然而在歌德身前身後，人們大都對他的自然研究活動表示不解，甚至大加指責。對此，歌德在一篇關於花崗岩的文章中堅決地表示，當他「從觀察和描繪造化中最年輕、最多樣、最活躍、最善變、最易感動的人心」，轉向「對自然那最古老、最穩重、最深刻、最難撼動的兒子[花崗岩]的觀察」時，他不怕自己將要遭受種種非難。之所以如此，是因為同時代人對自然研究家歌德的不解、誤解、拒絕和非難，伴隨著歌德的大半生。憤懣的中年歌德曾譴責說，人們不惜「以最可恥的方式抵制他的自然研究」，因為「人們從來都不願意承認，科學與詩藝是可以彼此協調的。」
挑戰林奈：「一切都是葉子」
老年歌德回顧自己的自然研究歷程時，曾十分欣慰地說：「如果沒有我在自然科學中做出的那些努力，我就不可能學會認識人的本來面目。」這話點明了他孜孜不倦地堅持從事自然研究的內在動因。
歌德、席勒(Johann Christoph Friedrich von Schiller,1759—1805年;德國詩人、美學家——編注)所代表的魏瑪古典文學的本質，簡言之乃是對和諧的追求。殊不知，正是顎間骨的發現才使歌德堅信，自然是連續而和諧的，人也屬於具有等級秩序的整個生命鏈條的一個組成環節。可是這個發現遭到當時權威專家的否定而未能及時發表。儘管如此，歌德在自然觀上取得的收穫，卻使他有信心繼續把目光投向別的領域。比較方法的採用使他注意到，動物形態有特定的結構模式;從這個思路出發，他可以更好地認識那些包括人自身在內的總在成長和變化的事物。於是他把探索的目光轉向當時方興未艾的植物學。
「植物分類學之父」林奈(Karl von Linné)
1784至1785年，歌德開始系統研究植物學。他一邊按「植物分類學之父」林奈(Karl von Linné，1707—1778年)的自然分類體系的術語系統觀察和認識植物，一邊學習使用顯微鏡。從觀察最簡單的生物開始，他初步認識了最微小的生物、單細胞動物和藻類。通過大量的觀察，他逐漸地意識到，植物具有普遍的結構模型，而且聯繫著不同個體的這個模型在現實中是直觀可見的。在義大利，歌德的植物學研究獲得了重要推動和進展。1787年春天，歌德興奮地寫道：「遇到這些植物的時候，我關於植物學的奇特想法又變得強烈起來。我正在發現新的、美好的關係：自然這樣一個好像一無所有的龐然大物，是如何從簡單發展為豐富多彩的。」
義大利豐富的植物種類令歌德大開眼界，千姿百態的植物使他對形態變化的認識達到了前所未有的高度。於是，他給自己提出了這樣一個問題：究竟是什麼使植物成其為植物?
在義大利觀察熱帶植物的時候，尤其吸引他注意的現象是，林奈描繪和命名的某些植物器官如根、莖、葉和花的各部分往往不那麼穩定，一切似乎有悖於林奈關於植物種類恆定不變的說法。歌德發現，由於植物所處具體位置和營養條件的差異，它們會發生某些變化，甚至轉變為另一種植物。就同一株植物的葉子而言，它們起初都很簡單，然後逐漸分裂，然後變成鱗苞;從一朵花里也可以看見一個新的幼芽萌生出來，它也能長出花朵來。雄蕊的外形一半像是萼片，甚至綠色莖桿的頂端也生出斑斕的萼片來。
這使歌德開始意識到，所有會變化的器官也許都可以看作潛在的葉子。於是，他提出了有悖於林奈的假定：一切都是葉子。這就是生物學上的「歌德假說」，又稱植物器官「同源說」。在研究自然的時候，施泰因夫人(Charlotte Albertine Ernestine von Stein，1742—1827年)是歌德最經常的談話夥伴。1787年3月他致信施泰因夫人說：「我關於葉子的那個很棒的學說已經如此精鍊，很難再進一步了。」這表明，歌德此時已對植物個體的器官形成與變化規律獲得了充分的認識，但他還沒有找到恰當的方式來概括自己的思想。1787年5月17日，歌德在義大利那不勒斯寫道：「我感覺，在我們通常叫做葉子的那個器官里，隱藏著真正的普羅透斯(Proteus)……植物無論怎樣，始終都是葉子，未來的萌芽與它不可分離地結合在一起。」從這時候，歌德的形變思想顯然已經成形。
然而1788年6月歌德返回魏瑪之後，首先做的卻是解剖學研究，植物學研究竟被束之高閣。次年，由於看到別人有關著作的出版預告，歌德才想到也有必要發表自己的成果。他趕緊也給自己的發現做了個預告，並把書名暫定為：《試釋花的結構》(Versuch die Konstruktion der Blumen zu erklären)。顯然，直到這時，歌德還是沒有想到「形變」一詞。接著，他遍查當時的植物學文獻，終於為他的思想找到了一種可以利用的理論——德國植物學家赫德維希(Johannes Hedwig，1730—1799年)提出的「汁液說」(Saftlehre)。按此學說，植物從根到花的發育過程，是由於汁液在植物體內運動和逐漸精緻化的結果。這就使葉子的形態變化過程得到了植物生理學上的解釋。歌德認為，「汁液說」替他解釋了植物形變的動力機制。1790年7月，歌德為他的著作確定了正式名稱：《試釋植物的形變》(Versuch die Metamorphose der Pflanzen zu erklären)，我們將其簡稱為《植物形變論》。
從此以後，「形變」就成為歌德描述自然界一切形態生成與變化過程的專用術語，成為他「解開自然界里的一切符號的鑰匙」。1796年起，歌德把「形變」概念融入了他日益成熟的生物形態學思想框架;於是「形變論」成為他的形態學之方法論基礎。這種融合，無需從原則上再走別的道路，就使他自從發現顎間骨以來又一次拓展了自己的自然觀和世界觀。
歌德的《植物形變論》蘊含了關於植物個體形態發育與變異的學說。俄國著名植物學家塔赫他間(A. Takhtajan, 1910-2009年)高度評價了這一學說：「歌德在植物形態學上所起的歷史作用在於，他奠定了個體發育的植物形態學即發育形態學的基礎。」按現代植物學的表述方式，歌德的基本觀點可以概括為：植物不論形態苗條，不論開花或結果，所有這些都是同一種器官在各種不同條件下、各種變化的形態下，完全按照自然的規定發生的;同一種器官在莖上作為葉子而展開，並變成極大程度的多樣化的形狀，然後收縮為花萼，再重新擴展為花瓣，收縮為器官，最後一次擴展為果實。作為思想家的歌德總是把他的自然研究結論拓展到與人相關的各個領域。因此歌德的生物學思想也可以視為一種發展觀。
如果說，歌德在研究齶間骨的時候，還只關注不同骨骼之間的關係，那麼從義大利回來以後，他就在通過研究「植物的形變」而研究一個完整的有機體。從此，他超出了前一階段研究中對植物「類型」的預想，為他的研究確立了一個新的方向。為了比較各種生物的不同，首先要比較同一個生物的各個器官的差異。歌德在義大利探索植物結構的過程已經顯示，最讓歌德關注並作為自然的普遍規律進入歌德視野的，是植物器官的變化規律。因為歌德意識到，這一規律，亦即生物形態的形成與變化的規律，對於生物的一切其它特徵都具有基礎意義。
歌德在《植物形變論·導言》里寫道：「每個人，只要稍微注意觀察植物的生長，就會注意到，植物的特定外在部分有時候會變化，並且會全部或者或多或少地轉變為下一階段的那一部分的形態。」這意味著，歌德所關注的變化，不是跳躍或者劇變，確切地說，他指的是一種漸變，也就是通過一些中間階段向下一階段的形式過渡。歌德注意到，自然過程並不總是「能一蹴而就地完成」(《植物形變論·花蜜》)。歌德還注意到，一個現象在發展中的「緩慢過渡」，隱含著具體形態上的無數可能性，他說：「我們認識了形變的規律，根據這一規律，它[自然]藉助一個部分來產生另一個部分，通過對唯一一個器官的種種變化，來呈現各式各樣的形態。」於是，他「把這種作用，亦即通過同一個器官向我們呈現出多種多樣的形態，稱作植物的形變」。這就是歌德形變論思想的核心。這種見解在生物種系學上就是「同源說」。對於本文此處關心的發展問題來講，「過渡」亦即「漸變」，是歌德形態學思維中的一個重要思想，為他的形變論打上了標誌性的烙印。
歌德的植物學理論與實踐
歌德後來發現，他通過觀察植物發現的上述規律，也適用於動物學、光學、色彩學乃至地質學和氣象學領域。歌德認為，正如植物世界顯示的那樣，各種現象之間基於形變規律而具有「秘密的親緣關係」。這在色彩領域表現得更加突出，例如，歌德自製的圓形色圈清楚地顯示了各種顏色之間的親緣關係，它們組成了完整和諧的色譜。同時歌德認識到，很難在不同變化階段之間，畫出明顯而確定的界限，因為各組相鄰顏色之間的關係是持續的、過渡性質的。這就恰好象徵著，「現象的變化，是漸變性的。」
從而我們也就不難理解，水成論關於地球發展史的解釋之所以對歌德頗有啟發，是因為比起火成論，他更喜歡岩石形態的統一特點和水成論倡導的漸進而和平的發展模式。在色彩研究中，歌德還發現，各種顏色本身並不是「業已完成的，而是仍在形成中、變化中的顏色」 ;相反，牛頓「把光的色散圖像看作業已完成的、不可變化的顏色，可實際上它還是一個處在形成中的、總在變化的顏色。」因此歌德斷言：「一切形態……絕不會保持不變，絕不會靜止不動或是終結性的;準確地講，一切都在永遠的運動中搖擺不定。」
如此一來，歌德就為自己的有機論思想確立了一個根本的發展原則。從而可以說，歌德的形變論就是對他的發展思想的形象化演示。這個思想把一切都看作運動的，把每個狀態都解釋為動態的，把每個圖像和形式，無論是藝術作品還是自然現象，都理解為處於不斷的形成與變化之中。當然，由於歌德的發展思想源於生物形態學，所以不言而喻，這個思想隱藏著一個關鍵的前提：每個形態或者每個事物都是一個有機體，是由各組成部分按相應的目的構成的整體，這些部分之間存在內在關聯。
我們知道，歌德在其自然研究實踐中，認識了植物和脊椎動物的結構模型。他發現，這些基本形態即「類型」本身，也是有可能發生變化的。於是從1796年起，歌德就把「形變」和「類型」概念融入了他的生物形態學思想框架。它們同時也成為他的形態學方法論基礎。歌德定義說，凡是有形態的事物，「從基本的物質和化學元素，直到最富有精神的人的外表」，也就是說，在整個自然階梯上，都有形態學在起作用，在形態學視角下，一切造物都呈顯出其所屬類型的形態：在運動、變化和消失的過程中，萬物呈現於我們的肉眼和精神之眼。
