Химический состав организма животных нельзя оценивать вне связи с основным источником его питания — растениями, а состав последних — вне зависимости от состава атмосферы, почвы и почвенных вод. Почва, растения и организм животного являются неразрывно связанными звеньями единой миграционной цепи.
Учение о связи между химическим элементарным составом организма и химическим составом земной коры было разработано академиком В. И. Вернадским (1863—1946) — основателем науки биогеохимии, изучающей влияние жизни на геохимические процессы. Он впервые установил, что в процессе миграции через растительные и животные организмы проходит большинство известных химии элементов. В. И. Вернадский и его ученик академик А. П. Виноградов полагали, что живое на земле содержит все элементы космоса и их обнаружение в организмах — дело времени и технического прогресса в аналитической химии.
Под живым веществом понимают совокупность растительных и животных организмов.
При сравнении элементарного химического состава литосферы и биосферы можно видеть, что в составе живых организмов преобладают химические элементы, которые в условиях биосферы легко образуют газы и обладают высокой растворимостью. Концентрация таких элементов в организме (например, N, Н, Р, S, Cl) значительно выше, чем в земной коре. Наоборот, концентрация элементов, не дающих подвижных соединений (As, Si, Ti и др.), в организме невелика или ничтожна, в то время как они являются весьма распространенными элементами земной коры.
Элементарный состав биосферы и литосферы
Сравнение можно продолжить и дальше. При этом количественные соотношения элементов будут варьировать, однако в конечном счете очевидно, что химический элементарный состав животного (и растительного) организма такой же, что и состав неорганического мира — земной коры, воды, атмосферы.
Этот факт отражает общее положение теории В. И. Вернадского о рассеянной форме нахождения химических элементов в природе («все элементы есть везде»). Геохимические процессы, протекающие непрерывно в земной коре, и эволюция химического элементарного состава организмов являются сопряженными процессами.
Живое вещество, масса которого по сравнению с массой земной коры ничтожна, служит тем не менее важным фактором поверхностной миграции элементов. Геохимические процессы, в которых участвует живое вещество, носят название биогеохимических процессов. Они могут быть прямыми и косвенными. Прямые процессы связаны с синтезом живого вещества из окружающей среды, концентрацией в организмах углерода, азота, водорода, иногда кальция, йода и других необходимых элементов. После смерти растений и животных их остатки разлагаются, часть их участвует в образовании залежей угля, сланцев, известняков и т. п.
В ряде мест органические остатки полностью окисляются с образованием газообразных продуктов. Железо же, медь, фосфор, кальций и другие элементы, не образующие газообразных соединений, остаются в почвах или поступают в водоемы. Если в организмах содержание данного элемента больше, чем в литосфере, конкретной почве, породе, то этот элемент будет накапливаться в окружающей среде. Таков механизм накопления фосфора, серы, меди, цинка, марганца и других элементов в некоторых почвах. В свою очередь, состав почв оказывает влияние на химический состав растений и через них на организм животных.
Косвенные биогеохимические процессы связаны с разложением органического вещества при участии микроорганизмов до конечных продуктов — CO2, H2O, NH3 и др. К этой же группе процессов относится разрыхление и растворение горных пород продуктами разложения и жизнедеятельности организмов, особенно бактерий и водорослей.