Уйдя из гимназии, Николай Миклуха был полон решимости продолжить образование. По словам Михаила, «брат в душе был художник и любил природу и прекрасное»
[58]. На школьной скамье он мечтал поступить в Академию художеств, но отказался от этого намерения, вняв, как он сам писал, тактичным уговорам матери. Николай решил воспользоваться существовавшей тогда возможностью без окончания гимназического курса стать вольнослушателем Петербургского университета. Но какой факультет предпочесть? 24 сентября 1863 года он подал прошение о зачислении его вольнослушателем на отделение естественных наук физико-математического факультета. Такой выбор был не случаен. В те годы у образованной части русского общества, особенно у молодого поколения, возник своего рода культ естествознания, так как считалось, что поразительные успехи естественных наук способны преобразить всю жизнь человечества. «Эта мода, — вспоминает известный литератор и педагог Е. Н. Водовозова, — подчинила тогда такое множество интеллигентных людей, что нередко талантливые музыканты, художники, певцы и артисты забрасывали искусство ради изучения естественных наук и вместе с другими бегали на ботанические, зоологические и минералогические экскурсии, работали с микроскопом, определяли тщательно собираемые камешки — все были загипнотизированы великим значением естествознания» [59].Но Николай не просто поддался всеобщему увлечению. Среди узколобых формалистов, буквоедов, интриганов и злобных невежд, которые составляли большинство в педагогическом коллективе Второй Петербургской гимназии, выделялся своими познаниями и педагогическими способностями учитель естествознания Карл Карлович Сент-Илер. Он совмещал преподавание в гимназии с работой в Зоологическом институте Петербургской академии наук и сумел пробудить у любознательного, хотя и редко приходящего на занятия ученика интерес к естествознанию. Определенное влияние на будущее Николая мог оказать и учитель географии Матвей Семенович Кобылин, который, выходя за рамки школьной программы, рассказывал на уроках о новейших открытиях и исследованиях. В сочетании с книгами о путешествиях, в изобилии имевшимися в библиотеке отца, эти рассказы привлекли внимание Николая к экзотическим странам и населяющим их народам.
Семнадцатилетний вольнослушатель сразу же окунулся в студенческую среду с ее высокими порывами и повседневными заботами. «Он усердно занялся естественными науками и даже с товарищем намеревался издавать записки», — сообщает Михаил, а в черновом наброске уточняет: брат хотел «издавать лекции, что ему было легко… так как он хорошо рисовал».
Не ограничиваясь записыванием лекций, Николай Миклуха усердно штудировал книги по естественным наукам. В его записной книжке за 1863 год даны лаконичные, но очень выразительные оценки прочитанных книг — от «дельно, очень дельно» до «весьма плохо, дрянь». Так, его увлекли труды выдающихся русских ученых — «Рефлексы головного мозга» И.М. Сеченова и «Обновление и превращение в мире растений» А.Н. Бекетова, но разочаровала пользовавшаяся тог да большой известностью в кругах радикальной русской интеллигенции книга немецкого естествоиспытателя К. Фогта «Естественная история мироздания»
[60].В 1863 году у Николая появился новый приятель — князь Иван Тарханов (Тархнишвили), который, сдав экстерном экзамены на аттестат зрелости во Второй Петербургской гимназии, стал студентом естественного отделения физико-математического факультета университета. Приятели выкраивали время, чтобы бегать в Медико-хирургическую академию на лекции И.М. Сеченова. Тарханов — красавец грузин очень знатного происхождения, потомок великого полководца Георгия Саакадзе, — придерживался, как и Миклуха, демократических убеждений.
В том же году университетскую кафедру зоологии возглавил выдающийся ихтиолог-дарвинист К.Ф. Кесслер. Он настоял на разделении зоологических и анатомо-физиологических дисциплин на физико-математическом факультете. Уже в конце 1863 года была учреждена новая кафедра анатомии человека и физиологии животных. Руководить ею был приглашен Ф.В. Овсянников, до того преподававший в Казанском университете и в год переезда в столицу избранный экстраординаторным членом Петербургской академии наук. При Овсянникове в Петербургском университете впервые началось преподавание физиологии. 3 февраля 1864 года, в начале нового семестра, Миклуха подал следующее прошение ректору: «Имея желание слушать лекции 1-го курса г. профессора Овсянникова, прошу о выдаче мне нужного для этого свидетельства». Прошение было удовлетворено, «с взысканием 8 рублей»
[61]. На лекции Овсянникова записался и И. Тарханов. Но приятелям не довелось стать его учениками: молодой князь ходил на лекции Овсянникова не более трех месяцев, а нашего героя уже в конце февраля 1864 года изгнали из университета.