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Da bambino Darwin, come capita spesso, amava fare ricerche e raccolte di elementi naturali, come insetti, rocce e minerali. Insieme al fratello Erasmus, nel capanno degli attrezzi, nel giardino della loro casa, eseguiva esperimenti chimici. Darwin amava anche la geometria e la matematica e per nulla la letteratura, specialmente quella antica. Il padre, Robert, medico generico del paese di Shrewsbury, di buon successo  professionale, che aveva scelto per  il giovane Charles le migliori scuole, quando fu all’età degli studi universitari, lo iscrisse all'università di Edimburgo, presso la facoltà di Medicina. Darwin, che andava leggendo vari testi di ornitologia di Audubon, nel 1827 lasciò gli studi di medicina. Contemporaneamente svolgeva ricerche negli stagni locali e in mare con i pescatori di ostriche di Newhaven, tanto che tenne la sua prima relazione scientifica ad una società studentesca, la Plinian Society. Il padre, preoccupato per il giovane, che non voleva seguire i suoi passi, lo iscrisse nel 1828 al Christ's College a Cambridge. Charles, secondo quello che erano i suoi interessi, si indirizzò verso la storia naturale, appoggiato nella decisione da suo cugino William Darwin Fox e fortemente influenzato da scienziati quali William Whewell e il botanico ed entomologo John Stevens Henslow. Svolgendo gli studi, lesse i maggiori testi di naturalismo, come quelli di Herschel e Alexander von Humboldt, e studi di geologia, in cui dimostrava interesse e predisposizione. Nel 1831, ultimati gli studi universitari, seguì, in estate, il geologo Adam Sedgwick, in un tour di ricerche nel Galles del nord.
L’inquieto Darwin, che prediligeva, evidentemente, gli studi sul campo, tornato dal Galles, con una raccomandazione dello scienziato Henslow, si imbarcò sulla nave HMS Beagle, comandata dal capitano Robert Fitzroy.  Con la nave salpò per le coste del Sud America, per una spedizione cartografica della durata di cinque anni.
L’imbarcazione toccò diverse mete: le isole di Capo Verde, le Isole Falkland (o Isole Malvinas), la costa del Sud America, le Isole Galápagos e l'Australia. Viaggiando egli raccoglieva reperti fossili, campioni di specie animali e vegetali, rocce. Osservava, studiava facendo comparazioni, annotava le curiosità e le sue stesse riflessioni. Rimase colpito, soprattutto, dall'arcipelago delle Galápagos, dove ogni singola isola aveva specie diverse di tartarughe e di uccelli, che, pur differendo, erano simili tra loro. Fu di ritorno in Inghilterra nel 1836.
Dal viaggio Darwin aveva portato in patria un gran numero di reperti scientifici, spesso del tutto nuovi, che furono conferiti al British Museum. Già questo poteva ritenersi un grande risultato, ma, il viaggio lo aveva talmente coinvolto che al ritorno iniziò una riflessione interiore su un sospetto, una nuova teoria del tutto innovativa: la teoria dell'evoluzione per selezione naturale e sessuale. Quando, nella primavera del 1837, gli ornitologi del British Museum, gli comunicarono che i diversi uccelli delle Galapagos riportati erano riferibili ad un gruppo di specie della sottofamiglia Geospizinae, all'interno della famiglia Fringillidae, cioè i comuni fringuelli, Darwin trovò una prima conferma della sua teoria.
Dal viaggio a bordo del Beagle, Darwin trasse parecchio: dalla interpretazione della formazione degli atolli corallini nel Pacifico al resoconto del viaggio. Dal 1839 al 1843, pubblicò, infatti, la Zoologia del viaggio della H. M. S. Beagle, in cinque volumi.


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