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他们待在维德角后..越过了赤道，达尔文受了刮脸礼——脸用油漆、柏油擦过后刮乾净，再按在注满海水的帆中，这是新船员必须接受的仪式。
一阵信风将小猎犬号送至巴西，停泊在巴伊亚，达尔文在萨尔瓦多登陆。他漫步於森林之间，為这裡的美景所陶醉，印证了洪堡的描写。
他在日记写道：「没有人能够想得出像巴伊亚古镇那样美丽的景色，它完全被一片美丽树木所构成的茂密森林拥抱著，它位在悬崖海岸上，俯瞰著宽阔的眾圣湾中的静静的海水..它是巴西最美丽的风景之一。
但是，除了经歷过的人以外，别人不能领会在这样的花和这样的树间散步时所感到的那种极度欢欣。」
回到城裡时狂欢节正在举行。所有苦工都是黑人完成，托利党人菲茨罗伊认為这很合理，他说曾问过一个奴隶主，此人问他的奴隶们是否不满於现状，是否要求自由，结果奴隶们回答「不」。
倾向辉格党的达尔文却看不惯，认為应该解放奴隶，那些奴隶们当著奴隶主所说的话毫无意义，船长被激怒了，拂袖而去。
后菲茨罗伊向达尔文道了歉，二人和解。达尔文与菲茨罗伊在舰长室吃了饭，得到了旅伴们的尊重，年轻人们开始称其為「先生」，军官们称他為「亲爱的老哲学家」、「我们的捕蝇人」。
小猎犬号再次起航，沿岸南下，在阿布罗柳斯群岛附近测量后，抵达里约热内卢。家人给他来信，他得知姐姐夏洛特嫁给了一位教区牧师，从前的女友范妮也於3月嫁给了一个有钱人。
达尔文為范妮而感慨哀伤，投入了内陆之旅。其中一位旅伴是奴隶主，虽然他对达尔文很友好，但準备拆散30个奴隶家庭，将他们拍卖，这种行為让达尔文又一次义愤填膺。
他来到博它福古，上岸时发现由於海浪，自己的书籍、仪器和枪械全被泡在水裡，只好花了一天时间来处理。
小猎犬号去巴伊亚核查经度去了，几个星期没有音信，达尔文滞留当地忙於捕捉猎物、製作标本，晚上则给亨斯洛、福克斯等人写信。
当小猎犬号再次归航，船上装起了新大炮，包括马斯特斯在内的三名船员染病死去，麦考密克也辞职归国。参加了恶战号军舰上的礼拜。
小猎犬号离开热带地区继续向南，驶进拉普拉塔海湾，次日达尔文在蒙得维的亚登陆。他将在远郊搜集的一些甲虫製成标本，一些寄回家中，最重要的一些寄给了亨斯洛。
小猎犬号驶离拉普拉塔，以观测海岸，结果遇到了风暴天气，锚也曾两次折断。他们的船最后驶进了布兰卡港，菲茨罗伊在那儿结识了不海报的帆船船主哈里森，后者将小猎犬号引到一个安全的停泊处。
达尔文逆流而上，第一次遇见了加乌乔人。在打猎中渡过的，他尝到了美洲鸵、犰狳、刺豚鼠等新奇美味。
在阿尔塔高原的搜索中，他找到了一些庞大的已灭绝哺乳动物的化石。又带回一块下顎骨，他认為这属於前洪积世的地獭。
小猎犬号再次回到蒙得维的亚，菲茨罗伊準备派3个火地岛人和1个英国人上火地岛传教。
海军勘探船小猎犬号（beagle，又译為「贝格尔号」）进行了為期五年（1831－1836）的勘探活动，这期间达尔文将三分之二的时间花在了陆地上。
他仔细地记录了大量地理现象、化石、和生物体，并且系统地收集了许多标本，它们中的许多是科学上的新物种。
每隔一段时间，他将这些航行中收集的标本与记录这些发现的信件寄予剑桥大学，很快他就成為了一个富有盛誉博物学家。达尔文的这些详尽的勘探记录显现了一个理论开创者的惊人天赋，并成為了他后期作品的理论基础。
他最初為家庭所写的游记，后以《小猎犬号之旅》一书出版，详尽地从社会学、政治学、和人类学的视角描述与总结了航行所及的土著与殖民地的风土人情。
航行旅途之中，达尔文饱受疾病痛苦困扰。在阿根廷患上重烧。从安第斯山脉返回瓦尔帕莱索的途中，他再次倒下，并在病榻上度过一个月。
在他们出发之前，罗伯特菲茨罗伊送给了达尔文一卷查尔斯赖尔所著《地质学原理》（在南美他得到第二卷）。该书将地形地貌解释為漫长歷史时间渐进演变的的结果。
当他旅程的第一站抵达圣地亚哥维德角的时候，达尔文注意到该地火山岩峭壁的高处有一条白色的沉积层内有许多裸露的珊瑚与贝壳碎片。
这很好地解释了赖尔的理论，并给予了达尔文思考岛屿地质史全新的视角，使他决定写一本关於地质学的书。
达尔文在接下来的旅程中有著更多的发现，它们中的许多是戏剧性的。在巴塔哥尼亚，他看见次级而上的分布著圆石与海贝平原，它们其实是被抬高的海滩。
在经歷了智利的地震后，他发现貽贝的床基高高地搁浅在潮汐之上，这显示陆地已经被抬高了。
在安第斯山脉的高处，他发现化石树矗立在一片沙滩上，周围分布著海贝片。在小猎犬号勘探了科科斯（基林）群岛后，他推论这些珊瑚环岛，是形成在下沉的火山之上的。
在南美，达尔文发现并挖掘了一些已灭绝的巨型哺乳动物化石，其中相当一部分并不处於有剧烈天气变化与灾难发生跡象的地质层里。
而一个动物的头盖骨在他看上去竟似乎是非洲犀牛的。此外，他判断一些动物甲片来自於该地区一种常见犰狳体积两至三倍大小的史前巨型犰狳身上，但受误导，转而相信是周围发现的大地懒属的遗骸的一部分。
在赖尔的第二卷书中，万物的创生被归结為「ion」，而此时思想已经走在时代前方的达尔文对此困惑不解。
上一次小猎犬号来火地群岛的时候带上的三个印第安人（美洲土著人）被送回到了故乡，然后当上了传教士。
他们在英国的两年里，受到了英国传统教育从而进入了使人所熟悉的「文明社会」，然而他们的亲戚对达尔文来说是 「没有希望，且对人类是种侮辱的人渣」。
一年以后，传教的任务被他们所遗忘，只有杰米巴顿对他们说他寧愿过以前困难的生活也不愿意重返英国。
因為这件事，达尔文重新地考虑了人类，他得出的结论是虽然人类是高等动物，但动物的本性始终没有像他的朋友所说的那样丧失，而且明白了每个文明的演化都是不一样的，而不是因种族所定。
当他看到欧洲定居者在南美洲，纽西兰和澳大利亚对土著人的暴行后，他便强烈反对奴隶制，也对这些野蛮行為感到悲哀。
菲茨罗伊船长一直都在写小猎犬号行程的官方日誌，在旅行的尽头，他读了达尔文的日记，然后让他重新修改一遍以便在《自然史上》充当第三卷。
达尔文的家族比较倾向不遵从当时英国国教会，他的祖父、父亲及兄弟均為自由思想家。在此背景下，小时候的达尔文依然信奉圣经，甚至之后在剑桥大学修读神学成為牧师。
此时他相信一套以自然界构成的奥妙而论证神必定存在的《目的论的证明》。后来，达尔文在贝格尔号之旅中认识到世界很多不同物种，这些物种的特徵与习性，是圣经无法解释的。
例如有一种胡蜂麻痺毛虫并在其体内產卵，卵变成寄生虫并杀死宿主的行為，认為这抵触了《目的论的证明》中「自然界是神善意的彰显」的教义。
虽然如此，达尔文仍然会引述圣经作為道德权威，却批判一些旧约中的歷史陈述。
在达尔文研究物种演化时，物种行為的无情性引伸出的社会意义，经常被非国教论者及无神论者视作攻击英国国教会的理论的手段。
达尔文更认為宗教信仰其实是生物族群的生存策略，虽然此时他仍然相信神是最终的自然法则制定者。
1851年，他的女儿安尼逝世后，达尔文的信仰渐减，并倾向怀疑主义。这时虽然他仍继续协助进行一些教会事务，但已经不会在星期日上教会。
他倾向相信痛苦是自然法则，多於神的试练。当他被问及他的宗教取向时，他指出他从来不是无神论，但不可知论是对他的心思更準确的描述。
达尔文在自传裡亦曾表示，福音书的真确性存疑，他也没有充足证据相信基督教是神的教义。rs