Тщательное изучение личинки ланцетника и морской звезды привело к важнейшим открытиям: Ковалевский установил связь между двумя царствами животных – позвоночными и беспозвоночными. В этот период жизни двух товарищей по науке исследования Ковалевского по своему значению превосходили то, что делал Мечников. Крупнейшие научные открытия Ильи Ильича Мечникова были еще впереди.

Начиная с 1865 года А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым были опубликованы многочисленные работы по зародышевому развитию беспозвоночных, ошеломившие тогда весь научный мир. Этими работами была не только показана общность принципов развития позвоночных и беспозвоночных на основе учения о зародышевых листках, но и разработан ряд основных закономерностей образования из яйца многоклеточных организмов.

Ковалевский показал на ланцетнике, асцидиях, а в дальнейшем на многочисленных других животных закономерности дробления яйца и образования из него сначала однослойного, а затем двуслойного зародыша, его полостей и будущих органов. Причем эти закономерности оказались поразительно сходными как для беспозвоночных, так и для позвоночных.

Мечников исследовал закономерности зародышевого развития – развития зародышевых листков, образование кишечника и полостей тела – у насекомых, ракообразных, головоногих моллюсков, иглокожих, паукообразных и других беспозвоночных животных.

Эти работы обоих ученых окончательно доказали единство и общность всего животного мира и дали образцы применения эволюционного учения в области эмбриологии. Именно эти исследования открыли путь для филогенетических построений на основе принципа параллелизма между происхождением и родством животных форм и их зародышевым развитием.

Нередко заслугу создания специального, филогенетического направления в дарвинизме целиком приписывают Эрнсту Геккелю. Опираясь на идеи, впервые высказанные Ч. Дарвином и Ф. Мюллером, Геккель в 1866–1872 годах сформулировал свой «основной биогенетический закон». Исходя из этого закона и своей же «теории гастреи», немецкий ученый разработал целую систему гипотетических построений и родословных «древ». В действительности он использовал при своих построениях открытия других ученых, и в первую очередь А. О. Ковалевского и И. И. Мечникова. Геккель стал «крестным отцом» этих открытий, дав различные названия обнаруженным стадиям развития животных и их гипотетическим предковым формам (бластула, гаструла, бластея, гастрея и т. д.).

Эти поспешные построения Э. Геккеля вызвали у Мечникова большое недоверие, окончательно укрепившееся после проведенных им блестящих исследований эмбрионального развития губок и кишечнополостных. Сам же он уверенно шел по выбранному пути. В 1867 году – в 22 года, Мечников – магистр зоологии, а в 1868 году, когда его товарищи только окончили университет, он уже доктор зоологии. Обе диссертации были защищены им в Петербургском университете.

В магистерской диссертации Мечников, опираясь на проведенные в Средиземном море наблюдения, проследил развитие головоногого моллюска Sepiola. В докторской диссертации он тщательно исследовал историю развития ракообразных из рода Nebalia. В обеих работах автор стремился проследить общие закономерности формирования зародышевых листков у разных типов беспозвоночных и доказать их сходство с развитием зародышевых листков позвоночных.

Уже после защиты магистерской диссертации, в 1867 году, Мечников вместе с Ковалевским за работы в области эмбриологии беспозвоночных был удостоен премии имени классика русской и мировой эмбриологии, петербургского академика Карла Бэра. В том же году Илья Ильич был избран доцентом Новороссийского университета в Одессе, а через год доцентом Петербургского университета. В 1870 году, в 25-летнем возрасте, Мечников вторично получил премию имени Бэра за выдающиеся исследования в области сравнительной эмбриологии.

Еще в первую поездку в Италию в 1865 году Мечников познакомился с великим физиологом Иваном Михайловичем Сеченовым, жившим в то время в Сорренто. «Мы вышли, – вспоминал Илья Ильич, – совершенно очарованные новым знакомством, сразу признав в Сеченове "учителя"».

А Сеченов так писал о первом знакомстве с молодыми учеными: «Помню, как теперь, из жизни в Сорренто апельсинный сад вокруг домика (villa Grehan), в котором мы жили, и его террасу, на которой в один прекрасный день появились два очень молодых человека знакомиться с нами. Это были – будущая гордость России Илья Ильич Мечников и Александр Онуфриевич Ковалевский».

В дальнейшем знакомство Мечникова с Сеченовым превратилось в творческую дружбу, хотя Мечников и был моложе Сеченова на 16 лет.

В 1867 году Илья Мечников получил докторскую степень Петербургского университета, где затем преподавал зоологию и сравнительную анатомию. В Петербурге, вскоре после приезда, Илья Ильич познакомился с профессором ботаники Андреем Николаевичем Бекетовым и был принят в его семье. Открытый и общительный Мечников легко сходился с людьми.

Семья Андрея Николаевича Бекетова была поистине чудесной! Три девочки, дочери Бекетова, задавали тон всей жизни домочадцев. Они любили слушать сказки, которые Илья Ильич тут же для них придумывал. Племянница Бекетова – скромная, тихая Людмила Васильевна, выступала в роли утешительницы и примирительницы в детских играх. Как хорошо было Мечникову в кругу этой семьи!

Сам же он вел жизнь куда менее приятную. Лаборатории для работы не было, Илья Ильич ютился в неотапливаемом музее, между шкафами с зоологическими коллекциями, занимался, не снимая пальто. Жил Илья Ильич в тесной квартире на Васильевском острове. Экономия денег для научных целей вынуждала его вести самому хозяйство. Все шло из рук вон плохо. Прибирать в комнате и готовить обед просто не было времени. Илья Ильич ходил в какую-то третьеразрядную столовую. Денег не хватало для удовлетворения самых насущных нужд.

Мечников стал подрабатывать – читать лекции в Горном институте. В легком пальто, без калош шел по холоду на лекции. Студенты Горного института мало интересовались зоологией, Илья Ильич понимал, что работает ради денег.

Позже в одной из своих научно-популярных книг Мечников поведал «Историю ученого, бывшего пессимистом в молодости и ставшего впоследствии оптимистом», историю о себе. Ученый писал: «…Он был крайне нервен, и это, с одной стороны, помогало ему в работе, а с другой – служило источником множества бедствий. Он стремился поскорее достигнуть цели, и встречаемые по дороге препятствия сильно склоняли его к пессимизму. Так, сознавая свои способности, он считал, что старшие должны помогать его развитию. Но, видя равнодушие, довольно естественное и особенно распространенное среди людей, уже достигших цели, молодой ученый пришел к заключению, что против него интригуют и что хотят подавить его научные силы…

Малейшее оскорбление самолюбия, колкость со стороны товарища – все это повергало нашего пессимиста в самое тягостное настроение. Нет, не стоит иметь друзей, если это служит поводом к постоянным глубоким уязвлениям! Лучше забиться в какой-нибудь угол и жить спокойно среди своих научных занятий.

Молодой ученый обожал музыку и часто посещал оперу. Между прочим, ему запала в душу ария из «Волшебной флейты»: «Будь я мал, как улитка, забился б я в свою скорлупку!»

К усиленной нравственной чувствительности присоединялась не менее повышенная и физическая. Всякие шумы, как свист паровика, выкрикивания уличных продавцов, лай собак и так далее, вызывали в нашем ученом крайне болезненные ощущения.

Малейший просвет среди ночи мешал ему спать. Неприятный вкус большинства лекарств делал применение их для него невозможным.

"О! тысячу раз правы философы-пессимисты, – говорил он себе, – утверждая, что неприятные ощущения несравненно сильнее приятных!.."

Это, вероятно, достаточно достоверный портрет, многое говорящий об особенностях характера Мечникова.

Илья Ильич тяжело переносил свое одиночество в большом, шумном Петербурге, и семья Бекетовых стала для него тем миром, в котором он отогревался душой и оживал.