Находясь в Иене, Миклуха-Маклай с особенным интересом изучал сравнительную анатомию; ей он придавал исключительное значение в связи с общей эволюционной теорией Дарвина, сторонником которой он сделался. Сравнительная анатомия изучает сходство и различие животных форм и устанавливает родство между организмами различных видов. Дарвинизм поставил перед сравнительной анатомией задачу уяснения происхождения различных животных видов и путей их развития.
Миклуха-Маклай становится ассистентом известного в то время ученого Эрнста Геккеля, ревностного последователя теории Дарвина. И, когда в 1866 году профессор Геккель предпринял научную экспедицию на Канарские острова, Миклуха-Маклай отправился вместе с ним в первое свое путешествие.
Первая остановка экспедиции была на острове Мадейра. Это — наиболее значительный остров из архипелага носящего то же название. Остров Мадейра был открыт в 1418 году португальскими мореплавателями Гонсальвезом Зарко и Тристаном Ваз Тексейра. Колонизация остров; привела к полному преобразованию его животного и растительного царства. С первых же дней португальской оккупации началось уничтожение лесов на Мадейре. Гонсальвез Зарко, которому был пожалован в ленное владение весь Фунчальский округ, пустил огонь в лесную чащу, покрывавшую местность, намеченную для будущего города. Пожар распространился далеко внутрь острова, угрожая жизни самих поджигателей. Чтобы уйти от пламени поселенцы, по словам Зарко, принуждены были бежать на барки или бросаться в море, где они провели двое суток без пищи, стоя по горло в воде. Несколько лет огонь продолжал истреблять леса острова, перекидываясь с одного горного склона на другой. Только название острова — «Мадейра», что значит «лесистый остров», — напоминало о том, что было здесь до португальской оккупации.
Вместе с туземной флорой острова погибла и его фауна. Все животные, которые населяют ныне остров Мадейра ввезены были колонистами, в том числе и грызуны: кролики и крысы, опустошающие сады и поля прекрасного острова.
Население Мадейры смешанного происхождения. Первыми поселенцами были португальцы, затем приходили искать убежища евреи и мавры; негров привозили в качестве невольников; англичане, владевшие Мадейрой в эпоху наполеоновских войн, оставили после себя многочисленные семейства. Когда же остров очутился на большой дороге океанского пароходства, там поселилось еще много европейцев. Тем не менее, господствующая раса — португальцы — постепенно поглощает эти разнородные элементы; почти все жители Мадейры имеют черные глаза, густые и темные волосы; у большинства из них цвет лица смуглый, что приписывают влиянию скрещивания с африканцами.
Это естественное смешение самых различных рас дало Миклухе-Маклаю возможность произвести интересные антропологические наблюдения. Уже тогда у него впервые появилась мысль о необходимости длительного изучения людей в первобытной обстановке, чтобы решить вопрос о сущности расовых особенностей.
На Мадейре Миклуха-Маклай мог также убедиться в том, какую огромную роль играют социально-экономические факторы в физиологическом развитии человека. Несмотря на прекрасный климат острова, бедственное материальное положение трудящегося населения является постоянным источником многочисленных болезней, которым подвержены жители Мадейры. Они питаются здоровой пищей, главным образом кукурузой, иньямом, сладкой бататой, картофелем с прибавкой съедобных корней, плодами и рыбой, но этой пищи никогда не бывает у них в достаточном количестве. Что же касается жилищ, то чаще всего — это темные и сырые пещеры с каменными стенами, пристроенными к скале. Немудрено, что женщины, проводящие большую часть дня в этих логовищах, почти поголовно страдают болезнями, вызываемыми недостатком воздуха и света.
Благодатная природа острова могла бы обеспечить население полностью продуктами питания, но порядок землевладения, установившийся на Мадейре, обрекал большинство населения на голод. Почва и источники орошения все еще принадлежали потомкам прежних феодалов. Именно по этой причине за время с 1835 по 1859 год, когда были большие неурожаи, более пятидесяти тысяч мадейрцев покинули родной край в поисках лучшей доли.
С острова Мадейра научная экспедиция отправилась на Канарский архипелаг. Это те самые «острова Блаженных», о которых говорят греческие поэты, острова, где герои наслаждались вечной жизнью, в восхитительном климате, где неведомы были ни холод, ни бури. Правда, ни один тогдашний географ не мог указать точно местоположения этих «счастливых островов». В сознании древних они смешивались со всеми атлантическими землями, лежащими в великой «реке Океане», по ту сторону «Ворот Геркулеса».