В декабре 1864 года в Харьковский университет прибыл пакет из-за границы на имя декана физико-математического факультета. В нем находилась кандидатская работа Мечникова «Исследование фабриции Северного моря». В этом сочинении Илья Ильич описал морское животное, принадлежащее к типу круглых червей. Работа Мечникова получила одобрение совета университета, и ему было присуждено звание кандидата естественных наук. Юноше еще не минуло двадцати лет, а он уже вышел на путь самостоятельной исследовательской работы.
С глубоким уважением и признательностью всегда вспоминал Мечников Николая Ивановича Пирогова.
— Благодаря ему, — говорил Илья Ильич, — я получил возможность спокойно работать и в то же время поступил в число поднадзорных ему молодых ученых.
В одном из кафе Неаполя, в Италии, встретились впервые Пирогов и Мечников. Пирогов принял юношу ласково и приветливо. Он подробно расспрашивал его о планах на будущее и при этом показал себя не начальником, а заботливым руководителем.
Профессор Лейкарт уехал на- каникулы. Перед отъездом он разрешил Мечникову посещать в его отсутствие лабораторию и работать в ней. Илья Ильич намеревался выяснить вопросы, которые заинтересовали его еще на острове Гельголанде при изучении круглых червей — нематод.
Исследуя размножение некоторых круглых червей, Мечников открыл у этих животных ранее неизвестное науке явление гетерогении, то есть чередование поколений с перемежающимися формами размножения. Поколения, ведущие паразитический образ жизни, как было известно, являются гермафродитами (двуполыми), а формы, свободно живущие вне организма-хозяина, как открыл Мечников, оказались раздельнополыми. Это открытие имело серьезное значение: оно проливало свет на связь между явлениями размножения нематод и образом их жизни.[9]
Илья Ильич ждет возвращения Лейкарта, чтобы сообщить ему о своем открытии. Профессор приезжает, и Мечников с непосредственностью и восторгом юноши рассказывает ему о своих исследованиях. На лабораторном столе стоят два микроскопа. У одного сидит Илья Мечников, у другого — Лейкарт. Мечников демонстрирует серию препаратов. Заметно, что профессор чем-то очень недоволен, но то, что он говорит своему молодому коллеге, не вяжется с раздраженным выражением его лица.
— Вы правы, друг мой! Очевидно, здесь мы имеем случай раздельнополого потомства. Я в этом окончательно еще не уверен, но думаю, если мы продолжим нашу работу в известном направлении, все станет ясным.
