Учась во втором классе харьковской гимназии, одиннадцатилетний Илья прочитал сочинение Г. Бронна «Отряды и классы животного мира» и, впервые увидев иллюстрации амеб, инфузорий и корненожек, решил посвятить себя изучению животного мира. С шестого класса он стал посещать лекции университетских профессоров, брать частные уроки у недавно приехавшего из-за границы молодого физиолога И. П. Щелкова, изучать «Целлюлярную патологию» Р. Вирхова.

В 12-летнем возрасте юный Илья приобрел микроскоп и занялся исследованием строения и развития одноклеточных организмов – инфузорий. Почему именно простейшие-инфузории? Его интересовали самые древние, «родоначальные» формы животных. Еще не закончивший гимназию, юный ученый провел свое первое научное исследование простейших и написал статью для «Бюллетеня Московского общества испытателей природы» – одного из престижнейших научных журналов страны.

Илья регулярно покупал новые книги, много читал, умел относиться к прочитанному критически. Однажды он приобрел учебник геологии и, ознакомившись с ним, написал рецензию, которую опубликовали в одной из московских газет. Именно с этой статьи началась научная публицистика Мечникова – иногда ироничная, иногда гневная, иногда спокойная, но разящая оппонента неопровержимой логикой фактов и всегда честная и принципиальная.

Об Илье Мечникове можно говорить, как о «человеке раннего созревания». Гимназия не удовлетворяла его рано проявившихся научных запросов. Еще учась в шестом классе, он отправился в Харьковский университет на лекцию по сравнительной анатомии, а по окончании лекции попросил у профессора разрешения работать под его руководством. Закономерный отказ Илью не огорчил, он все равно добился своего и получил согласие профессора Ивана Петровича Щелкова заниматься с ним в лаборатории.

Посещая вольнослушателем университет, гимназист Мечников постепенно накапливал знания, значительно более глубокие, чем те, которые получал в гимназии. Илья был в классе лучшим учеником. Он поставил себе цель окончить гимназию с золотой медалью.

На экзаменах Илья Мечников поразил педагогов зрелостью своего научного мышления, широтой знаний, умением анализировать факты. Его знания оказались значительно глубже знаний многих студентов университета. Отлично прошли и все остальные испытания. В официальном документе, полученном Ильей Мечниковым, было написано: «Юноша по степени своего умственного развития признан способным к университетскому образованию и награжден золотой медалью».

Илья мечтал о европейском образовании и доказывал на семейном совете необходимость поездки за границу, желая учиться в лабораториях западноевропейских ученых. Он мечтал взять там все, что может быть полезно для самостоятельной научной работы, и вернуться домой, чтобы своим трудом служить русской науке.

Эмилия Львовна понимала сына, одно только ее останавливало: она считала его слишком молодым для самостоятельной жизни за границей. Провожая Илью, вся семья плакала, и новоявленный семнадцатилетний путешественник также не сдерживал слез.

Лейпциг, куда направился Илья, встретил его неприветливо. Поток пассажиров вынес юношу на привокзальную площадь. С двумя чемоданами, растерянный, он стоял на мостовой, не зная, куда ему пойти. Какой-то молодой немец обратил на него внимание и предложил комнату в своей квартире. На следующий день Илья, накупивший книг, хотел вернуться в квартиру, но забыл адрес. Только глубокой ночью он, наконец, нашел нужную улицу и дом. В Вюрцбурге, где он собирался учиться, Илью ждали еще большие неприятности. Оказалось, что он приехал как раз в каникулярное время, когда профессора и студенты выехали на каникулы и в университетском городке царила необычайная тишина.

Это был удар – ждать полтора месяца до начала занятий. Илья решил немедленно вернуться домой на родину и с первым же поездом уехал в Россию. Так быстро и нелепо закончилось его первое путешествие.

Дома ему были рады, особенно радовалась Эмилия Львовна, которая и мечтать не могла о таком удачном, для нее, конечно, варианте развития событий. Все складывалось с ее точки зрения как нельзя лучше, вместо чужбины у сына есть родной дом и возможность учиться на естественном отделении физико-математического факультета Харьковского университета.

Сам Илья думал иначе, он хотел самостоятельно работать, мечтал о лаборатории, научных открытиях. И тут профессор Щелков предложил ему провести некоторые исследования.

Иван Петрович Щелков был прекрасным физиологом, профессором Харьковского университета и его ректором с 1884-го по 1890 год. Позже, с 1890-го по 1909 год он был ректором Варшавского университета.

Щелков недавно вернулся из-за границы, где занимался физиологией в Вене и Берлине. Он изучал кровоснабжение скелетных мышц, открыв явление так называемой рабочей гиперемии скелетных мышц, то есть усиления их кровоснабжения при сокращении. Профессор предложил Мечникову изучить одну из представительниц ресничных инфузорий для установления физиологической аналогии с мышечной тканью высших организмов. Илья охотно взялся за порученное ему дело. Сотни раз Мечников окрашивал инфузорий в яркие синие, красные и фиолетовые тона. В результате проведенных исследований Илья Ильич убедился в том, что никакой аналогии между мышечной тканью и органеллами инфузорий нет.

Щелков проверил выводы своего ученика и одобрил их. Так появилась первая экспериментальная научная работа Ильи Мечникова, которая была принята к печати и опубликована в 1863 году в «Мюллеровском архиве» в Германии. И сразу же молодой автор попал под огонь критики. Немецкий физиолог Кюне в пренебрежительном тоне пытался опровергнуть данные, полученные студентом Харьковского университета.

Вилли Кюне – немецкий физиолог и гистолог – был к тому времени почетным доктором медицины, автором научных трудов, посвященных гистологии нервной и мышечной системы, строению протоплазмы, физиологии органов чувств. Его критику нельзя был оставить без внимания. Мечников снова сел за микроскоп, перепроверил свои наблюдения и ответил мэтру, еще раз обосновав правильность своих выводов. Ответ Мечникова Вилли Кюне был опубликован в печати. Победа в первом научном поединке осталась за молодым студентом, который только-только приступил к изучению курса наук в Харьковском университете.