“小猎犬”号一路向南，最初的三个星期十分平静。离开特内里费岛之后，达尔文的健康状况也逐渐好转。天气渐暖，他换上了更轻便的衣服。他捕捉海蜇和其他无脊椎动物，专注地解剖这些样本。这段时间也是他与其他船员熟络起来的好机会。与他同舱的有一位 19 岁的助理测量员和一位 14 岁的海军官校学生。船上共有 74 名成员，包括水手、木匠、测量员和一位仪器工匠、一位艺术家和一名外科医生。② 26 岁的菲茨罗伊船长只比达尔文年长 4 岁：他来自贵族家庭，成年后便一直在海上度日；这是他第二次率领“小猎犬”号航行了。船员们很快发现，船长有时脾气很坏，近乎乖僻——特别是在清晨的时候。菲茨罗伊的一位叔叔是自杀身亡的，他担心自己也会有类似的倾向。在达尔文的眼中，船长有时会陷入深深的忧郁之中，“近乎失去理智”。菲茨罗伊经常在精力充沛和沉默忧郁之间摇摆。但总体而言，他极其聪明，对自然志拥有浓厚的兴趣，工作起来一刻不停。
菲茨罗伊的这次旅行由英国政府资助，目标是环游世界，并在途中测量全球经度——从始至终都使用同样的仪器以避免误差，预想的成果便是绘制出更标准、更便于导航的地图。他还得到指示，需要对南美洲最南端的海岸进行完整测绘，因为大英帝国希望在那里对新近独立的南美洲国家建立经济上的支配权。
“小猎犬”号全长仅 90 英尺，算不上一艘大船，但载满了货物——从数千个肉罐头到最新的测绘仪器，应有尽有。菲茨罗伊坚持带上 22 台用来精确测量时间和经度的航海天文钟，另外还带上了保护船只的避雷装置。船上载有蔗糖、朗姆酒、干豌豆和当时常见的对抗坏血病的食物，如腌菜和柠檬汁等。达尔文惊叹于船上货舱的紧凑布置：“再多一片面包恐怕就装不下了。”
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“小猎犬”号第一次登岸是在大西洋中的圣地亚哥岛——佛得角群岛中最大的岛屿，距离非洲西海岸 500 多英里。达尔文踏上热带的土地，四周所见都是新奇事物，一切都充满异国风情，令人既困惑，又激奋。随处可见的棕榈树、香蕉树和酸豆树，还有那圆鼓鼓的猴面包树，都在争夺他的注意力。他聆听陌生鸟儿的歌唱，看到奇特的昆虫伏在更奇特的花朵上。如同 1799 年洪堡和邦普兰初到委内瑞拉时，达尔文的心情就像裹挟在一场“交织着喜悦和惊讶的完美飓风”中：他检视火山岩、压平植物标本、解剖动物、将飞蛾钉在标本盒里。达尔文试图收集所有事物：翻开岩石、刮破树皮，寻找更多的昆虫；贝壳、巨大的棕榈树叶、扁形虫，乃至更纤巧的小飞虫，无一不在他的搜罗之列。每天晚间，他便带着丰富的收获回到船上，感到无比幸福。菲茨罗伊船长笑道：达尔文先生就像一个找到了新玩具的孩子。
达尔文在自己的日记中写道：这些日子，自己好像一位忽然重见光明的盲人。他在信中向家人解释：要好好地描述热带几乎是不可能的，因为一切都那么不同和奇妙；自己甚至无法决定如何开始一句话，也不知道如何结束它。他建议表兄威廉·达尔文·福克斯读一读洪堡的《旅行故事》，从而来体会他正在经历的事情。他还告诉父亲：“如果真想对热带地区的国家有所了解，请研读洪堡。”达尔文通过洪堡的著作来观察这个新世界，他的日记中频繁地出现“我为洪堡某次观察的正确性而惊叹”或者“正如洪堡所说的那样”。
要论对达尔文产生深邃影响的，唯一可与洪堡媲美的是查尔斯·莱尔及其《地质学原理》。不过，这一巨作同样受到洪堡思想的浸润。莱尔在书中十几次引用了洪堡的观点——从气候和全球植被分布到安第斯山脉的情况。莱尔在《地质学原理》中解释道，在一段漫长得难以想象的时间中，地表经历一系列沉降和抬升运动，受侵蚀沉积作用形塑，期间还会不时地遭遇剧烈的火山爆发和地震。达尔文在圣地亚哥岛的峭壁下观察岩石分层，觉得莱尔所说的一切都很有道理。他几乎可以从海边的岩壁上读出岛屿诞生的过程：在旧火山的遗存之上，便是积满白色贝壳和珊瑚的条带，再往上则是又一层火山岩。火山熔岩覆盖在长有贝类与珊瑚的地层表面，而这一分层形成之后，岛屿继续因为某些地下力量的作用而缓慢上升。白色贝壳条带波动、不规则的边缘还表明，莱尔所说的地质力量仍在发挥作用。达尔文赶到圣地亚哥岛后，便迫不及待地尝试通过洪堡的视角来研究动植物，同时借鉴莱尔的眼光来观察岩石。结束考察回到“小猎犬”号上后，达尔文给父亲写信，自信地宣布：我在岛上所见的事物“一定能够让我在自然志领域开启一些极富原创性的工作”。
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几周后，“小猎犬”号于 2 月底抵达巴西的巴伊亚（今天的圣萨尔瓦多）。达尔文的惊叹还在继续：一切事物都如梦如幻，犹如《一千零一夜》中的魔幻场景。他再次认定，只有洪堡近乎成功地描述了热带地区的一切。“越重读他的书，我就越崇敬他，”他在家信中写道，“我之前只是景仰他，现在快要崇拜得五体投地了！”到达巴西的第一天，他就意识到，洪堡超凡脱俗的文字背后，是其“将诗与科学结合起来的非凡能力”。
达尔文行走在一个新世界里。“我现在最热衷于蜘蛛，”他告诉父亲，并且这里的花卉足以让“任何一位园丁为之疯狂”。他不知道应该从哪里开始观察——花哨的蝴蝶、爬上花柱的昆虫，还是一种从未见过的异域花朵？他在日记中承认，“现在我只能重新开始读一读洪堡”，因为“他就像另一个太阳，照亮我眼前的一切事物”。洪堡好像一位引路人，递给达尔文一条绳索，让他紧紧地抓住，不至于被无数令人眼花缭乱的新事物扰乱思绪。
“小猎犬”号继续向南，分别在里约热内卢和乌拉圭首都蒙得维的亚停靠，然后依次驶向马尔维纳斯群岛、火地岛和智利。在此后的三年半中，他们经常调头返航，以确保对海岸的测绘结果足够精确。达尔文定期离船登陆，在内陆进行长时间的考察，一去便是好几个星期（但会与船长商量好重新登船的地点）。他穿行在巴西的热带雨林中，与潘帕斯草原的高乔人③ 结伴而行；他在尘土飞扬的巴塔哥尼亚高原上遥望绵长的地平线，并在阿根廷海岸上的巨大化石骨架前驻足观察。他致信福克斯表兄，说自己成了“一个了不起的漫游者”。
达尔文在“小猎犬”号上的生活很有规律。早晨，达尔文和菲茨罗伊船长共进早餐，然后开始各自的工作：船长忙于测绘和处理文书，达尔文则继续研究他的标本，详细地记录笔记。他在尾舱测绘用的大桌子上工作，旁边还摆放着助理测绘员绘制的地图；桌子的一角架着显微镜，笔记本摊放在桌面上。他在这里解剖、做标签、对标本进行防腐和干燥处理。虽然空间拥挤，但对一位博物学家来说刚刚好，因为“所有东西都触手可及”。
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达尔文必须把化石骨架放在甲板上进行清洁，有时也要去打捞更多海蜇。晚间，他通常会和船长一起吃饭，但有时也会被邀请去最热闹的食堂与其他船员共进晚餐，对此他也十分享受。“小猎犬”号沿着海岸线巡回测绘，因此他们一直有充足的新鲜食物来源。饭桌上有金枪鱼、海龟、鲨鱼，还有鸵鸟肉饺子和犰狳——达尔文在家信中写道：剥去外面的硬壳，犰狳的肉就像鸭肉，味道也差不多。
他全心全意地热爱着自己的新生活。船员们喜欢他，称呼他为“学者（philos）”和“鹟”④ 。他对自然的热情极富感染力，很多同伴也开始帮忙收集标本，希望更加丰富他的收藏。一位军官戏谑地说，达尔文在甲板上堆了那么多化石骨架、木箱和装满“倒霉的野兽玩意儿”的木桶，如果自己是船长的话，“早就把你和这些乱七八糟的东西扔下船了”。每当他们抵达一处有开往英国船只的通商港口，达尔文就将装满化石、鸟兽毛皮和压制好的植物标本的箱子寄给剑桥的亨斯洛，一并捎上家信。
他们的航行还在继续，达尔文更加急迫地想要阅读更多洪堡的著作。1832 年 4 月，他在里约热内卢写信给哥哥，请他将洪堡的《自然之观点》寄到蒙得维的亚，这样就能在航程的下一站取到了。哥哥如约将书寄来，但不是《自然之观点》，而是洪堡基于俄国之旅写成的最新著作——《亚洲地质学与气候学的部分见解》，以及《关于新西班牙王国的政治随笔》。
在“小猎犬”号的整趟旅途中，达尔文都在内心与洪堡进行一场对话——他用铅笔在《旅行故事》中重重地圈点勾画，好像在亲历洪堡描述的一切。当他第一次看到南半球的星空，抑或是后来在热带雨林中跋涉数日，终于见到开阔的智利高原，达尔文都能在洪堡的笔下找到强烈的共鸣。洪堡谈过对星空的“新感知”，以及走出茂密雨林，进入亚诺斯平原时得以“重见天日”的喜悦，达尔文同样感慨“在重重林木间窒闷多日后，眼前的景象令人精神爽朗”。