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Darwin precisou ficar em Cambridge até junho de 1831. Ele estudou e ficou admirado com o livro de Paley ''[[Natural Theology or Evidences of the Existence and Attributes of the Deity]] '' (primeiramente publicado em 1802) que argumenta que, pelas evidências de um [[design inteligente|design divino]] presente na natureza, [[Deus]] agiria através de leis da naturais.<ref name="syd5-7">{{Harvnb|von Sydow|2005|pp=5–7}}</ref> Ao ler o novo livro de John Harschel, ''Preliminary Discourse on the Study of Natural Philosophy'', o qual argumentava que a maneira mais efetiva para entender as leis divinas era através do pensamento dedutivo baseado na observação, entre outros títulos como ''Personal Narrative of scientific travels'' de Alexander Von Humboldts, Darwin enraizou cada vez mais suas visões que o levariam a viajar pelo HMS Beagle. Inspirado pela vontade de contribuir, Darwin planejou visitar [[Tenerife]] com alguns colegas após a graduação a fim de estudar história natural nos trópicos. Em sua preparação, ele se juntou ao curso de [[geologia]] de [[Adam Sedgwicks]] e, em 4 de agosto daquele ano, viaja com o professor e passa uma quinzena mapeando estratos em [[País de Gales]].<ref name=db>{{Harvnb|Darwin|1958|pp=[http://darwin-online.org.uk/content/frameset?viewtype=text&itemID=F1497&pageseq=69 67–68]}}</ref><ref>{{Harvnb|Browne|1995|pp=128–129, 133–141}}</ref>

 

[[Ficheiro:Voyage of the Beagle-en.svg|410px|miniaturadaimagem|direita|O percurso do navio HMS Beagle, 1831 - 1836. A expedição partiu do Reino Unido e circundou o globo, atravessando a costa da América do Sul, o Oceano Pacífico, Austrália e Oceania, África do Sul, retornando para o Brasil e por fim voltando para a Inglaterra.]]

 

Em meados daquele março, Darwin especulou em um dos seus cadernos vermelhos a possibilidade de que "uma espécie se transforma em outra" para explicar a distribuição geográfica das espécies ainda vivas como a ''rhea'', e outras já extintas como o estranho ''[[Macrauchenia]]'', com aspectos similares a um [[guanaco]] gigante. Seus pensamentos sobre o tempo de vida, [[reprodução assexual]] e [[reprodução sexual|sexual]] foram desenvolvidas no caderno apelidado de "B" durante os meados de julho e durante o outono o conceito tinha sido sintetizado como "se adaptar e modificar a corrida para mudar o mundo" ao explicar as [[Tartaruga-das-galápagos|tartarugas]], melro-pretos de galápagos e também as rheas. Ele fez o rascunho de como se distribuiria os descendentes, e então desenhou o ramo evolucionário pelo modelo de uma árvore, anotando que "é um absurdo dizer esse animal é posterior do que este", descartando desta maneira as [[linhagen]]s evolutivas de [[Lamarck]] os quais [[Lamarckismo|espécies evoluíam para formas posteriores de maneira independente]].

 

[[Ficheiro:Darwin Tree 1837.png|200px|miniaturadaimagem|direita|Em meados de julho de 1837 Darwin fez o rascunho de uma árvore evolutiva na página 36 de seu diário "B", anotando ''I think'' ("eu acho que").]]

Enquanto estava estudando de maneira intensiva sobre transmutação, Darwin começou a ficar obcecado em trabalhar com suas pesquisas. Não deixando de reescrever seus diários, ele os editou e publicou em periódicos especializados, e com a ajuda de Henslow obteve um fundo de £1,000 para publicar seu compilado em um multi-volume denominado ''[[Zoology of Voyage of H.M.S Beagle]]'', uma quantia equivalente a £83,000 em 2016. Ele planejou que com essa quantidade conseguiria publicar livros sobre geologia que acabaram tendo datas de lançamento irreais entre o prometido entre os editores. No início da [[Era Vitoriana]], Darwin se apressou em terminar seus diários, e em agosto de 1837 já estava corrigindo preliminares.

Plenamente recuperado, ele retornou para Shrewbury em julho. Durante o costume de escrever notas diárias sobre o sistema de respiração animal, faz um comentário em duas folhas sobre as perspectivas de sua carreira e o futuro de sua vida, em uma escreveu "casar" e na outra "não casar". Ao acrescentar todas as vantagens, incluindo "uma companhia constante e amiga durante a idade avançada... melhor que um cachorro de qualquer maneira", e não deixando de colocar as desvantagens de "menos orçamento para os livros" e "uma terrível perda de tempo", Darwin optou pelo sim. Pela decisão favorável ao casamento, ele discutiu a ideia com seu pai, e então visitou Emma em 29 de julho. Acabou não por não propôr daquela vez, mas contrariando os conselhos de seu pai, ele mencionou suas ideias sobre transmutação para os presentes.

 

Continuando com suas pesquisas em Londres, Darwin estava concentrado na leitura da sexta edição do livro de [[Thomas Robert Malthus|Thomas Malthus]], ''[[An Essay on the Principle of Population]]'' e, em 28 de setembro de 1838, ele fez a afirmação de que a população humana "estava fora de controle, e dobraria de quantidade em vinte e cinco anos, ou aumentaria de maneira proporcional" uma progressão geométrica que acarretaria no esgotamento das fontes alimentícias em um processo conhecido como [[catástrofe Malthusiana]]. Darwin, tendo a bagagem intelectual e de amostras de sua viagem, chegou a comparar seus pensamentos com a "guerra de espécies" de [[Augustin Pyrame de Candolle]] sobre a competição e sobrevivência das plantas em meio a vida selvagem e explicando como no saldo geral as espécies se mantêm estáveis. As espécies sempre procuram pelos recursos disponíveis, variações vantajosas tornaria os organismos mais aptos pela sobrevivência e passaria as variações para seus descendentes, enquanto variações desvantajosas seriam perdidas. Darwin escreveu que "a causa final para todos essas 'engrenagens' deve ser algum tipo de estrutura própria, e a adaptação com suas mudanças", logo "deve existir um força com cem mil arranjos que move todos os tipos de estruturas nos vãos disponíveis na economia da natureza, ou ao menos formando vãos quando elimina os mais fracos". Isso resultaria na formação de novas espécies. Como ele escreveu mais tarde em sua ''[[The Autobiography of Charles Darwin|autobiografia]]'':

 

Em 29 de janeiro, Darwin e Emma Wedgwood se casaram em uma cerimônia anglicana feita para se adequar aos costumes unitaristas, e então imediatamente pegaram o trem para sua nova casa.

 

[[Ficheiro:Charles-Darwin-and-William-Darwin,-1842.png|200px|miniaturadaimagem|direita|Darwin em 1842 com seu filho mais velho, [[William Erasmus Darwin]].]]

[[Ficheiro:Darwins Thinking Path.JPG|miniaturadaimagem|200px|A trilha percorrida por Darwin em Dawn House que estimulava sua mente para pensamentos criativos. ]]

Após oito anos trabalhando como cracas (''Sessilia''), Darwin conseguiu encontrar "[[Homologia (biologia)|homólogos]]" demonstrando que mudanças corporais servem para diferentes funções em novas condições, e em alguns [[genus|gêneros]] ele encontrou minúsculos [[parasita]]s em [[hermafrodita]]s, demonstrando estágios intermediários em sexos distintos. Em 1853, ele ganhou a medalha real pela Royal Society, consolidando sua reputação como biólogo. Em 1854, torna-se membro da [[Linnean Society of London]], ganhando acesso a sua biblioteca. Darwin começou a retrabalhar na sua teoria das espécies, e em novembro percebia cada vez mais as divergências nas características dos descendentes e suas adaptações na "diversidade de lugares na economia da natureza".

 

[[Ficheiro:Charles Darwin by Maull and Polyblank, 1855-crop.png|175px|miniaturadaimagem|esquerda|Charles Darwin aos 46 anos em 1855, no período trabalhando na sua teoria da [[seleção natural]]. Em um carta para Hooker sobre esse retrato, ele escreveu: "eu realmente tenho uma expressão rude e, quando vejo essa fotografia, penso como é surpreendente que eu tenha um mísero amigo". ]]

 

''[[A Origem das Espécies]]'' foi traduzida para várias línguas, tornando-se um importante texto científico e atraindo a atenção sobre todos aqueles que se interessavam pelos caminhos percorridos pela vida, incluindo os "trabalhadores" que se reuniam nas palestras de Huxley. A teoria de Darwin também influenciou vários movimentos do período e virou um ponto chave da cultura popular. Cartonistas parodiaram a ancestralidade animal humana em uma velha tradição de mostrar seres humanos com traços animalescos, e na Grã-Bretanha essas imagens divertidas serviram para popularizar a teoria darwiniana. Enquanto estava doente em 1862 Darwin deixou sua barba crescer, e quando reapareceu em público em 1866 caricaturas dele como um [[primata]] ajudaram a identificar todas as formas de [[evolucionismo]] com o darwinismo.

 

[[Ficheiro:1878 Darwin photo by Leonard from Woodall 1884 - cropped grayed partially cleaned.jpg|200px|miniaturadaimagem|esquerda|Em 1878, um cada vez mais famoso Darwin sofria anos de doença. ]]

[[Ficheiro:Darwin letter.jpg|200px|miniaturadaimagem|direita|Uma carta de Darwin para [[John Scott Burdon-Sanderson]].]]

Seus experimentos relacionados a evolução e investigação o levou a publicar os livros sobre orquídeas, ''[[Insectivorous Plants]]'', ''[[The Effects of Cross and Self Fertilisation in the Vegetable Kingdom]]'', sobre as diferentes formas de flores e plantas da mesma espécie, e ''[[The Power of Movement in Plants]]''. Seu trabalho botânico foi interpretado e popularizado por vários autores incluindo [[Grant Allen]] e [[H. G. Wells]], e [https://www.cambridge.org/core/journals/british-journal-for-the-history-of-science/article/deceived-by-orchids-sex-science-fiction-and-darwin/6D94917E32C7787D11AC5949BAA0176C ajudou a transformar as ciências botânicas no final do século XIX e início do século XX]. Seu último livro foi ''[[The Formation of Vegetable Mould through the Action of Worms]]'', de 1881.

 

[[Ficheiro:Herschel&darwin.jpg|200px|miniaturadaimagem|esquerda|Tumbas de [[John Herschel|Herschel]] e Darwin. [[Abadia de Westminster]].]]

Em 1882 Darwin foi diagnosticado com o que era chamado [[angina pectoris]], o que significava [[trombose coronariana]] e doença do coração. No período de sua morte, médicos diagnosticaram "ataques de angina" e "falha do coração". Hoje especula-se que Darwin sofria de uma crônica [[doença de Chagas]]. Essa especulação é baseada no trecho de um jornal escrito por Darwin, descrevendo que ele foi mordido por um [[Triatominae|barbeiro]] em Mendonça, Argentina, em 1835; e baseado nos vários sintomas que ele exibiu, incluindo doenças cardíacas as quais são as marcas de uma doença de Chagas crônica. A exumação do corpo de Darwin é necessária para determinar precisamente seu estado de infecção ao detectar DNA do parasita [[Trypanosoma cruzi|T. Cruzi]], que causa doença de Chagas.