Основная масса образования органического вещества из неорганических соединений окружающей среды происходит путем фотосинтеза зеленых растений при участии хлорофилла за счет энергии солнечных лучей. Конкретный ход фотосинтеза сложен и во многом еще не изуч

Исходные вещества фотосинтеза – углекислый газ и вода на земной поверхности не являются ни окислителями, ни восстановителями. В ходе фотосинтеза эта «нейтральная среда» раздваивается на противоположности: возникает сильный окислитель – свободный кислород и сильные восстановители – органические соединения (вне организмов растений разложение углекислого газа и воды возможно только при высокой температуре, например, в магме или в доменных печах и т.д.). Углерод и водород органических соединений, а также выделившийся при фотосинтезе свободный кислород «зарядились» солнечной энергией, поднялись на более высокий энергетический уровень, стали «геохимическими аккумуляторами».

Углеводы и другие продукты фотосинтеза, передвигаясь из листьев в стебли и корни, вступают в сложные реакции, в ходе которых создается все разнообразие органических соединений растений. Однако растения состоят не только из углерода, водорода и кислорода, но также из азота, фосфора, калия, кальция, железа и других химических элементов, которые они получают в виде сравнительно простых минеральных соединений из почвы или водоемов. Поглощаясь растениями, эти элементы входят в состав сложных богатых энергией органических соединений (азот и сера – в белки, фосфор – в нуклеопротеины и т.д.) и также становятся геохимическими аккумуляторами. Этот процесс называется биогенной аккумуляцией минеральных соединений. Благодаря биогенной аккумуляции элементы из воды и воздуха переходят в менее подвижное состояние, т. е. их миграционная способность понижается. Все остальные организмы – животные, подавляющая часть микроорганизмов и бесхлорофильные растения (например, грибы) являются гетеротрофами, т.е. они не способны создавать органические вещества из минеральных. Органические соединения, необходимые для построения их тела и как источник энергии, они получают от зеленых растений.

Процесс фотосинтеза протекает в единстве с работой корневой системы, которая поставляет в лист воду и элементы питания. Существует ряд гипотез, объясняющих механизм поступления ионов через корневую систему: путем диффузии, адсорбции, метаболического переноса веществ против электрохимического градиента. Все гипотезы строятся на утверждении об обмене ионами между корневой системой и почвой. При этом корневая система, как и лист, является лабораторий синтеза. Растения через корневую систему в первую очередь усваивают те химические элементы, которые выполняют необходимые функции в организме. Другие элементы проникают механически в соответствии с градиентом их концентрации. Одновременно с выделением элементов питание происходит выделение в почву корневой системой разнообразных продуктов метаболизма. Среди них важную функцию выполняют органические кислоты (лимонная, яблочная, щавелевая и т.д.). В результате диссоциации освобождаются ионы водорода, которые подкисляют реакцию почвы, тем самым ускоряется растворение минералов, и освобождаются химические элементы для питания растений. Другие продукты метаболизма используются в процессе жизнедеятельности некоторых видов микроорганизмов, также участвующих в разрушении минералов. Катионы и анионы, поступившие в растения через корневую систему, распределяются в органах и тканях, входят в органические и минеральные соединения, выполняют различную физиологическую функцию: поддерживают осмотическое давление, щелочно-кислотное равновесие, используются в качестве пластического материала, составной части ферментов, хлорофилла и т.д. В процессе обмена веществ идет непрерывное образование кислых соединений. При распаде углеводов образуется пировиноградная и молочная кислоты, при распаде жирных кислот – масляная, ацетоуксусная, при распаде белков – серная и фосфорная. Избыточное накопление кислот нейтрализуется буферными соединениями, которые превращают их в соединения, легко удаляемые из организма.

Синтез органического вещества протекает не только путем использования зелеными растениями лучистой энергии солнца. Известны бактерии, которые используют для этой цели энергию, выделяющуюся при окислении некоторых неорганических соединений (В 1890 г. С.П.Виноградский обнаружил микроорганизмы, способные окислять аммиак до солей азотистой, а затем азотной кислот). Такой процесс создания органических веществ называется хемосинтезом. Бактерии-хемосинтетики являются типичными автотрофами, т.е. самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения (углеводы, белки, липиды и т.д.) важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Они окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотной кислоты. К хемосинтезирующим относятся серо-, железо-, метано-, углеродобактерии и др. например, в почвах пойм часто встречается болотная железная руда в виде прочных конкреций различной формы и величины, она образуется с участием железобактерий. Под действием железобактерий закисное железо превращается в окисное. Образовавшийся гидроксид железа осаждается и образует болотную железную руду.