L'ateismo, comunque, era per lui più interessante che deludente; predicandolo agli altri, ricevette il soprannome di "Dio non c'è". Il corso di insegnamento al liceo non sfuggì alla sua critica: tralasciò quegli esercizi che gli sembravano privi di interesse e si gettò con passione negli studi biologici: zoologia, botanica e si interessò anche di geologia. In quel periodo di intenso fervore intellettuale in Russia, le librerie furono invase dalle traduzioni di opere sulla biologia. Il'ja le lesse con avidità e fu interessato, in particolar modo, ad una traduzione russa del libro di Heinrich Georg Bronn “Classi e Ordini del Regno Animale”. Vide per la prima volta, in quell'opera, immagini di microrganismi e amebe; quel mondo di esseri piccolissimi lo impressionò così tanto che decise, da quel momento in poi, di dedicarsi al loro studio, cioè, allo studio delle primitive manifestazioni di vita nelle sue forme più semplici. In seguito a una nuova lettura di un brano sulla geologia di un professore dell'università della sua città, scrisse un'analisi critica su di esso. Inserito nel Giornale di Mosca, questa fu la prima pubblicazione di Il'ja; aveva allora 16 anni.