問題提供了不少的證据。霍爾把隨意的反射作用与無意識的反射作用區別開來。許多生活中的尋常動作如咳嗽、噴嚏、行走、呼吸都可以看做是反射，另外還有許多動作，從前認為包含复雜的心理作用，到十九世紀末年，人們，特別是夏爾科（J.M．Charcot，1825-1893年）与他的學生才把這些動作划歸到反射作用去。到了二十世紀，在這些問題上更積累了不少的證据。
十九世紀初年，德國最著名的生理學家是約翰內斯·彌勒（Johannes Muller）。在他的名著《生理學概論》中，他搜集了當時所有的生理知識。他對于神經功能也進行了不少研究。他有一個很有效果的發現：我們經驗哪一种感覺，与刺激神經的方式無關，而只取決于感官器官的性質；例如光、壓力或机械的刺激，作用于視神經与視网膜時，同樣產生光亮的感覺。自從伽利略的時代以來，哲學界就相信，人們單憑感官是無法真正認識外界的。彌勒的發現給這一信念提供了生理學的根据。
不管這种研究多么成功，就是用物理与化學的實驗方法來推進生理學的人們也往往感覺有許多問題是這些方法所不能奏效的。此外，還有一些人把主要興趣放在形態學方面。他們采取更加徹底的活力論的觀點。在法國特別是這樣。在那里盡管有馬讓迪的實驗工作，但科學界研究自然歷史的气氛比研究生理學的气氛更濃一些。博物學家居維葉（Cuvier）的影響也有利于活力論。
馬讓迪的有名學生是克勞德·伯納德（Claude Bernard，1813－1878年）。他在實驗才能上不亞于他的老師，認識到在設計實驗室工作時需要心思与想象力。伯納德所研究的主要是神經系在營養与分泌上的作用。他進行這項工作時一面采用實驗方法，一面進行直接的化學研究。他的工作成為現代生物化學的許多成果的先聲。
在彌勒的書中，食物在胃里所經過的化學變化就仿佛是消化的全部過程。1833年，美國陸軍外科醫生博蒙特（Beaumont）發表了有關消化的許多新事實。這些事實都是他從一個受了槍傷、胃上留有一個孔穴的病人身上觀察到的。伯納德也在動物身上造成同樣的情況，證明胰液可以把由胃進入十二指腸的脂肪分解為脂肪酸与甘油，把淀粉轉化為糖，并溶化含氮物質或蛋白質。
杜馬与布散果耳（Boussingault）認為植物与動物的功能完全相反。植物吸收無机物，制造有机物。動物本質上帶寄生性，靠了把有机物變為無机物，至少是變為比較簡單的殘滓而生活。動物吸取有机食物，有時略加改變，但他們認為動物絕不能制出脂肪、碳水化合物或蛋白質。伯納德用狗作實驗，證明肝在神經控制的內分泌影響下，可從血液制成葡萄糖。1857年，他又用實驗證明肝在活著時能生成一种類似淀粉的物質，他叫做肝淀粉或糖元，經過与生命無關的酵解后，即成葡萄糖。這樣，他使人明了了糖尿病的性質，并指出動物也能制成某些有机物質。
伯納德的第三個大發現便是所謂血管舒縮神經的功能。這种神經可以在感官沖動的刺激下產生不隨意動作，以控制血管。他是由于研究一种神經的節引起的“動物熱”，而發現這种功能的。后來事實證明，所謂動物熱實際是由于血管的擴張而產生的。福斯特（Foster）說：“任何稍具廣度的生理學討論都遲早難免要遇到血管舒縮問題”；這些問題是由于伯納德在一個活的動物身上進行一次簡單實驗而產生的。“假使伯納德生在今天的英國，這個實驗可能要遭到禁止，這樣，他的工作成果……在出生前就要被扼殺了。”從歷史上可以很明白地看出：有關重要器官与身体各种功能如循環、呼吸、消比的基本知識，現代生理學、現代醫學与現代外科所依賴的知識，都是由于在動物身上進行實驗而得來的。不准用這個方法增進知識的人，應負很大的道德責任，即令他們不了解事實或不了解這种實驗牽涉多么重大的問題，他們的責任也絲毫不能減輕。
神經系統的研究為韋伯兄弟（E.H．and E．F．Weber）所推進。他們發現了抑制作用，如刺激迷走神經而使心跳停止之類。
1838年，馬格納斯（Magnus）對于呼吸獲得進一步的知識。他指出動脈和靜脈管中的血均含有氧与二氧化碳，但其比例不一樣。他以為气体是溶解在血液中的，但在1857年邁耶爾證明這兩种气体与血組成一种松弛的比合物。伯納德指出一氧化碳的毒性作用是由于它從紅血球的血紅蛋白里將氧气不可回复地置換了，因此血紅蛋白不起作用，再不能將氧气輸送到身体的組織中去了。
哈維在1651年出版的《動物的生殖》一書中，已經把觀察的胚胎學放在正确的基礎之上，但真正開辟了現代發展的人是沃爾弗（Caspar Frederick Wolff，1733－1794年）。他生于柏林，死于圣彼得堡，應俄國女皇葉卡特林娜之召到了那里。在沃爾弗生前，他的研究成果被人怀疑与忽視，但事實上他卻開創了現代一切結构理論的先河。他用顯微鏡研究過細胞，指出怎樣從一個原來性質純一的胚子逐漸分比而形成各种器官。
馮·貝爾（von Baer，1792－1876年）指出細胞的增殖与分裂是一切胚胎發展的共同過程，后來更認識在整個動物界里，發育都是按這個過程進行的。1827年，馮·貝爾再度發現克魯克香克1797年所看見的哺乳動物的卵子，從而推翻了每一卵子都包含具体而微的小動物的舊說。我們可以說馮·貝爾創立了現代胚胎學。他批評了梅克爾（Meckel，1781－1833年）關于“個体歷史是种族歷史的重演”的理論；這個假說得到過早的承認，使胚胎學在十九世紀末年成了研究進化論者喜用的方法。當時，人們以為這個方法在個体歷史中可以發現某些事實，而用另外的方法，只有經歷無窮的困難，在動物界中進行廣泛的比較調查，才能得到這些事實。
生物結构的細胞理論開始于十七世紀。胡克在顯微鏡里看見了“小匣或小室”，跟著雷汶胡克、馬爾比基（Malpighi）、格魯（Crew）等人也有同樣的發現。但大進展發生于十九世紀初期，那時米爾伯（Mirbel）、杜特羅會（Dutrochet）与他們的追隨者逐漸將細胞理論奠定成形，而且按照從有核胚胎中產生的細胞不斷分裂過程研究了植物和動物組織的形成。細胞理論是很多研究者的集体成就。
杜賓根（Tubingen）的馮·莫爾（Hugo von Mohi）研究了細胞的內容，并將細胞膜內的粘性物叫做原形質。馮·耐格里（Karlvon Nageli）發現這种物質含有氮元素。舒爾茨（Max Schultz）把事實綜合起來而形容細胞為“一團有核的原形質”并主張原形質是生命的物質基礎。
柏林的微耳和（Rudolf Virchow，1821-1902年）將細胞理論應用于病理組織的研究，而在醫學上展開了一個新的篇章。他在《細胞病理學》（1858）一書中指出，病態結构是由原有的細胞變化而來的細胞組成的。例如癌有賴于細胞的病理發育，如果能找到一种治療的方法，它就必須建立在控制細胞活動的方法的基礎之上。
与擴大化學范圍把許多生命變化包括在內的同時，在把物理學的原理應用到生理學問題方面，也取得很大的進展。哈維在解釋血液循環時認為，血液靠了心髒的机械作用，被壓到動脈和靜脈里去；這個學說賦予生理學的研究以自然主義的色彩。但到十八世紀的后半期，由于這個問題非常困難，活力論的假說又普遍地被人采用；法國學派的“超机械力”到十九世紀中期還維持著它的影響。以后，意見就開始改變。這种局面最初是有机化合物的合成和我們敘述過的生理學方面的研究成果促成的，后來又為物理學方面的研究成果所加強：路德維希（Karl Ludwig）在生理學中使用了物理儀器；邁爾与赫爾姆霍茨的工作表明，能量守恒的原理必定也适用于生物机体。
許多人認為這是非常可能的。沒有證明的必要，但在許多年后，這一點才得到精确的實驗證明。李比希的确說過動物熱不是夭生的，而是燃燒的結果，但直到有人把各种食物放在量熱器里燃燒測定其熱值以后，才得到定量的證明。1885年，魯布納（Rubner）測定蛋白質与糖類的熱值為每克4．1卡，脂肪為9．2卡。1899年，阿特沃特（Atwater）与布賴恩特（Bryant）發表了他們在美國所進行的更廣泛的實驗的結果。他們扣除了各种食物中不能消化部分，對魯布納的數字加以修正：蛋白質与糖類的熱值為4．0卡，脂肪為8．9卡。一個從事重勞動的人每日所需的食物的燃料值為5，500卡，而不用肌肉工作的人，每日所需的食物的燃料值僅為2，450卡。伍德（T.B.Wood）等人新近對農場牲畜的研究，又把食物分為維持量（即動物存活所需的食物），与增加量（即為發育与產乳所需的食物）兩類。
要研究能量不滅的問題，我們就必須測定從食物中輸入的能量与肌肉作工發熱及排泄時輸出的能量。魯布納在1894年對狗身上的輸入和支出作了估計，算出這兩個量出入在0．47％之內。1901年，阿特沃特、羅莎（Rosa）与本尼迪克特（Benedict）在人体上進行實驗。他們的結果說明，兩數出入在千分之二以內。腦力活動与其他沒有計入的活動，很可能也需要能量，但其數值必然很小。
這种大体上符合能量守恒原理的結果說明，人体的体力活動歸根結蒂應溯源于所攝入的食物的化學能量与熱能量。由此，我們可以得出一個即使不嚴格符合邏輯也是十分自然的結論：能量的總輸出額既然符合物理定律，那末中間過程當然也可以完全用這些定律來描述。
這种自然主義的觀點不但因為許多觀察者的工作證實了細胞理論而進一步鞏固下來，而且還由于其他研究而進一步鞏固下來，其中包括關于細胞結构与功能的研究。人們很快就把与膠体物質有關的物理現象的知識應用到生理學的問題上去，同時還發現神經作用的現象總是伴有電的變化。
事實證明，有許多种以克汀病得名的先天白痴，是甲狀腺功能衰退造成的。1884年，希夫（Schiff）發現，如果用甲狀腺素飼喂動物，可以防止切除甲狀腺的后果。這個結果不久就應用于人体，使許多從前本來會以白痴終身的儿童，都成長為快樂而有智慧的人。
由于用科學方法說明了許多人体的生理過程，十九世紀中葉机械哲學愈見盛行。于是人們就產生了這樣一個信念：生理學不過是“膠体物理學和蛋白質化學”的一种特殊情況。不管整個生理學問題以及构成這個問題的基礎的心理學和形而上學的問題的真相怎樣，有一點是很明顯的：為了促進孤立地研究自然界的個別部分或方面的科學，我們必須假定生理的過程，在細節上也是可以了解的。要增進知識，就必須應用已經确立的自然原則，而從科學的有限觀點來看，物理學与化學的基本觀念与定律實在是自然原則的最好的終极陳述。這种分析的方法与觀念是否足以解決整個動物机体的綜合問題，那是另外一個深奧得多的問題。舉一個极端的例子：有一個學說，說人的心靈運用身体，就象音樂家運用樂器一樣，即使樂器也不過是一种物質的結构而已。
在十九世紀的第三個季度里，人們已經由研究同無机化學里催化作用相似的催化作用，進而去研究在生物机体中進行的許多過程。到1878年，有机催化劑或酵素在生物化學上已經具有很大的重要性，那一年在闡明它們的作用方面有很大貢獻的庫恩（Kuhne），給它們起了一個特殊的名稱：“□”（希腊文EV ＆UUn“在酵母內”）。催化劑或□的主要性質是，它象滑油之于机器那樣，能促進化學反應，增加其速度，而自己卻不作為一個組成成分加入最后平衡的物質。□常是膠体物，并帶有電荷，這也許是它們的作用的一個原因。事實上，1887年，阿累利烏斯已經指出离子自身便有催化作用，在蔗糖的旋轉中就是這樣。1904年和以后几年，柯爾（Cole）。米凱利斯（Michaelis）与索倫森（Sorensen）研究了离子對于膠狀□的影響。有机變化的過程常需特殊的□。有些□分量极微，只有憑它們的特殊反應才能把它們發現出來；另外一些可以分离出來加以研究。比較重要的□有如下几類：分解淀粉的淀粉□，在酸液中分解蛋白質的胃蛋白□，在鹼液中分解蛋白質的胰蛋白□，以及分解酯類物的脂□等。雖然在生物体內，□的最明顯的作用，是促進复雜的物体使其分解為比較簡單的成分，可是它們的作用是可逆的。它們只在化學變化的進行方向上，促進其反應的速度。
微生物与細菌學
十九世紀生物學最惊人的發展之一，是人們對于動植物和人類的細菌性疾病的來源与原因的認識大大增進。這种認識由于能增加我們控制環境的能力，因而和其他科學的實際應用一樣，也顯著地影響了我們對于人与“自然”的相對地位的看法。1838年左右，德拉托爾和施旺發現發酵過程中的酵母是一些微小的植物細胞，而發酵液体中的化學變化在某种程度上是這些細胞的生活造成的。施旺還發現腐敗也是一個類似的過程。他指出如果我們設法用加熱的方法把所有与受檢查的物体相接触的活細胞都毀滅淨盡，并且以后只讓它和經過赤熱試管的空气接触，則發酵与腐敗都不會發生。這樣他就證明了發酵与腐敗都是活著的微生物的作用造成的。
這些結果在1855年前后又由巴斯德加以證實与發揮。他認為每一個已知的自然發生的例子，都不是事實。他指出細菌的存在都是因為有細菌從外面進來，或者里面原來就有細菌，后來才發育起來。巴斯德證明某些疾病如炭疽、雞霍亂与蚕病就是由特种微生物造成的。后來許多別的疾病所特有病菌也發現了，它們的生活史也考查出來了，其中有許多疾病是人類中間流行的疾病。
利斯特（Lister）在1865年听說巴斯德的實驗，到1867年就把這一成果應用到外科手術上去。他先是用石碳酸（酚）作為防腐劑，以后又發現清洁是一种有效的防腐方法。由于利斯特把巴斯德的研究成果應用于外科，再加上戴維爵士、馬薩諸塞（Massachusetts）的莫頓（W．T．G．Morton）与愛丁堡（Edinburgh）的辛普森（J．Y．Simpson）爵士以前所發現的麻醉劑，外科手術就達到前此所未能達到的安全地步。這些發現在衛生、內科与外科方面所產生的效果，极其明顯地表現在城市居民死亡率的降低上。如倫敦在二百年前每年的死亡率是千分之八十，而1928年則降低到千分之十二。
1876年，科赫（Koch）發現炭疽杆菌的孢子的抵抗性比杆菌本身更強。1882年，科赫又發現了造成結核病的微生物。大大發展了細菌學的技術，使它成為公共衛生与預防醫學所必不可少的一种藝術与科學的，就是科赫。特殊的微生物，一經分离之后就可以讓它們在明膠或其他媒介物的純粹的培養液里自行繁殖。然后就可以在動物身上測定這些細菌的病理效應。
人們發現，至少在有些情形下，与微生物細胞的生命有關的某些變化所以產生，是因為微生物細胞里有某种□，或者是由于微生物細胞的活動而產生某种□。1897年，畢希納（Buchner）從酵母細胞內分离出了特种□，并表明這种□与活的酵母細胞相同能引起同樣的發酵作用。這种□的作用与一般的情況相同，反應完成之后，□仍不變；單單它的存在就足以引起和促進化學反應。
1718年，蒙塔古（Mary Wortley Montagu）夫人從君士坦丁堡傳入天花病的接种法。十八世紀末，杰斯提（Benjamin Jesty）根据一般人的信念，認為患過輕微牛痘的擠奶姑娘不會感染天花，英國柏克利鄉間醫生詹納（Edward Jenner）用科學方法去研究這個問題，而發明了种痘的方法。他將病毒放在小牛体內，待其作用減弱時，再將痘漿注射于人身，使人得減輕或完全避免這种疾病的危害。這一發現開創了免疫學的研究。病原体產生有毒的物質或毒素。這种毒素是1876年首先在腐敗物內發現的。1888年人們可用過濾培養液的方法，從細菌得到毒素。就白喉病而言，我們先從其細菌培養液取得毒素，然后把這种毒素逐漸加多地注射入馬体內，馬的組織內即制成一种抗毒素。由免疫的馬血制成的血清，可以保護与病菌接触過的人和幫助已經患白喉病的人恢复健康，此外，用病菌的消毒培養法，我們可以制出各种疫苗，使人們對活的病菌所造成的各种疾病部分的或完全的免疫。1884年，梅契尼科夫（Metschnikoff）發現“食菌細胞”（白血球），具有消除致病性細菌的功能。
伯登-桑德森（Burdon－Sanderson）与巴斯德等把詹納的毒素減弱的原理推廣應用，去治療其他疾病。巴斯德證明狂犬病或恐水病，就是在已經感染以后注射，一般也是有效的。這個可怕的、從前認為無法治療的疾病，經注射后死亡率減少到百分之一左右。顯微鏡下看不見有細菌。這种病是一种比一般細菌小得很多的病毒所造成的。
病原微生物的生活史常常是很复雜的，有些病原微生物在不同的寄主里度過其生活的几個階段。只有通過給活動物接种的极周密的實驗，才有可能研究它們的性質。有些寄主有時并不感受侵入的微生物的影響，這就使我們在研究感染的來源時遇到极大困難。人們最后戰胜瘧疾的經過是研究傳染病時所遇見的困難与危險的最好的例子。瘧原虫是法國軍醫拉維蘭（Laveran）在1880年左右發現的。五年后意大利人觀察到人們感染瘧疾是由于被蚊虫咬傷。1894-1897年間，曼森（Manson）与羅斯（Ross）證明一种特殊的蚊虫（Anopheles，瘧蟻類）身上有一种寄生虫，這种寄生虫就是瘧原虫的幼虫。因此，防治瘧疾的正确方法就是毀滅蚊虫的幼虫。而要毀滅蚊虫的幼虫，就需要把沼澤地帶的積水排清，或用油膜覆蓋于靜水的池沼上面，以防止其生長。
同樣，人們也查明馬爾他病或地中海熱，是一种微生物的作用造成的。這种微生物的一段生命寄生在山羊体內，由羊乳傳染到人，可是山羊卻不生病。人們還發現黑死病（鼠疫）与鼠、蚤及其他傳遞疫菌于人的寄生虫有關。這是病菌通過間接途徑進入人体的又一例子。只有明了這些病菌的生活史之后，防治的斗爭才能收到最好的成效。
1893年，萊夫勒（Loffler）与弗羅施（Frosch）最先透徹地研究了超顯微鏡的病毒。他們指出患口蹄疫的動物的淋巴液經過可以隔离一般細菌的濾器后，仍然可以使其他動物感染疫病。他們斷定所處理的對象，不是無生命的毒質而是能生殖的微小机体。我們至今還不能斷定這些超顯微鏡的可濾過的、可以使動植物感染，很多疾病的病毒，究竟是不是粒子狀的細菌。無論如何，它們的大小，必与分子接近，有人以為它們是一种非細胞的新型的有生命的物質。
碳氮循環
我們再來談呼吸的問題。拉瓦錫与拉普拉斯證明動物的生命需要碳和氫經氧化而成二氧化碳与水。1774年，普利斯特列發現，如果把綠色植物放在小鼠“弄坏”過的空气停一個時候，這种空气就可以再一次恢复維持生命的功能。1780年，英根豪茨（Ingen－housz）證明植物的這种作用只有在日光下才能發生。1783年，塞尼比爾（Senebier）表明這种化學變化是把“固定下來的空气”變成“脫燃素的空气”，即由二氧化碳變成了氧。1804年，德·索熱爾（deSaussure）對這個過程作了定量的研究。這些結果啟發李比希進行研究，并提出一個概括的理論，說碳元素和氮元素在動植物交互生長与腐敗的過程中，必經過循環的變化過程。
幫助植物增殖的活性物質是葉綠素。它的化學結构与在日光下的化學反應都很复雜，現在還不十分明瞭。但是它有一种能力，是地球上我們所看到的生命所必需的：它能利用日光的能量去分解空气中的二氧化碳，釋出氧气，使之与植物組織的复雜有机分子里的碳相結合。在葉綠素的吸收光譜中，最大吸收量的位置恰与太陽光譜中最大能量的位置相合，這樣一种手段与目的的适應，不管是怎樣產生的，畢竟是很奇妙的。
有些動物靠食用植物過活，也有一些動物靠吃其他動物維生，因此，一切動物都是依賴葉綠素所收集到的太陽能量生活的。動物呼吸時，將碳化物氧化為有用的衍生物与排泄物，同時靠氧化所發出的其余能量維持体溫。植物也慢慢放出二氧化碳，不過在日光中這种變化為具逆向的反應所掩蔽而已。植物与動物都把植物吸取的二氧化碳歸還給空气中，無用的有机化合物就堆積在土中。在這里它們為無數土壤細菌所分解，變成無害的無机物，同時將更多的二氧化碳傾注于空气中。這樣就完成了碳的循環。
与此相當的氮循環是較近的發現。羅馬詩人味吉爾在其《農事詩》里，已經勸告在种麥之前須种黃豆、紫云英或羽扇豆。這种作法的好處是大家都知道的。但是其中道理直到1888年經過赫爾里奇爾（Hellriegel）与威爾法斯（Wilfarth）研究方才弄明白。豆科植物根上的瘤藏有一种細菌，能固定空气中的氮，用我們不知道的化學反應，把氮變成蛋白質，然后輸送到植物里去。1895年，維諾格拉茲基（Vinogradsky）尋出另外一個過程：土中細菌直接由空气中得到氮，其所需要的能量大概是由死植物的纖維分解而來的。
植物可以從這兩种來源得到氮。含氮的廢物，主要是在土壤中适宜的細菌的幫助下，變成氨鹽，最后變為硝酸鹽。這是植物制造蛋白質所需要的氮的最好來源。土壤是物理的、化學的与生物的混合体，主要是膠体。為了維持它的平衡，它既需要從動植物腐敗而來的有机鹽，也需要從礦物而來的無机鹽。
李比希說明了礦物鹽在農業上的重要性，但他忽略了氮的极端重要性。十九世紀中葉，這個問題才由布散果耳（Boussingault）以及吉爾伯特（Gilbert）和勞斯（Lawes）在羅森斯特德（Rothams－ted）實驗站加以研究；他們的研究成果成了現代人工施肥的基礎。植物生命不可缺少的元素是氮、磷与鉀，但這些元素通常只有极少量。如果這些元素的一种分量過少，農作物的收成必受限制。只有按照植物能利用的方式添加不足的元素，植物才會自由生長起來。微量的其他元素，如硼、錳与銅，也是植物所需要的。
人工施肥的科學研究使農民在耕作方法上得到更大的自由。當人們可以把農作物所吸取的元素還給土地來維持土地的肥沃性的時候，舊日的輪种和体种方法就可以大大改變了。
自然地理學与科學探險
在十八世紀后半期和整個十九世紀，系統的世界探險工作進行得很快，而且大部分是在真正科學精神下進行的。1784年，英國軍需部在洪斯洛荒地（Hounslow Heath）測定基線，開始利用三角學進行測量。這樣，法國地圖學家丹維爾（d’Anvlle）所創始的精密地圖和海洋圖就都有可能給制出來了。
我們應當敘述一下普魯士博物學家和旅行家洪堡男爵（vonHumboldt，1769－1859年）的工作。他最喜歡住在巴黎。在那里，他協助蓋伊－呂薩克完成气体的研究（見211頁）。他花了五年的時光在南美洲及墨西哥海灣的海上与島上探險。根据這次旅行所得的觀察結果，他認為應該把自然地理學与气象學當做是精确的科學。洪堡首先在地圖上繪出等溫線，因而得到一個比較各國气候的方法。他攀登過安第斯山脈的琴博腊索山（Chimborazo）与其他高峰，以觀察溫度隨海拔增高而降低的比率。他研究了赤道帶暴風与大气扰亂的起源；他研究了火山活動帶的地位，認為火山活動帶与地殼的裂縫是符合的。他調查了動植物在自然條件影響下的分布情況；他研究了從兩极到赤道地磁強度的變化，并巳創造了“磁暴”這個名詞來描述一個他首先加以記錄的現象。
洪堡的勞動与人格引起人們很大興趣，從而推動了歐洲各國的科學探險。1831年英國派出“獵犬號”（the Beagle，或音譯為“貝格爾號”）進行了一次有名的航行，“完成了巴塔哥尼亞（Pata－gonia）与火地（Tierra del Fuego）的測量；又測量了智利、秘魯的海岸和太平洋上一些海島；并且進行了定期的環球聯測”。當時宣布，這次航行“純粹是為了科學的目的”，達爾文就以“博物學家”的身分，在這艘船上服務。
几年以后（1839年），有名的植物學家胡克（W．J．Hooker）爵士的儿子約瑟夫·胡克（Joseph Hooker，1817－1911年）加入了羅斯（James Koss）爵士的南极探險隊，在那里花了三年時間研究植物。后來他又參加一個政府資助的遠征隊，到了印度的北邊。1846年，赫胥黎（T．H．Huxley）离開英國，在“響尾蛇號”船上做外科醫生，在澳大利亞海上進行了几年測量与制圖工作。他生性熱情，觀察力銳敏，常常因為沒有机會從事普遍感興趣的精密科學研究而慨歎。這樣，在十九世紀思想革命中起了重大作用的人物當中，就有三個在科學探險的航行中當過一個時期的學徒。有組織的發現与研究的最高潮是“挑戰者號”（the Challenger）的遠征。這艘船于1872年出發，在大西洋与太平洋上游弋几年，記錄了有關海洋學、气象學及自然歷史各個部門的資料。
海洋學尤其變得重要起來。美國海軍部的莫里（Maury）研究了一個半世紀以前丹皮爾（Dampier）所留下來的有關風和洋流的問題，對于海上路線航行作了很大改進。海上的集群生物具有無數的形態，有顯微鏡下才看得見的、經亨森（Henson）命名的浮游生物、原生動物、變成海底軟泥的放射虫的骸骨，還有各式各樣大小的魚類；它們的生活遷徒部分地以浮游生物為轉移，因為有些魚群以這些生物為餌料，常追隨它們而游行。
地質學
拉普拉斯由于企圖提出一個合理的學說來說明太陽系的起源，就促使人們注意到這個問題并激發了人們把地球當做太陽系的一部分加以研究的興趣。不幸，在不顧教皇的無上權威，思想自由最為盛行的國家，《圣經》文字的權威也最為深入人心。所以在《創世記》以外任何有關地球起源的看法，必須經過一番新的斗爭，才能得到一般的承認。就是在十九世紀中期，還有人認真地說化石是上帝（或魔鬼）埋藏在地下，以考驗人們的信心的，但是我們都知道化石告訴我們的是另外一套故事。
從很早的時候以來，在開礦的過程中，人們就得到一些有關岩石、金屬与礦物的知識。正象一些希腊哲學家那樣，達·芬奇与帕利西（Palissy）已經認識到化石是動植物的遺体，但是一般人卻以為化石是“造物的游戲”，是一种神秘的“溯形力”——自然界以各种方法創造所喜愛的形式的傾向——的產物。只有個別的觀察者，如斯坦森（Niels Stensen，1669年），才認識到我們可以利用化石來探索地球的歷史，但這种看法沒有得到一般人的接受。伍德沃德（Johnwoodward，1665－1728年）贈給劍橋大學的大批化石大有助于證實化石來源于動植物的看法。1674年，佩勞爾（Perrault）證明地上的雨量足以解釋泉水与河流的來源而有余，蓋塔爾（Guettard，1715-1786年）說明風化怎樣改變了地球的面貌。雖然如此，仍然有人對事實加以曲解，以附會圣經中關于天地開辟時有洪水或大火的說法，而有水成派与火成派的爭論。
首先有系統地和這种觀點作斗爭的是在1785年發表《地球論》的赫頓（James Hutton，1726-1797年）。這一次又是對自然過程的實際認識，舖平了科學前進的道路。赫頓為了改進他在柏韋克郡（Berwickshire）的農場，先在諾爾福克（Norfolk）研究本國農業再到荷蘭、比利時与法國北部學習外國的農業方法。他對人們所熟悉的溝、坑、河床等熟思了十四年，然后回到愛丁堡，奠定現代地質科學的基礎。赫頓認為岩石的層化与化石的埋藏現今仍在海、河、湖沼之內進行。赫頓說：“不是地球固有的因素不予使用，而且不了解其原理的作用不予承認”——這是一句真正的科學格言，因為它力求避免一切不必要的假設。
一直到沃納（Werner）指出地質岩層有規律地相繼出現以后；一直到斯密斯（William Smith）根据化石的客藏算出岩層的相對年齡以后；一直到居維葉根据在巴黎附近發現的化石与骨骼、重新构成久已絕跡的哺乳動物以后；一直到拉馬克（Jean Baptiste deLamarck）比較現今的介殼和化石的介殼，而加以分類以后；最后一直到賴爾（Charles Lyell）爵士把說明水、火山与地震等因素至今仍在改變地球的證据以及有關化石的事實，都收羅在他的《地質學原理》（1830-1833）之內以后，赫頓的“天律不變學說”才得到普遍的公認。長期不斷的過程所積累的效果第一次為人類所充分把握；人們覺得利用岩石的記錄，印證眼前仍在進行的自然作用進行推理，我們可以尋出地球的歷史，至少可以尋出地球上有生物的一段時期的歷史。
化石的生態說明生命在各确定的時期里有很大的改變。這与阿加西斯（Agassiz）与巴克蘭德（Buckland）在1840年左右最先收羅到的關于冰河作用的地質證据是符合的。這些地質證据可以說明各個冰期。
人類的起源与年齡的問題是人類特別感興趣的問題。由于發現原始人所用的石器，由于在現今歐洲已絕跡的動物遺骸附近發現獸骨和象牙雕刻，賴爾才得以在1863年确定人類在生物的長系列中的地位，而且指出人類在地球上存在的時期比公認的圣經年代學所說的年代要長得多。現在看來，很可能，我們的祖先擺脫比較原始的狀態成為真正的人，約在距今百万至千万年之間，而文明不過是五千至六千年間的事。
自然歷史
在布丰發表了他的巨著《動物的自然歷史》以后，又有一位法國人對分類問題進行研究，把分類法放在堅實的基礎之上。喬治·居維葉（Georges Cuvier，1769－1832年）是一新教教士的儿子。他父親從朱拉（Jura）遷居符騰堡（Wurtemberg）保護國境內。在法國革命初期和恐怖時代，他在諾曼底（Normandy）安靜地學習，隨后到巴黎，即在法蘭西學院得到一個重要的位置。他的特殊貢獻在于，他在博物學家中最先對現在的動物的构造和古代化石的遺骼加以系統的比較，從而說明在研究生物發展的時候，過去与現在應當同樣注意。居維葉站在科學發現的新時代的門口。他的主要著作《按其組織分布的動物界》（Le Regne Animal，distribued’apres son Organisation），是兩派人的研究成果之間的橋梁。一派人把世界及其現象當做是靜止的問題加以研究，一派人把世界及其現象當做是一出巨大的進化戲劇中一系列變動不已的場景加以研究。
不幸，科學家与從事實際工作的花匠和農民之間缺乏密切的聯系，后者用雜交与選种的方法不斷培育出許多動植物的新品种，或把已有的品种加以改良。十八世紀末，貝克韋爾（Bakewell）把長角羊改良為新的有用的勒斯特（Leicestor）种。科林（Colling）兄弟應用貝克韋爾的方法改良了提斯（Tees）山谷的短角种，這樣就培育出最重要的英國羊种。
巨大變异的自發出現，是園藝家們都熟知的事實：
例如，一种變种梨會忽然生出一支結滿优良水果的枝條來；山毛櫸會莫名共妙地長出綠葉扶疏的枝干；山茶會開出意料不到的好花。如將它們從母樹取下插枝或嫁接，這种變种可以長久維持下去。園圃中的許多花卉与果木的品种便是從這樣得來的。
園藝家所培殖的新品种，多數是由不同品种甚至种的個体雜交而來。在后一情況下，我們曉得雜交的結果常比純种生育不蕃，有時簡直不能生殖。
達爾文以前的進化論
自然界處在進化過程中的觀念至少可以上溯到希腊哲學家的時代。赫拉克利特認為万物皆在流動狀態之中。恩培多克勒說生命的發展是一個逐漸的過程，不完善的形式慢慢地為較完善的形式所代替。到了亞里斯多德的時候，思辨好象更進一步，以為較完善的形式，不但在時間上來自不完善的形式，而且就是從不完善中發展而來。原子論者常被稱為進化論者。他們好象認為每一物种都是重新出現的。但由于他們相信只有与環境适合的物种才能生存，他們在精神上已經接近自然選擇說的實質，雖然他們的事實根据還不充足。有人說得對：“在科學中沒有充分考慮到有關事實的意見，不能借口正确而固執不舍。”象在其他許多知識領域中一樣，希腊哲學家所能做到的，只是提出問題，并對問題的解決辦法進行一番思辨性的猜測。
事實上，花去了兩千年時間，花費了無數沉靜而不關心哲學的生理學家与博物學家的心血，才收集到足夠的觀察与實驗證据，使得進化觀念值得科學家加以考慮。博物學家大半都把進化觀念留給哲學家去議論，而且在達爾文与華萊士（Wallace）發表他們同時提出的研究成果以前，科學界的意見就發麥出來的而言，倒是反對進化論的。這是在資料不确鑿時暫不下判斷的真正科學態度的很好例證。另一方面，哲學家也盡了他們的本分，因為他們對于一個還不能交給科學家處理的學說，不斷地提出思辨性的見解。他們對一個极其重要的問題始終不作最后決定，然而又提出解訣的方案。到相當的時候，這种解決方案可以成為科學家的工作假設，他們讓科學家去做最后的決定。當文藝复興時期進化觀念再度出現時，它主要出現在哲學家（如培根、笛卡爾、萊布尼茨与康德）的著作之中，就是這個道理。与此同時，科學家卻在慢慢地研究事實。這些事實最后會經過哈維的胚胎學和約翰·雷（John Ray）的分類系統，引導他們朝同一方向前進。有些哲學家在考慮物种目前的易變性及用實驗方法研究的可能性時，甚至達到完全現代的觀念，但我們不要忘記另外一些稱為進化論者的哲學家（達爾文的前驅）卻是從理想的意義上，而不是從現實意義上看待進化的。歌德（Goethe）的有些見解屬于這一類，謝林（Schelling）与黑格爾也是這樣。在他們看來，物种間的關系在于在概念領域內表現這种關系的內在理念。黑格爾說：“變化只能歸之于理念本身，因為只有理念才在進化。……把從一個天然的形式和領域到一個更高的形式和領域的變化，看做是外部的与實際的產物，那是一個蠢笨的念頭。”
可是，哲學家對于進化論的貢獻的价值，并不因為哲學家從理想觀點來看進化而化為烏有。最有趣味而且引人注意的是，哲學家与博物學家之間的分工与見解的不同，一直維持到最后的一刻。斯賓塞（Herbert Spencer）雖也是一位合格的生物學家，基本上還是一位哲學家。他在達爾文的《物种起源》發表以前几年，已經在鼓吹一种成熟而具体的進化論學說，而當時大多數博物學家還不愿接受任何這樣的學說。就連搜集過不少變异證据的植物學家戈德倫（Godron），到1859年，即《物种起源》出版的那一年，也還是反對進化觀念。哲學家和博物學家都是對的，他們各遵循正當的途徑。哲學家所處理的是一個哲學問題，還沒有達到可以用科學方法加以考察的地步。博物學家不接受一种沒有确鑿證据，而且無法著手研究的見解，甚至不把它當作一項工作假設，也正是真正科學家的審慎態度。
雖然如此，在十八世紀，就已經漸漸地有一些博物學家不顧當時流行的科學意見，維護某种進化學說，到十九世紀前半期，這樣的人更是愈來愈多了。搖擺于巴黎大學正統派与“生物聯鎖論”的信仰之間的布丰，提出了外界環境直接改變動物的學說。詩人、博物學家与哲學家伊拉茲馬斯·達爾文（Erasmus Darwin），看到了一點啟示。這一啟示后來在他孫儿手中得到了圓滿的發展、他說：“動物的變形，如由蝌蚪到蛙的變化……人工造成的改變，如人工培育的馬、狗、羊的新品种，……气候与季節條件造成的改變，……一切溫血動物結构的基本一致，……使我們不能不斷定它們都是從一种同樣的生命纖維產生出來的。”
最早的一個有條理的合于邏輯的學說是拉馬克（Lamarck，1744－1829年）的學說。他想要在環境造成的改變的積累性的遺傳中，尋找進化的原因。照布丰的見解，環境對于個体所起的改變影響，常常很小，拉馬克卻認為，如果習慣的必要改變變成是經常的和持續的，這就可能改變舊的器官，并在需要新器官時使新器官產生出來。例如長頸鹿的祖宗由于不斷地伸長頸脖去吃高處的樹葉而獲得愈來愈長的頸，這樣獲得的結构的變化又通過遺傳而得到發展和強化。雖然這樣的遺傳沒有直接的證据可尋，但它卻不失為一种合理而前后一貫的工作假設，可以供其他博物學家，如梅克爾（Meckel）加以使用与發揮。
人們既然注意到環境對于個体的影響以及可以正當地歸之于外界環境的變比的范圍，這自然要對人們的思想与行動產生很大的影響。我們很難相信，個体可以發生深刻的變化，而其种依然一成不變。因此在十九世紀，就有人把通過環境造成改變的學說當做默認的前提，而興辦了很多社會慈善事業。雖然如此，隨著時間的推移，我們已經明了后天獲得的性質，即使有，也很難發現。這個問題在今天還在討論之中，始終沒有定論。
十九世紀另外兩位主張環境對于個体有直接作用的進化論者是至提雷爾（Etienne Geoffroy Saint－Hilaire）与錢伯斯（RobertChambers）。后者隱名出版的《創造的痕跡》（Vesttiges of Creation）一書，曾經風行一時，幫助人們在思想上做好准備便于接受達爾文的進化論。
但達爾文的工作的中心思想，是從一個人而來的。由于奇特的机遇，他還把同樣的線索給予華萊士。此人便是馬爾薩斯（Thomas Robert Malthus，1766-1834年）。有一時期他做過英國薩里（surrey）的阿耳伯里（Albury）副牧師。馬爾薩斯是一位能干的經濟學家。在他所生活的時代里，英國的人口增加极速。1798年，他的《人口論》第一版問世。他在這本書里宣布人口的增加常比食物的增加快，只有靠饑饉、瘟疫与戰爭除去過多的人口，才能使食物夠用。在以后版本中，他又承認了節制生育的重要性，當時生育節制主要是通過遲婚來實行的。因此，就應用于人類來說，不免削弱了他的簡單明了的主要論點。
達爾文談到過這本書在他思想上所起的作用：“1838年10月，我為了消遣，偶然讀了馬爾薩斯的《人口論》。我長期不斷地觀察過動植物的生活情況，對于到處進行的生存競爭有深切的了解，我因此立刻就想到，在這些情況下，适于環境的變种將會保存下來，不适的必歸消滅。其結果則為新种的形成。這樣，在進行工作時，我就有了一個理論可以憑持。”
達爾文
得到這個啟示的人，由于遺傳与環境的緣故，也具有充分利用這個啟示的條件。查理·達爾文（Charles Robert Darwin 1809-1882年）是施魯斯伯里（Shrewsbury）鄉間能干而有資財的醫生羅伯特·達爾文（Robert Waring Darwin）的儿子。他的祖父是伊拉茲馬斯·達爾文，上面已經講過了。外祖父約瑟亞·威季伍德（Josiah Wedgwood）是埃魯里亞（Etruria）的一個陶工，也是一位具有科學能力与智慧的人。威季伍德族是斯塔福德郡（Stafford－shire）的小地主世家，達爾文族也是地主，但來自林肯郡（Lincoln－shire）。查理·達爾文最初在愛丁堡攻讀醫學，后來改到劍橋大學基督學院，想成為牧師。他在“獵大號”船上做博物學家，在南美海面上航行五年，得到最好的訓練。在熱帶与亞熱帶的地區里，生物繁茂。達爾文看到了各种生物互相依存的情況，歸來后不到一年，便著手整理記載与物种變遷有關的事實的許多札記中的第一冊。十五個月以后，他讀了馬爾薩斯的書，發現一個線索，結果便形成了新种通過什么方法產生的學說。
屬于一個种族的個体，天賦性能各不相同。達爾文對于這些變异的原因不表示意見，只是把這种變异當做事實加以接受。如果生殖過多或追求配偶的競爭過大，任何在爭取生存和爭奪配偶的斗爭中，有用的性能都具有“生存价值”，而使具有這种性能的個体占有优勢，有更大机會延長生命或得到配偶，順利地生產壓倒多數的后裔以繼承這一有益的變异性。由于不具有這种性能的個体逐漸被淘汰掉了，這一特殊性便有擴大到全种族之勢。种族改變了，一個不同的永久的种別慢慢地确立起來。這是一個新觀念。關于它在思想史上的重要意義，赫胥黎有過确當的說明。赫胥黎憑借他的闡釋的天才、辯論的技巧与爭辯的勇气，在促使一般人接受達爾文与華萊士的見解方面比任何人盡力都多。他說：“新种可由個体离開种的類型的變异，經過環境的選擇作用而形成。這种意見，在1858年以前，不論科學思想歷史家和生物學家都是聞所未聞的。我們把這种變异稱為‘自然發生’，因為我們不知其中的原因。但這個意見卻是《物种起源》的中心思想，它包含了達爾文主義的精髓。”
達爾文把這個觀念當做工作假設，花了二十年的功夫搜集事實和進行實驗。他博覽群書，閱讀旅行游記，閱讀有關運動競賽、自然歷史、園藝种植和家畜培養的書籍。他進行了家鴿交配的實驗，研究了种子的傳播，以及動植物在地質与地理上的分布。在融匯事實、權衡事實与已產生的一切复雜問題的關系以及最后排比事實上，達爾文表現了無上的本領。他的坦率的誠摯，對真理的愛好以及心境的平靜与公正，都是理想的博物學家的典范。他為了指導工作，形成許多假設，但他絕不讓先入之見蒙蔽了事實。他說：“我不斷地努力保持心無拘執，以期任何心愛的假設（我對每一問題都要成立一個），只要證明与事實不合，我都可以立刻放棄。”
達爾文到1844年已經相信物种并非不變，而物种起源的主要原因是自然選擇，但他年复一年地繼續工作，以期得到更可靠的證据。1856年，賴爾敦促他發表他的研究結果，達爾文覺得他的研究尚未圓滿，沒有听從。1858年6月18日，他收到華萊士（AlfredRussel Wallace）由特爾納特（Ternate）寄來一篇論文。論文是華萊士讀了馬爾薩斯的書之后，在三天內寫成的，達爾文立刻看出這篇論文中包含有他自己的理論的要點。他不愿意爭奪二十年的在先權。這雖然是他應得的權利，但卻會使得華萊士的貢獻失去意義。因此達爾文把經過告訴了賴爾与胡克。他們兩人和林耐學會商議，于1858年7月1日，把華萊士的論文和達爾文1857年寫給阿薩·格雷（Asa Gray）的一封信及他在1844年所寫的他的理論的提要一并發表。
進化論与自然選擇
接著，達爾文就開始寫作，把他多年辛勞的結果簡略地寫了出來，1859年11月24日，他的書命名為《物种起源》發表了。
我們已經探討了進化思想的各個支流——宇宙理論的、解剖學的，地質學的与哲學的。這些支流，雖然為物种不變的成見所阻，但在堰閘后面愈聚愈深。達爾文所搜羅的自然選擇的證据是一個巨流，它以不可抵抗的威力沖破了這個堰閘，于是洶涌的洪水便泛濫于整個思想領域。隨著時間的進展，我們對事實的認識大有增加，現在我們已經可以看出，達爾文，尤其是他的門徒，和他們以前的希腊原子論者一樣，低估了生命問題的复雜性。雖然從形態學与古生物學的事實來看，進化的一般進程現在是很明顯了，但物种起源的詳細情節，還沒有闡明出來。單單自然選擇似乎還不能充分解釋。但是，后來的更審慎的精神，不能減少達爾文的原理在歷史上的重要意義。到最后，它也許證明是不充分的，但在當時确是必需的假設。自然選擇的觀念，引導人們接受了一個更重要的東西——有机進化論。
最初許多人覺得接受這個理論就要把人類在哲學上和宗教上的各种重要成果一概推翻，摧毀的東西就未免太多了。我們決不可不加思索地斥責當時廣泛流行的這一心理狀態。今天，進化的觀念已經成為我們的學術觀點的一個熟悉的因素，我們很難想象它在那時具有怎樣的革命意義，我們也很難想象當進化論的證据放在世人的面前的時候，有能力判斷這种證据的价值的人又是多么寥寥無几。這些證据是詳細考查了活著的生物和化石遺跡以后得來的，一般人是不熟悉的，事實上大多數人連知道也不知道。現在，他們卻覺得自己被迫要作一抉擇：要么否認所得出的結論的有效性，要么拋棄祖先世世代代傳下來的信仰。在責備他們以前，讓我們誠實地問問自己：從事物的表面來看，究竟是相信蛙与孔雀、鮭魚与蜂鳥、象与小鼠有共同的祖先容易一些呢，還是相信它們是分別創造出來的容易一些。雖然如此，素來愛好郊野及其動植物的英國人，凡是能領會達爾文所提出的證据的，都還是樂于听從進化論。
可是，就連某些博物學家也對這個新觀念有抵触。大解剖學家歐文（Richard Owen）爵士就在《愛丁堡評論》上發表了很凶猛的反駁文章，他的許多同事也附和他的意見。但胡克立刻表示贊同達爾文的意見，赫胥黎、格雷、拉伯克（Lubbock）与卡本特爾（W．B．Carpenter）接著也都表示贊同，賴爾也于1864年秋天在皇家學會的聚餐會上，宣布他接受這個信念。
從一開始，赫胥黎就是進化論者陣營的主角。他自稱是“達爾文的看家狗”。他憑著极大的勇气、能力和明晰解說的本領，首當其沖地抵抗各方面對達爾文的著作的攻擊，而且時時帶頭對狼狽的敵人展開成功的反擊。
赫胥黎（Thomas Henry Huxley）于1825年生于伊林（Ealing），但其祖宗居住在考文垂（Coventry）及韋爾斯沼澤地區，所以他具有真正邊境民族的斗爭气質。他告訴我們：《物种起源》出版，對于當時科學家，好象黑暗中的一道電光。他寫道：
“我們不愿相信這种或那种空想，而要抓住可以和事實對照、經過考驗正确無誤的明白确定的概念。《物种起源》把我們所需要的工作假設給予了我們。不但如此，它還有一個极大用處，那就是使我們脫离了一個進退兩難的處境：你不愿承認上帝創造世界的假設，可是你又能提出什么學說，讓任何小心慎思的人都能接受呢？1857年我不能回答這個問題，也不相信有什么人能夠回答。一年以后，我們責怪自己為這樣的問題難倒真是太愚蠢了。我記得當最初我把《物种起源》的中心思想抓住的時候，我的感想是‘真笨，連這個都沒有想到！’”
1860年，赫胥黎与威爾伯福斯（Wilberforce）主教在英國科學協會牛津會議中展開的有名的爭論是人們常常引述的。威爾伯福斯青年時代在牛津數學院得過頭等獎，他的大學認為他對自然知識的各個部門無不精通，所以選定他來維護正統的教義。這位主教對于這個問題并無真正的了解，企圖用譏笑來摧毀進化觀念。赫胥黎對于地的論點給予有效的答辯之后，更對于他的愚昧的干涉給与嚴厲的抨擊；同時拉伯克，即后來的艾夫伯里勳爵（LordAvebury），則說明了胚胎學上的進化證据。
到辯論与譏評不能阻止達爾文學說傳播的時候，他的對手就采取了平常的步驟，說這個學說并不是他的創見。但對于這個問題最有裁判資格的人卻有不同的見解。牛津會議之后兩年，赫胥黎寫信給賴爾說：
如果達爾文的內然選擇說是對的，在我看來，這個“真實因”的發現，就使他處在和他一切先輩完全不同的地位。我不能說他的理論是拉馬克的理論的修正，猶如我不能說牛頓的天体運動理論是托勒密的体系的修正一樣。托勒密解釋這些運動的辦法是空想出來的。牛頓卻根据定律和顯然起作用的力來證明天体運動的必然性。我想，如其達爾文是對的，他將与哈維那樣的人立于同等的地位，即使他錯了，他的清醒而精确的思想也使拉馬克不能和他同日而語。
赫胥黎指出了證据方面的一個缺陷。積累變异而成新种的觀念忽視了這樣一個事實：血緣相近而不同的物种雜交后往往在某种程度上生殖不蕃。如果物种有一個共同的來源，我們便看不出為什么竟有這樣一個現象，而且我們也找不到明顯的例證，說明确實生殖不蕃的雜种是在實驗中從共同祖先傳下來的多產親体所養育出來的。
把自然選擇當作主要決定力量的主張的确當姓，也就是在這一點上最有問題。“适者生存”，用來說明進化的輪廓是可稱贊的，但應用在种的差异上就不行了。達爾文的哲學告訴我們：每一物种如要生存，必需在自然里繁盛起來，但沒有人能說出我們所說的种的差异（常常是十分顯著固定的）在事實上怎樣使物种能夠繁盛起來。
赫胥黎雖然指出這個困難，但當時沒有人感覺這是一個嚴重的問題。人們以為進一步的研究會弄清楚這個問題，直到二十世紀大規模地進行科學的育种實驗時，人們才感覺到這個問題的全部重要性。那時的生物學家，在最初的奇异感消除之后，便接受了進化論，并且認為自然選擇是真實而充足的原因。
大陸上最有名的人种學家微耳和沒有接受達爾文的理論，但進化通過自然選擇与适者生存進行的學說在德國得到极熱烈的歡迎。海克爾与其他博物學家以及跟在他們后面的條頓哲學家与政論家一塊創立了所謂達爾文主義，使他們的許多信徒比達爾文自己還要達爾文些。
可是達爾文研究變异与遺傳所用的觀察与實驗的方法，反陷于中止的狀態。人們同意自然選擇是進化与物种來源的經過證明的充分的原因。達爾文主義不再是初步的科學學說，而成了一种哲學，甚至一种宗教。實驗生物學把注意力轉向形態學与比較胚胎學，特別是鮑爾弗（F．M．Balfour）和赫特維希（O．Hertwig）所創立的形態學和比較胚胎學。由梅克爾提出，經海克爾加以發揮的一個假說，認為個体的發育追隨、并表現种族的歷史。這樣一來，胚胎學就具有進化意義，遲緩而費力的研究方法也就更為人所忽視了。
在田野里系統地研究動植物的博物學家，在園圃農場上培育新植物和動物的育种家，日益擴大他們對于物种及品种的正确知識。在博物學家与育种家看來，物种的界限依然是分明的，新种不是由于感覺不到的逐漸變化而形成的，而是由于忽然的、常常是很大的突變而形成的；而且一開始就成了純粹的种。但實驗室里的形態學家并不征求實際工作者的意見，也不對他們的經驗知識給予足夠重視。貝特森（Bateson）說：“十九世紀八十年代的進化論者极其肯定地以為物种是分類學家胸中的一种虛构，不值得識者注意。”但是到了九十年代在實驗室中工作的生物學家，在大陸上以德·弗里斯（de Vries）為領袖，在英國以貝特森為領袖，重新回去研究變异与遺傳。
達爾文自己雖然相信自然選擇是進化的重要原因，但并不排斥拉馬克的意見，即由于用進廢退的長期作用而獲得的特性可以遺傳。當時擁有的證据還不能解決這個問題。但在十九世紀快結束的時候，韋斯曼（August Weismann）在這個問題上揭開了新的一頁。他指出体細胞与体內的生殖細胞必須截然分清。体細胞只能產生与自己相同的細胞，但生殖細胞不但產生新個体的生殖細胞，而且產生体內一切無數類型的細胞。因此組成生殖細胞的單元必須有足夠多的數目，在种類与排列上必須有足夠的差別，以形成自然界里的無數机体。生殖細胞由細胞質一脈相傳，复制生殖細胞，但体細胞總是溯源于生殖細胞。因此，每一個体的身体，不過是親体生殖細胞的比較不重要的副產品；它可以死去而不留下后裔。主要的傳統是細胞質，它由細胞傳到細胞，有一個不斷的歷史。
從這個觀點看，身体所遭到的改變不大可能影響生殖細胞的產物。這樣的影響好象一個人的伯叔父身上的改變，對他本人的影響那樣。包含生殖細胞的身体可以損害生殖細胞，但卻不能改變它的性質。于是韋斯曼就去嚴格地研究后天獲得性質的遺傳的證据，但他認為每個證据都不夠充分而加以拋棄。自那時以后，人們通過觀察与實驗也發現在某些情況下，環境的長期的改變，可以產生一些效果，但這些好象都是例外，沒有得到博物學家一致的承認。
在韋斯曼宣布他的結果以后，人們一度有些惊諤。因為，生物學家一直是用“用進廢退”來解釋沒有解決的适應之謎的。進化論的哲學家，特別是斯賓塞，一直是把后天獲得性質的遺傳當做种族發展的重要因素的，而慈善家、教育家与政治家則默認這种說法為真理，而且將它看做是社會“進步”的根本基礎。生物學家很快就接受了這种新的見解；斯賓塞卻一直到死還和韋斯曼辯論；政治改革家就是到現在，還對和他們的先入之見相反的理論熟現無睹。如果承認后天獲得性不能遺傳，即等于說‘天性”（nature）重于“教養”（nurture），遺傳重于環境。改善生活條件，個体當然會得到好處，但除了通過自然選擇或人為選擇的間接過程之外，這絲毫不能提高一個种族的天賦性質。
韋斯曼為了解釋遺傳而設想出來的特殊類型的机制，也許是一些聰明的交想，但足以指導他的許多追隨者的研究工作，促使他們去考察生殖細胞究竟是通過什么過程形成的，体細胞又是通過什么過程從生殖細胞中發展出來的。這些新研究開始于十九世紀，但最顯著的結果到后來才出現，所以這個問題留在第九章里討論比較合适。
十九世紀末，開始了另一場圍繞著新知識的爭論。純粹達爾文主義的維護者如韋斯曼，開始認為自然選擇是一個可以充分解釋适應和進化的原因。而且他們還以為自然選擇所形成的變异是很微小的變异，例如人体身長便有一序列連續的差异。在相當多的數目中，我們可以發現在平均數的兩邊相當寬廣的范圍內，各人的身長相差不過百分之一英寸。他們以為，選擇就在這樣細微差异中進行，而且只要有相當長的時間，便可以產生新的品种和新种。
但在新世紀開始以前，有些博物學家，主要是德·弗里斯与貝特森，把育种家、飼鳥人与園藝家積累的經驗當作起點而進行實驗，發現以上的設想不符合事實。大的突變常常發生，特別是在雜交以后；新的品种可以立刻出現。到了1900年，久被遺忘的孟德爾的研究成果重新發現，因而又展開了新的一頁。即令微小變异的選擇不能解釋進化，這些新的觀念好象還可以解釋。這個希望在多大程度上得到實現，我們將在以后討論。
人類學
在由于達爾文的緣故而恢复生气的各种學術中，人類學，即人類的比較研究，得益最大。事實上，即使說現代人類學從《物种起源》而來也不為過。赫胥黎關于人類頭骨的經典研究著作，是從達爾文學說的爭論得到啟發的，也是精确度量人体特點的開始。這种度量現在成為人類學的重要方法。自然選擇的觀念和進化的觀念則成為后來的一切研究工作的基礎。
在其他方面，創立人類學的條件也成熟了。愛好新奇的心理，熱切的好奇心和收藏家的搜集癖好不但為歐洲的園圃与博物館帶來了异域的動物和植物，也帶來了發展階段不同的其他民族的美術、工藝產品以及其他宗教的法物祭器。
當人類學家開始工作的時候，大部分必要的材料已經齊備了、熟悉了或部分地分好類了，只待有人出來重新加以解釋，以揭示其內在意義的另一方面。
達爾文在《物种起源》里，沒有詳細地研究人類，可是他指出他的關于一般物种的結論，對于這個問題有明顯的關系。1863年，在徹底地研究了解剖學的證据之后，赫胥黎說人在身体与大腦方面与某些猿猴的差异比猿猴与猿猴間的差异還要小些。因此，他回到林耐的分類法，將人類列為靈長目的第一科。在心理方面，人与猿猴的距离要大些，但脊椎動物的心理過程与人類的心理過程是對應的，雖然不及人類的有力与复雜。布雷姆（Brehm）在其《動物的生命》中和達爾文在其較晚的著作中都指出了這一點。可是華萊士仍然認為不應當把人類与其他動物放在一起，因為“他不但是生物大系的首領与進化過程的頂點，在某种程度上還是一個新的截然不同的綱目”。
人類學把人類分為几個种族或人种時，主要是根据身体特點，不過，人們也始終認為身体特點和心理待點是相互關聯著的。通常都按照膚色把人類分為白种、黃种、紅种和黑种；很明顯，這四個人种之間的實際差別不但包括膚色差別，而且也包括其他特點方面的差別，當然進一步的細分也是必要的。在重要性上僅次于膚色的是頭骨的形狀，一般用雷特修斯（Retsius）的方法來分類。從上面來看頭顱時，由前到后的長徑作為100。以此為准，短徑或橫徑的長度就叫做“頭骨指數”。如果指數小于80，頭顱即列為長的一類，大于80，即列為短的一類。
我們可以對歐洲居民加以分析，作為例子，來說明這些方法及其結果。從身体方面來看，歐洲人的差別主要表現在三個特點上：身長、膚色与頭形。按大數目平均來說，當我們由南到北向波羅的海前進時，身長逐漸加高，膚色變淡，如果轉向南行，則身長變短，膚色變深。在中間的阿爾派恩區（Alpine），身長与膚色介乎兩者之間。但頭顱的形狀則是另外一回事。北方与南方的人都是長頭的，其頭骨指數是75到79，而中間山區的人則是扁頭的，頭骨指數是85到89。
要說明這些事實，我們假定歐洲有三种本原种族：第一种是身高皮白的北方种族，在波羅的海周圍可以找到，最為純粹。第二是身短狹黑的南方种族，生長在地中海沿岸以至大西洋岸邊。這兩种种族都是長頭的。但在地理上介乎這兩個种族之間的是圓頭的阿爾派恩种族，身長与膚色也介乎這兩個种族之間，生長在中歐的山岳地帶。從一個方面來說，歐洲的歷史就是這三個种族的遷徙与互相作用的歷史。人們還根据頭發的組織等其他特點，運用同樣的研究方法，研究了其他大陸上的人類的体質情況。在這些大陸上，可以找到更原始的居民。
自從賴爾描述了人類在地質記錄中所留下的遺跡之后，已經發現許多證据，說明在遙遠的史前時期已經出現了各种不同种族。在十九世紀里人們做了不少的工作。我們發現在几万年以前穴居的人已經用相當生動的野牛与野豬的形象來裝飾他們的石壁。1856年在尼安德特（Neanderthal）地方，1886年在斯普伊（Spy）地方，發現更古的人骨，說明有更原始的人類存在；1893年杜布瓦（Dubois）在爪哇鮮新紀地層中發現了一些人骨，大多數權威學者認為這些人骨是介乎猿人与已知的最早期的人之間的一种原人的骸骨。
我們不能認為人類是現存的任何猿類的后裔。即使人類不是猿類的直接苗裔，至少也是它們的遠親。也許在現時的一切猿類以前，有一些更富于可變异性的种類是它們共同的祖宗。可以肯定，進化的過程比起初想到的更為复雜。有史以來，地面上可見的分枝別干是從一個复雜的根系生長出來的，而這個根系則深藏在地下——一去不复返的過去。
統計方法在人類學上的應用，可以說開始于十七世紀配第（William Petty）爵士与格龍特（John Graunt）關于死亡統計表的研究，后來又由比利時天文學家奎特勒（L．A．J．Quetelet，1796－1874年）加以恢复。1335及其以后若干年，奎特勒證明概率的理論可以應用于人類的問題。他發現蘇格蘭兵士的胸圍量度或法國新兵的身長，圍繞一個平均數而變化，其規律和槍彈圍著靶子中心分布的規律或賭場上運气高低的規律一樣。用圖線表示（如圖9）量度的變化曲線，除了兩邊差不多對稱外，很象說明气体分子速度的曲線（230頁）。
1869年，達爾文的表弟高爾頓（Francis Galton）把《物种起源》中的遺傳觀念應用于人類智力的遺傳。他用受試人的考試分數的分布，證明在体質特點和分子速度方面有效的定律也适用于智力方面。大部分人都屬于中等智力，由中等而上到達天才，或由中等而下到達愚鈍，其數目都按照人所熟悉的方式減少。
在同一次數學考試里，一等优秀生的平均分數約三十倍于分數最低的优秀生，而后者的分數又可能比一般及格學生的分數還高，如果他們參加同一考試的話。因為有時間的限制，這些分數低估了智力的差別，這种差別顯然是很巨大的。高爾頓認為，一百万人中，大約只有二百五十人的品質稱得起是“优秀”，一百万人或一百多万人中，只有一人的品質稱得起是“杰出”。另一方面，一百万人中，約有250人是無希望的白痴与低能。他們在一個方向上离開中等標准的距离，正如优秀的人在另一方向离開中等標准的距离一樣。高爾頓研究了有關的參考書，發現优秀的人常比任意挑取同數量的一般人有較多的优秀親屬。例如，他說一個能干裁判官的儿子成功的机會比普通人要大五百倍。如果有人提出异議說，裁判官幫助他儿子成功的机會比大多數人多些，那末，我們可以回答說，高爾頓的數字也說明，一個裁判官常有一個能干的父親正如有一個能干的儿子一樣，而裁判官根本沒有多少机會去教育或栽培他的父親是顯然的。用了這樣的論据，高爾頓公平地駁回了對于他的著作的批評。我們不能過分重視他的數字，但一般的結論是明白而正确的。對于個人的預測雖不可能，但按大數目平均來說，才能的遺傳是确定的；天賦才能的差別是很大的；“人人生而平等”的說法，如果是指才能而言，顯然是錯誤的。
達爾文的自然選擇學說使人們認識到法律、社會或經濟環境的任何改變必定對于同一批居民的某些特點特別有利，因而可以改變人們的平均生物特性。高爾頓起初怀疑后天獲得性能夠遺傳，等到韋斯曼的研究成果證明獲得性遺傳的證据，沒有一個經得住嚴格考驗時，高爾頓的原則便更加鞏固了。很明顯，環境的影響被人大大高估了，教育只能使已經存在的特點突出起來，而要提高一個种族的生物特性，唯一的辦法就是給它的比較优秀的特點以發展的机會。育种所以非常重要的道理已經很明顯了。
當然，我們必須把生物學上的遺傳和文化上的遺傳截然地分開，后者借語言或文字一代傳給一代，而形成民族性。人們對遺傳的這一意義已經有了清楚的認識；但生物學上的遺傳的效果卻常常遭到人們的忽視。
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