生命元素与地球生物化学循环密切相关

我们已经知道了地球上生命中的元素来自地球的环境体系，这是因为地球上的生物圈是在一个特定的环境体系中进行演化的，如果地球表面没有水圈、大气圈和土壤岩石圈，那么生命也就成了无源之水、无本之木了。

图3-9　生物圈与水、大气、土壤岩石圈的主要元素交换

事实上，生物体本身就是一个开放体系，它就是凭借与周围环境发生持续不断的物质、能量和信息的交换才得以存在，如图3-9所示。

人类居住的地球上每种元素的供应量是有限的，至少对生物体来说是如此。地球上的每种元素都持续不断地从某一圈迁移到另一圈，并在一个确定的合理时间范围内完成其循环。循环的速率及路线取决于元素的性质以及其他一些因素。在元素循环的开始阶段，生命元素的循环是要受到生物体的严重影响的。

在大多数情况下，生物体中的元素浓度要比其周围环境中的元素浓度高得多，这种现象称为“生物积累”、“生物浓缩”或“富集”。生物积累现象在水生光合自养植物（藻类）中最为显著。生物体中元素浓度与其环境中元素浓度之比称为“富集因子”，通常可达104～105，尤其是对微量必需元素。某些元素沿着食物链一步一步被富集，称之为“生物放大作用”，这是由于新陈代谢过程中排泄率低于摄入率而造成的。人类处于食物链的末端，动植物已为我们积累了许多我们所需要的生命元素，但同时也积累了一些污染元素和有害元素，它们也会因人类的食用不当而进入人体造成对人体的严重危害。

从生态系统来看，生态系统的发展和变化除了需要能量的输入之外，实质上主要表现为作为能量载体的各种物质运动。自然界的各种元素和化合物在生态系统中的运动形成一种循环式的流动，这种流动就称为生物地球化学循环。

在自然环境中，每一种化学元素都存在于一个或多个储存库中，元素在环境储存库中的数量通常大大超过其结合在生命体储存库中的数量。例如，大气圈和生物圈分别是氮元素的储存库，氮在大气圈中的数量远远大于在生物圈中的数量。元素在“库”与“库”之间的移动便形成物质的流动。已知大气圈中氮的周转时间约为100万年，海洋中硅的周转时间约为8000年，而在生物体中，元素的周转时间则要短得多。

在生物地球化学循环中，某种物质输入和输出的数量应当处于大体平衡状态，使之在各储存库内的存量保持基本恒定。如果一个储存库的某种物质输入与输出失衡，使其存量增加或减少，必将对整个生态系统产生一系列难以预料的影响。由于人类燃烧化石燃料和砍伐森林，导致大气储存库中CO2浓度增加、温室效应加剧和对流层气温升高，就是一个典型的例子。

生命元素在生命体中的储存与生命元素的输入与输出的平衡应是生命是否能维持的首要基础。应该注意到，人类对环境的破坏最终将破坏生命体内的生命元素的平衡和储存，不仅如此，它还必然严重影响生命进化的进程。