LA BOTANIQUE

QU’EST-CE QUE LA BOTANIQUE ?

La botanique, nommée auparavant phytologie, est la science consacrée à l'étude des végétaux (du grec βοτανικ? ; féminin du mot βοτανικ?ς qui signifie « qui concerne les herbes, les plantes »). Elle présente plusieurs facettes qui la rattachent aux autres sciences du vivant. La botanique générale recouvre la taxinomie (description des caractères diagnostiques et différentiels), la systématique (dénombrement et classification des taxons dans un certain ordre), la morphologie végétale (décrivant les organes ou parties des végétaux), l'histologie végétale, la physiologie végétale, la biogéographie végétale et la pathologie végétale. Certaines disciplines, comme la dendrologie, sont spécialisées sur un sous-ensemble des végétaux. La connaissance fine des végétaux trouve des applications dans les domaines de la pharmacologie, de la sélection et de l'amélioration des plantes cultivées, en agriculture, en horticulture, et en sylviculture.

La botanique est une discipline scientifique qui s'intéresse aux végétaux sous bien des facettes. Certains botanistes se focalisent ainsi sur la taxonomie, tandis que d'autres ont plus d'affinités pour la systématique, la morphologie, l'anatomie, la physiologie, l'histologie ou la pathologie végétale.

Le végétal : du microscopique au macroscopique

Les études botaniques peuvent être menées à de nombreux niveaux, en partant du moléculaire, en passant par la génétique, pour finalement aboutir, après bien d'autres étapes, à la communauté dans son ensemble.

La mycologie, l'étude des champignons, et la phycologie, l'étude des algues, sont régulièrement associés à la botanique. L'explication est historique. À ses débuts, cette discipline rassemblait tous les êtres vivants qui n'étaient pas des animaux. 

La botanique, ou phytologie, est la science qui regroupe l'ensemble des disciplines qui étudient les végétaux, la science de la biologie de la plante. Cette biologie végétale est une branche de la biologie impliquant l'étude scientifique des plantes vivantes, l'étude des plantes mortes est la paléobotanique.

Traditionnellement, la botanique inclut également l'étude des champignons, des algues et les virus. Le spécialiste est le botaniste, ou phytologiste. La botanique intègre la phyllotaxie, la science des feuilles.
 

Aujourd'hui, les botanistes étudient plus de 550.000 espèces d'organismes vivants, en pratiquant à la fois un inventaire de la végétation à l'aide d'un relevé botanique, en étudiant les raisons de la distribution des espèces en géographique botanique, avec la géobotanique, l'ethnobotanique et la phytosociologie. La notion de région botanique permet ainsi de délimiter les espaces ou contrées incluant des plantes endémiques ou propres à quelques régions.

La botanique couvre un large éventail de disciplines scientifiques, y compris la structure, la croissance, la reproduction, le métabolisme, le développement, les maladies, les propriétés chimiques, et les relations évolutives entre les groupes taxonomiques. La botanique a commencé avec les premiers efforts de l'homme pour identifier les plantes comestibles, plantes médicinales, plantes aromatiques et plantes toxiques, ce qui en fait une des plus anciennes branches de la science. La botanique trouve ainsi son origine dans la préhistoire comme l'herboristerie, puis dans l'étude des plantes naturopathiques.

À partir d'une première enquête abstraite scientifique, Théophraste, dès le 3 e et 2 e siècle av. J.C., a créé une systématisation du règne végétal.

Dans l'ère médiévale, les moines souvent attachés à des monastères, écrivaient sur des plantes d'importance médicale. Ils ont été les précurseurs des premiers jardins botaniques rattachés à des universités, fondés à partir des années 1540 et suivantes. Un des premiers fut le jardin botanique de Padoue. Ces jardins ont facilité l'étude académique de plantes. Les efforts visant à cataloguer et décrire leurs collections, botaniquement, ont été les débuts de la taxonomie des plantes, et ont conduit en 1753 à la création du système binomial de Linné, classification qui reste en usage à ce jour. Les botaniseurs, ancien nom des collectionneurs et chercheurs de plantes, disposait d'un respect pour la réalisation de botanicons, c'est-à-dire les herbiers.

La botanique appliquée, par opposition à la botanique pure, mène des enquêtes à destination des professionnels des plantes, avec des usages en agriculture, sylviculture, aquaculture et la technologie pharmaceutique. Sa connaissance affecte de nombreux aspects de notre vie et est donc une discipline étudiée par les biologistes, mais aussi par les pharmaciens, les agronomes, les forestiers, les écologistes, entre autres.
La botanique pure couvre un large éventail de contenus, y compris les propres aspects spécifiques des plantes et des disciplines biologiques portant sur la composition chimique (phytochimie), l'organisation cellulaire (cytologie végétale) et les tissus (histologie végétale), le métabolisme et la fonction des organes (physiologie des plantes), la croissance et le développement, la morphologie (phytographie), de la reproduction, l'héritage (génétique végétale), la maladie (pathologie végétale), les adaptations à l'environnement (écologie), la répartition géographique (phytogéographie ou géobotanique), du fossile (paléobotanique) et l'évolution.

L'histoire de la botanique

Si Aristote est le fondateur de la botanique (vers 347 av. J.-C.); c'est à Théophraste que l'on doit le plus ancien ouvrage qui soit resté (l'Histoire des plantes, composé en  320 av. J.-C. A peine née, cette science a rapidement décliné. Ni les successeurs de Théophraste, ni les naturalistes romains ne lui ont fait accomplir de progrès. Au Moyen âge, et spécialement dans le monde Arabe, on s'intéresse surtout aux usages médicinaux des plantes. Vers la fin du XVe siècle de notre ère, c'est-à-dire avec l'effervescence tous azimuts qui définit la Renaissance, l'étude des plantes prit une nouvelle activité, et au siècle suivant parurent les travaux de Fuchs, Bock, des frères Bauhin, Césalpin et de plusieurs autres. Les travaux de Tournefort (fin du XVIIe siècle) servirent de modèle à Linné qui basa sa classification des plantes sur les différences des étamines et des pistils (1733), et son système fut dès lors adopté et resta en usage dans toutes les écoles de botanique. Linné imagina le système binomial de nomenclature, désignant chaque plante par un nom générique et spécifique.

Après Linné, Bernard de Jussieu adopta un arrangement d'après les affinités naturelles des plantes que publia son neveu, Antoine-Laurent  (Paris, 1789). Les botanistes ultérieures ont apporté de nombreuses modifications au système de Jussieu. Candolle, dans son Prodromus Systematis Naturalis Regni Vegetabilis, description de toutes les espèces connues (ouvrage commencé en 1818 et terminé en 1876), adopte les séries descendantes; c'est-à-dire qu'il décrit d'abord les végétaux dont l'organisation est considérée comme la plus complète et qu'il passe ensuite à ceux qui sont d'une structure plus simple. John Lindley, dans son Vegetable Kingdom (1846), adopte, au contraire, les séries ascendantes. Le Genera Plantarum de Hooker et Bentham (1er vol. 1867), restera ensuite pendant quelque temps le guide pour l'établissement des herbiers et des flores locales. A la mort de Linné, en 1778, on avait décrit 11 800 espèces de plantes; on en connaît  environ 100 000 à la fin du XIXe siècle. Il pourrait y en avoir aujourd'hui plus du triple.

Les principes établis par tous les naturalistes, depuis Jussieu et son concept de subordination des caractères, ajoutés à ceux introduits par les idées évolutionnistes, articulés autours du concept de phylogénie, sont la base toutes les classifications des végétaux publiées jusqu'à nos jours. Parallèlement à ces préoccupations systématiques, d'autres approches ont investi la botanique à partir de la découverte du microscope (vers 1624). On s'est ainsi intéressé à l'anatomie des végétaux, dont les fondateurs, au XVIIe siècle, sont Malpighi et Grew. En 1667, Hooke découvre la cellule. Mais il faudra encore attendre le XIXe siècle, pour qu’Oken (1805) et Schleiden (1838), mettent sur pied la théorie cellulaire. Celle-ci restera inchangée dans ses grandes lignes jusqu'à la seconde moitié du XXe siècle, quand de nouvelles techniques d'investigation (microscope électronique), et de nouvelles approches (biologie moléculaire), conféreront à la botanique son visage actuel.

L'Antiquité

On considère Aristote comme le fondateur de la botanique (IVe siècle av. J.-C.). Ses divers écrits sur les végétaux, notamment sa Théorie des Plantes, ont été perdus, mais les quelques fragments qui en restent en donnent une petite idée. A côté de nombreuses idées hypothétiques ou erronées, énoncées dans divers mémoires, Aristote a notamment émis une opinion forte juste an sujet de l'analogie de l'embryon animal avec l'embryon végétal, de la séparation des sexes dans certaines plantes, de leur durée, etc. Des disciples d'Aristote qui cultivèrent la botanique, Phanias, Dicéarque et Théophraste, le dernier seul a laissé, 350 ans avant notre ère, deux ouvrages importants : une Histoire des Plantes  et Causes des Plantes, tous deux objets de nombreux commentaires et souvent réédités.

Bien que, dans ces ouvrages, Théophraste n'ait été inspiré par aucune méthode digne de ce nom, il faut reconnaître qu'il sut apporter dans l'étude des végétaux des idées en grande partie dépourvues des préjugés de son époque et, en affirmant que la nature agit conformément à ses propres plans, et non dans l'intention d'être utile aux humains, il pensait en véritable naturaliste. Il créa des termes nouveaux pour désigner des modifications particulières de la structure végétale; il parle clairement de la fibre ligneuse et du parenchyme du bois, en donnant à ce dernier le nom de chair; enfin, il décrit exactement la différence qui existe entre le bois du Palmier et celui des arbres à couches concentriques. Ainsi, en fait, la découverte de la différence qui existe entre le bois des Dicotylédones et des Monocotylédones, s'avère vieille d'environ vingt-deux siècles, quoique ce soit seulement le début du XIXe siècle qu'on a fondé sur elle la grande division systématique des végétaux phanérogames. Le nombre des plantes qu'il a énumérées et en partie décrites est d'environ cinq cents, toutes de la région orientale du bassin méditerranéen. Mais il est bien difficile de pouvoir assimiler ces espèces à celles que nous connaissons

Après Théophraste, la botanique en tant que science disparaît complètement; car on ne peut pas véritablement qualifier de botanistes des auteurs, comme Dioscoride (60 ans environ ap. J.-C.), ou, à Rome, comme Pline l'Ancien (70 ans ap. J. -C.), qui ne comprenaient pas toujours les auteurs qu'ils copiaient, ou encore comme Columelle (50 ans ap. J.-C.), se bornaient à décrire les procédés agricoles usités de leur temps. On ne se désintéresse sans doute pas des plantes, mais cette situation durera tout de même pendant tout le Moyen Âge, et c'est seulement à la Renaissance que la botanique a véritablement pris son essor.

Le Moyen âge

La frontière que l'on trace entre les derniers auteurs romains ou grecs et les premiers auteurs médiévaux est bien sûr tout artificielle, et, comme dans bien d'autres domaines, le Moyen âge, quand il aborde les plantes, s'inscrit dans une continuité d'autant moins engageante que depuis Théophraste peu de progrès avaient été faits dans les derniers siècles de l'Antiquité. Ainsi, bien que le Traité de matière médicale de Dioscoride se soit, avec l'Histoire des Plantes de Théophraste, partagé l'autorité scientifique dans l'étude des végétaux pendant tout le Moyen âge jusqu'au XVIe siècle, ni l'un ni l'autre ne saurait être considéré, de même que la partie de l'Histoire naturelle de Pline consacrée aux plantes, que comme une énumération plus ou moins bien présentée des faits botaniques connus des Anciens. Au point de vue de la constatation de cette connaissance, ces ouvrages présentent sans doute un intérêt réel, mais ils ne renferment aucune idée à même d'imprimer un élan au progrès des connaissances. Cela ne signifie pas qu'on s'en désintéresse pour autant. Les médecins arabes qui connurent un certain nombre de plantes médicinales ou économiques, tout comme dans les mondes byzantin et latin, on trouve des auteurs qui ont écrit, soit des poèmes sur les végétaux, soit des ouvrages plus spéciaux.

La Renaissance

A partir du XVIe siècle, de même que toutes les autres branches de la science, devint l'objet de travaux assidus. La découverte de l'Amérique a sans doute aussi été déterminante pour ce qui concerne la botanique. Des missionnaires, des médecins, des voyageurs tels que Lopez de Gomara, F. Hernandez, Fernandez de Oviedo, Martin del Barco, Jérôme Benzoni, André Thevet, ont, les premiers, initiés aux richesses botaniques du Nouveau monde, et leurs ouvrages ont inauguré, pour la botanique, non pas l'ère de la renaissance comme on l'a dit, cette science n'ayant jamais été jusque-là bien cultivée, mais simplement une ère de progrès sans précédent.

L'une des plus importantes manifestations de ce développement fut la création de Jardins botaniques. C'est en Italie d'abord (cf. encadré ci-dessous), puis en Hollande, à Leyde en 1577, enfin en France à Montpellier en 1597 et à Paris en 1598, que furent successivement installées les premières collections de plantes vivantes.

Les plus grands maîtres de la botanique

Théophraste (en grec ancien Θε?φραστος / Théophrastos) est un philosophe de la Grèce antique né vers 371 av. J.-C. à Eresós (Lesbos) et mort vers 288 av. J.-C. à Athènes. Élève d’Aristote, il fut le premier scholarque du Lycée, de 322 à sa mort ; botaniste et naturaliste, polygraphe ou encore alchimiste.

Selon Théophraste, l’ambition légitime du savant est de parvenir, malgré les obstacles et les difficultés, à énoncer les causes de ce qu’il constate et analyse, à quoi il ne parvient qu’en manifestant à l'égard des théories générales une attitude critique qui le conduit à accumuler les observations, recourir à l’analogie et construire de nouvelles hypothèses, si c’est pertinent ; l’aporie dans l’utilisation d’une théorie impose la recherche. Il faut exhorter les hommes à acquérir plutôt de la science qu'à compter sur les richesses. Il est typique de Théophraste de retrouver plusieurs explications, et de tenter de distinguer les circonstances dans lesquelles elles ont été élaborées. L’importance qu'il accorde à l'observation directe et à la description précise et rigoureuse marque une rupture avec les auteurs qui, avant lui, avaient étudié les plantes. Pour Théophraste, seul le savant a la prérogative de n’être pas un étranger hors de sa patrie, de ne point manquer de personnes qui l’aiment, après avoir perdu ses amis, d'être citoyen dans toutes les villes du monde, de braver et de mépriser les revers de la fortune. D’après Cicéron et Plutarque, Épicure et Léontion avaient écrit un ouvrage intitulé Contre Théophraste ; celui d’Épicure comptait quatre livres. Le géographe Dicéarque a adressé certains de ses ouvrages, certaines de ses cartes et leurs explications à l’attention de Théophraste.

Fils du foulon Mélantas, de Lesbos, il naquit le 5 de Hécatombeion dans la CIIe Olympiade et se nommait Tyrtamos (en grec ancien Τ?ρταμος) de son véritable nom ; c’est Aristote qui le surnomma « Théophrastos », littéralement « divin parleur ».

Diogène Laërce affirme que Théophraste a été disciple de Platon. Selon l’historien de la philosophie et philologue Werner Jaeger, il est possible mais peu vraisemblable qu'il ait suivi les cours de Platon à Athènes ; il est plus probable qu’il ait rejoint Aristote et d’autres membres de l’Académie depuis Lesbos à Assos, où ce dernier s’était installé auprès d’Hermias en 347 av. J.-C.. Théophraste se lie d’amitié avec Callisthène, à qui il dédiera son Callisthène. Il contribue sur son île natale à combattre la tyrannie d’Erèsos qui a établi son pouvoir sur l’île ; Théophraste et un compatriote Phidias libèreront l’île C’est probablement sous son influence qu’Aristote quitte Assos pour s’installer à Mytilène sur l’île de Lesbos, où il enseigne jusqu’en 344/343.

L’école péripatéticienne, comme association légale reconnue par la cité, a été fondée non par Aristote qui était métèque, mais par Théophraste à qui il légua ses biens dans un testament que l’on possède encore. L’école devient alors une association cultuelle. Après la bataille de Chéronée, Théophraste revient à Athènes ; Aristote y a déjà ouvert son école au Lycée et Théophraste y suit les cours de son ancien condisciple, à qui il succède en 322 av. J.-C. lorsqu’Aristote part pour Chalcis.

En 317 av. J.-C., le philosophe Démétrios de Phalère gouverne Athènes et concède à Théophraste, dont il fut l’élève, le droit de posséder des biens immobiliers, bien qu’il soit métèque comme son prédécesseur. Théophraste achète un jardin où il organise l’école aristotélicienne sur le modèle de celle de Platon, fondation qui a pour but la concrétisation de la vie contemplative et spéculative : outre un sanctuaire des Muses, le jardin comprend un grand portique avec des cartes géographiques en pierre et plusieurs salles de cours. En 307, Athènes est prise par Démétrios Poliorcète pendant près de trois ans, et la chute de Démétrios de Phalère entraîne la persécution des philosophes : les écoles de philosophie sont visées par une loi d’un certain Sophocle de Sounion interdisant aux philosophes de tenir école sans le consentement du peuple et de la Boulè, sous peine de mort. Théophraste et tous les philosophes s’exilent volontairement. Cette loi, défendue par Démocharès, le neveu de Démosthène, est abrogée l’année suivante à l’initiative de Philon, ancien élève d’Aristote : les philosophes reviennent à Athènes et Sophocle doit payer une amende de cinq talents.

Rétabli et rappelé en 316 av. J.-C., Théophraste revient à Athènes et y vit dès lors, entouré de nombreux disciples. Son œuvre considérable compterait, selon Diogène Laërce, 300 livres totalisant 232 808 lignes. À sa mort, Théophraste lègue par testament le jardin de son école en ces termes : « Je laisse le jardin et le péripatos et les maisons adjacentes, à ceux de nos amis dont j’ai inscrit le nom et qui voudront se consacrer en commun à l’enseignement et à la recherche scientifique, puisqu’il n’est pas possible que chacun y demeure constamment, et à la condition qu’aucun d’eux n’aliène la propriété ou la consacre à son usage privé, mais afin qu’ils en fassent un temple possédé et utilisé en commun, comme cela est juste et approprié, comme des camarades et des amis ». Il se fait ensevelir dans un coin de ce jardin où est élevé un monument funéraire. À la tête du Lycée, Théophraste eut, selon la tradition, plus de deux mille élèves.

Carl Von Linné

Carl Von Linné et la classification des plantes

Carl von Linné, médecin naturaliste suédois du 18e siècle, était passionné de botanique depuis son enfance. Nous lui devons aujourd’hui le système binominal et les bases de la classification des êtres vivants : végétaux, animaux et champignons.

Biographie de Carl Von Linné

Linné naquit en 1707 dans une région campagnarde suédoise : une belle et riche région du point de vue d’un naturaliste. Son père, passionné de plante, lui fit découvrir le jardin dès son plus jeune âge, exerçant son esprit à l’observation de la nature.

Linné se faisait remarquer par ses divers enseignants en botanistes partout où il allait. C’est ainsi qu’à la place de devenir pasteur comme son père, à 20 ans, il commençât des études en médecine (et herboristerie) à Uppsala.   Il se créa alors un patronyme, Carolus Linnaeus, alors que l’expression « fil de Nils » était encore d’usage à cette époque. Le directeur du Jardin botanique d’Uppsala, Olof Rudbec, le prit sous son aile et le laissa profiter de sa bibliothèque et de sa riche documentation. A 24 ans, Linné commençait déjà à classer les végétaux.

Puis vint le temps des expéditions scientifiques, notamment en Dalécartie (Suède) et en Laponie, des régions encore méconnues à cette époque. Linné  parcoure 7000 km en laponie et y découvre une centaines d’espèces botaniques. 

Après quelques voyages scientifiques, diverses prises de contact avec des botanistes européens, Carolus Linnaeus devint médecin vers ses 30 ans. De retour en Suède, il fonda une famille et pratiqua la médecine avant d’obtenir enfin un poste en botanique à l’université en 1941.

Il devint médecin du roi et fut anobli en 1761. Carl von Linné était alors devenu célèbre. Il mourut en 1978 à 71 ans.

L’œuvre de Linné pour la botanique

Le nom binominal

Avant Linné, les plantes n’avaient pas de nom scientifique, elles étaient seulement distinguées par une phrase latine descriptive :

Ex pour la tomate. Son ancien « nom » était Solanum caule inermis herbaceo, folis pinnatis incisis, racemis simplicibus, c’est-à-dire « Solanacée herbacée à tiges lisses, à feuilles découpées, à tiges simples ».   A la place, Linné utilise un nom latin qui définit le genre et un adjectif qui qualifie précisément l’espèce : Solanum lycopersicum.

L’ancien système était tellement peu pratique que le système binominal latin proposé par Linné est bien accueilli. Pourtant, le nom binominal en latin avait été mis au point par Jean Bauhin plus d’un siècle auparavant, mais ce dernier n’avait pas su l’imposer.

La classification des plantes

Linné, et c’est son talent, n’a de cesse de rassembler, organiser, classifier les connaissances de ses prédécesseurs. Il met ainsi en avant les similitudes et ressemblances des plantes pour les regrouper entre elles. Il met l’accent notamment, pour définir familles et genres, sur les points communs de l’appareil reproducteur (la fleur chez les plantes supérieures), et mets en évidence ainsi 24 classes en fonction de la formule florale. Ce système est à la base de celui utilisé encore aujourd’hui. Il y met en avant un ordre hiérarchique des espèces. Par ailleurs, tous les végétaux nommés antérieurement à cette classification ont été requalifiés.

Pour la petite histoire. Certains des contemporains de Linné étaient critiques sur cette classification versée sur « les organes sexuels ». Le botaniste Johann Sigesbeck en fut remercié en donnant son nom à une mauvaise herbe : Siegesbeckia orientalis L., baptisée par Linné comme l‘indique le L à la fin du binôme.

Il publia Flora laponica, la flore de Laponie, en utilisant cette classification, un travail issu de ses descriptions de plante en Laponie.

Son ouvrage sur la classification fut publié dès 1735, Systema naturæ, puis révisé tout le long de sa vie. Cette classification s’adapte également au règne des animaux et champignons. C’est ainsi que l’être humain gagna son nom latin et qu’il fut classé parmi les primates. Il arrive à faire ce travail malgré sa foi religieuse et le créationnisme (espèces créées par Dieu) qu’elle implique. Il croit donc à la fixité des espèces.

A sa mort, Carl Von Linné laisse environ 18 000 descriptions de plantes dont un certain nombre qu’il a baptisées, ainsi que 3000 descriptions d’insectes.

Charles Darwin [t???lz ?d??w?n], né le 12 février 1809 à Shrewsbury dans le Shropshire et mort le 19 avril 1882 à Downe dans le Kent, est un naturaliste et paléontologue anglais dont les travaux sur l'évolution des espèces vivantes ont révolutionné la biologie avec son ouvrage L'Origine des espèces paru en 1859. Célèbre au sein de la communauté scientifique de son époque pour son travail sur le terrain et ses recherches en géologie, il a adopté l'hypothèse émise 50 ans auparavant par le Français Jean-Baptiste de Lamarck selon laquelle toutes les espèces vivantes ont évolué au cours du temps à partir d'un seul ou quelques ancêtres communs et il a soutenu avec Alfred Wallace que cette évolution était due au processus dit de la « sélection naturelle ».

Darwin a vu de son vivant la théorie de l'évolution acceptée par la communauté scientifique et le grand public, alors que sa théorie sur la sélection naturelle a dû attendre les années 1930 pour être généralement considérée comme l'explication essentielle du processus d'évolution. Au XXIe siècle, elle constitue en effet la base de la théorie moderne de l'évolution. Sous une forme modifiée, la découverte scientifique de Darwin reste le fondement de la biologie, car elle explique de façon logique et unifiée la diversité de la vie.

L'intérêt de Darwin pour l'histoire naturelle lui vint alors qu'il avait commencé à étudier la médecine à l'université d'Édimbourg, puis la théologie à Cambridge. Son voyage de cinq ans à bord du Beagle l'établit dans un premier temps comme un géologue dont les observations et les théories soutenaient les théories actualistes de Charles Lyell. La publication de son journal de voyage le rendit célèbre. Intrigué par la distribution géographique de la faune sauvage et des fossiles dont il avait recueilli des spécimens au cours de son voyage, il étudia la transformation des espèces et en conçut sa théorie sur la sélection naturelle en 1838. Il fut fortement influencé par les théories de Georges-Louis Leclerc de Buffon.

Ayant constaté que d'autres avaient été qualifiés d'hérétiques pour avoir avancé des idées analogues, il ne se confia qu'à ses amis les plus intimes et continua à développer ses recherches pour prévenir les objections qui immanquablement lui seraient faites. En 1858, Alfred Russel Wallace lui fit parvenir un essai qui décrivait une théorie semblable, ce qui les amena à faire connaître leurs théories dans une présentation commune. Son livre de 1859, L'Origine des espèces, fit de l'évolution à partir d'une ascendance commune l'explication scientifique dominante de la diversification des espèces naturelles. Il examina l'évolution humaine et la sélection sexuelle dans La Filiation de l'homme et la sélection liée au sexe, suivi par L'Expression des émotions chez l'homme et les animaux. Ses recherches sur les plantes furent publiées dans une série de livres et, dans son dernier ouvrage, il étudiait les lombrics et leur action sur le sol.

Charles Darwin est né dans la maison familiale, dite « maison Mount »7. Il est le cinquième d’une fratrie de six enfants d’un médecin et financier prospère, Robert Darwin (1766-1848), et de Susannah Darwin (née Wedgwood) (1765-1817). Il est le petit-fils du célèbre naturaliste et poète Erasmus Darwin (1731-1802) du côté paternel et de Josiah Wedgwood (1730-1795), du côté de sa mère. Chacune des deux familles est de confession unitarienne, bien que les Wedgwood aient adopté l’anglicanisme. Robert Darwin, plutôt libre-penseur, accepte que son fils Charles soit baptisé à l’église anglicane. Néanmoins, les enfants Darwin fréquentent avec leur mère la chapelle unitarienne. Le prêcheur de celle-ci devient le maître d’école de Charles en 1817. En juillet de la même année, Susannah Darwin décède alors que Charles n'a que huit ans. En septembre 1818, il entre au pensionnat de l’école anglicane voisine, l'école de Shrewsbury. Aimant peu les matières théoriques scolaires, il préfère galoper à cheval dans la campagne avec son chien, chasser, herboriser, collecter des animaux et des pierres.

Darwin passe l’été de 1825 comme apprenti médecin auprès de son père qui soigne les pauvres du Shropshire. À l’automne de la même année, il part en Écosse, à l’université d'Édimbourg pour y étudier la médecine, mais il est révolté par la brutalité de la chirurgie et néglige ses études médicales. Il apprend la taxidermie auprès de John Edmonstone, un esclave noir libéré, qui lui raconte des histoires fascinantes sur les forêts tropicales humides d’Amérique du Sud. Plus tard, dans La Filiation de l'homme et la sélection liée au sexe, il se sert de cette expérience pour souligner que, malgré de superficielles différences d’apparence, « les Nègres et les Européens » sont très proches.

Durant sa seconde année, Charles Darwin rejoint la Société plinienne (ainsi nommée en hommage à Pline l'Ancien considéré comme le premier naturaliste), un groupe d’étudiants spécialement intéressés par l’histoire naturelle et au sein de laquelle il fait quelques allocutions. Il devient un élève de Robert Edmond Grant, partisan de la théorie de l’évolution du naturaliste français Jean-Baptiste de Lamarck, tout comme son grand-père Erasmus Darwin l'avait été. Sur les rivages du Firth of Forth, Charles participe aux recherches de Grant sur les cycles vitaux des animaux marins. Ces recherches portent sur l’homologie, théorie selon laquelle tous les animaux ont des organes similaires ne différant que par leur complexité, ce qui indique leur ascendance commune. En mars 1827, Darwin fait un exposé devant ses camarades pliniens sur sa propre découverte : les spores noires souvent trouvées dans des coquilles d’huîtres sont selon lui les œufs d’une sangsue. Il suit également les cours de Robert Jameson, s’initie à la stratigraphie géologique, à la classification des plantes et utilise les riches collections du muséum de l'université, l’un des plus riches d’Europe de son temps.

En 1827, son père, insatisfait par l’absence de progrès de son jeune fils, l’inscrit pour obtenir un Bachelor of Arts au Christ's College de Cambridge. Il s’agit de lui donner un diplôme de théologie, dans l'espoir que Charles devienne pasteur anglican. Néanmoins, Darwin aime mieux monter à cheval et chasser que se consacrer à ses études. Avec son cousin William Darwin Fox, il commence à se passionner pour la collection des coléoptères. Fox lui fait rencontrer le révérend John Stevens Henslow, professeur de botanique et grand connaisseur de ces insectes. Darwin rejoint alors les cours d’histoire naturelle d’Henslow et devient son élève préféré. Il est alors connu des autres professeurs comme « l’homme qui marche avec Henslow ». Quand les examens se rapprochent, Darwin se concentre sur ses études et reçoit des cours privés d’Henslow. Le jeune homme est particulièrement enthousiaste au sujet des écrits de William Paley, dont la Théologie naturelle (1802) et la conception divine de la nature le fascinent.

« Pour passer l’examen de bachelier, il était également nécessaire de posséder les Évidences du christianisme de Paley et sa Philosophie morale. J’y mis un grand soin, et je suis convaincu que j’aurais pu transcrire la totalité des Évidences avec une correction parfaite, mais non, bien sûr dans la langue de Paley. La logique de ce livre, et je puis ajouter, de sa Théologie naturelle, me procura autant de plaisir qu’Euclide. L’étude attentive de ces ouvrages, sans rien essayer d’apprendre par cœur, fut la seule partie du cursus académique qui, comme je le sentais alors et comme je la crois encore, se révéla de quelque utilité pour l’éducation de mon esprit. Je ne me préoccupais pas à cette époque des prémisses de Paley ; m’y fiant d’emblée, j’étais charmé et convaincu par la longue chaîne de son argumentation. »

Von Sydow a avancé l'idée que l’enthousiasme de Darwin pour l’« adaptationisme » religieux de Paley a paradoxalement joué un rôle, plus tard, lors de la formulation de sa théorie de la sélection naturelle. Il passe ses examens en janvier 1831 et, s’il réussit bien en théologie, il remporte de justesse les épreuves de littérature classique, de mathématiques et de physique, arrivant dixième sur une liste de 178 élèves reçus.

Les obligations universitaires obligent Darwin à rester à Cambridge jusqu’en juin. Suivant les conseils d’Henslow, il ne hâte pas son entrée dans les Ordres. Inspiré par le journal de voyage du naturaliste allemand Alexander von Humboldt, il organise un voyage dans l’île de Tenerife avec quelques camarades d’études eux-mêmes fraîchement diplômés, afin d’étudier l’histoire naturelle des tropiques. Pour mieux se préparer, Darwin rejoint les cours de géologie du révérend Adam Sedgwick et, durant l’été, l’assiste à la réalisation d'une carte géologique dans le pays de Galles. Après avoir passé une quinzaine de jours avec des amis étudiants à Barmouth, Darwin retourne chez lui et découvre une lettre d’Henslow qui le recommande comme naturaliste approprié (même si sa formation n’est pas complète) pour un poste non payé auprès de Robert FitzRoy, capitaine de l’HMS Beagle, lequel part quatre semaines plus tard pour faire la cartographie de la côte de l’Amérique du Sud. Son père s’oppose d’abord à ce voyage de deux ans qu’il considère comme une perte de temps, mais il est finalement convaincu par son beau-frère, Josiah Wedgwood II, et finit par donner son accord à la participation de son fils.