Вопрос о закономерном характере химического состава организмов был поставлен еще в конце XVIII – начале XIX веков в трудах Дж. Пристли, А. Гумбольдта, Ф. Джона, Г. Фехнера, К. Шпренгеля и Ю. Либиха. Однако в рамках господствовавшей естественной телеологии казалось очевидным, что организмы используют именно те химические элементы, которые лучше всего служат для отправления их важнейших функций и для строения протоплазмы.
Следует учитывать и широко распространившиеся позже представления об единой протоплазме всех организмов, состоящей якобы из ограниченного числа элементов: четырех органогенов (водорода, углерода, азота, кислорода) и семи зольных элементов (фосфора, серы, кальция, калия, натрия, железа, магния). Совокупность этих элементов составляет более 99% общей массы у всех организмов. Другие же элементы, встречавшиеся, как правило, в микроколичествах (от 10-3 до 10 -5 % от общей массы), расценивались как случайные примеси. Открытие физиологической роли таких элементов, как медь, йод, марганец, бор, кремний и др., заставило по-новому взглянуть на химический состав организмов с учетом всей его сложности и многообразия.
Во второй половине XIX в. внимание исследователей привлекла определенная закономерность в использовании организмами химических элементов. Это побуждало к изучению связи между биологическими свойствами химических элементов и их положением в периодической таблице Д. И. Менделеева. Распространение элементов в органическом мире связывали прежде всего с их атомной массой. Считалось, что именно легкая масса основных биогенных элементов, расположенных главным образом в двух первых периодах таблицы Менделеева, и предопределяет химический состав живого вещества. Однако данное объяснение оказалось явно неудовлетворительным, поскольку в этих же периодах расположены и элементы, содержащиеся в организмах в незначительных количествах. В то же время относительно тяжелые элементы из четвертого периода (калий, кальций, железо) иногда встречаются в организмах в весьма значительных количествах. Вот почему все больше внимания стали уделять месту элементов в ряду электрических положительных и отрицательных зарядов, валентности атомов и их способности образовывать многочисленные соединения с углеродом (Sestini, 1885).

Химический состав живого вещества в своих основных чертах сложился еще в процессах предбиологической эволюции, когда шел отбор химических элементов и соединений, необходимых для поддержания целостности метаболических процессов и передачи наследственной информации (А. И. Опарин, Н. Пири, Е. М. Крепе, А. Львов и др.). Но происходящая затем экспансия жизни, ее приспособление к различным геохимическим средам, разделение организмов на автотрофы и гетеротрофы сопровождались нарастающей дифференциацией живого вещества.
На этот аспект в изучении закономерностей химического состава живого вещества не раз указывал В.И.Вернадский. Он подчеркивал, что „химический состав не является одинаковым на всем лике Земли, но резко меняется, как функция литологического состава и климатических зон, в разных частях биосферы в связи с литологией верхних частей планеты” (1965, с. 63). Среди факторов, обусловливающих изменение химического состава живого вещества в пределах климатических зон, Вернадский называл высоту над уровнем моря, близость океана, химический состав почв и горных пород. Вместе с тем он отмечал, что химический состав живого вещества изменяется не случайно, а „различен закономерно” (там же). Вернадский по существу сформулировал положение о зависимости биохимических процессов, химического состава организмов и их эволюционных преобразований от геохимических факторов среды.
Эти идеи Вернадского получили обоснование и развитие в трудах А. П. Виноградова (1933, 1935а, 1944 и др.), который считал, что химическая дифференциация живого вещества связана прежде всего с завоеванием жизнью принципиально новых в геохимическом отношении сред обитания. Переход морских форм в пресноводные бассейны, а тем более их выход на сушу он считал наиболее крупными событиями в эволюции химического состава организмов.

Важный шаг к преодолению разрыва между изучением геохимических факторов макроэволюции и эволюционных преобразований, происходящих внутри популяций и видов, был сделан Виноградовым еще в конце 30-х годов в работе о биогеохимических провинциях. Так, он называл районы биосферы, в которых повышенная или пониженная концентрация каких-либо химических элементов предопределяет специфику видового состава животных и растений. В условиях избыточности или недостаточности одного или нескольких элементов (Li, В, F, Mg, Si, P, S, Ca, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Se, I, Mo, Pb и др.) организмы или гибнут, или претерпевают резкие фенотипические изменения. У них возникают различного рода эндемические реакции, носящие чаще всего характер морфозов, дисфункций, эндемических заболеваний (остеодистрофия, рахит, зоб, атаксия, анемия, гипо- и авитаминозы, хлорозы и т. д.). Подобные отклонения нередко ведут к резкому снижению жизнеспособности и плодовитости организмов, и их носители подвергаются сильному негативному отбору. Специфичность флоры и фауны выражается, однако, не только в возрастании числа вредных модификаций, но и в формировании эндемичных, наследственно закрепленных форм. Их возникновение, по мнению Виноградова, обусловлено действием естественного отбора, направленного в сторону выработки адаптации к специфической геохимической среде. Виноградов полагал, что „через существующие и вновь возникающие биогеохимические провинции распространяются разнообразные флоры и связанные с ними фауны. Биогеохимическая провинция является этапом на их пути, поэтому рассмотрение и изучение влияния этих провинций на эволюцию организмов вследствие влияния их на отбор представляет глубоко интересную задачу” (1938, с. 286).

Ковальский исходил из того, что геохимические факторы воздействуют на все формы организации живого. Эти воздействия проявляются как в изменениях активности ферментов, так и в преобразовании форм миграции химических элементов в экосистемах. Поэтому при их изучении внутрипопуляционные и внутриорганизменные процессы можно рассматривать как составные элементы единой целостной системы жизни.
Если Вернадский и Виноградов основное внимание уделяли устойчивости химического состава вида, то Ковальский в центр своих работ поставил задачу выяснить причины внутривидовой изменчивости организмов. Уже в одной из первых статей по проблемам биогеохимии он сформулировал цель будущих исследований: „Изучение явлений химической изменчивости организмов представляет основную предпосылку для установления в фило- и онтогенетическом развитии химических особенностей организмов и для исследования химических сторон эволюционного процесса (курсив наш, — Э. К.), т. е. для построения всей сравнительной биохимии” (1941, с. 381). При изучении химического состава организмов он считал необходимым учитывать их пол, возраст, норму реакции и т. д. Ковальский полагал, что диапазон изменчивости химического состава организма обусловлен его „видовой” историей и связан с его приспособлением к естественным ритмическим колебаниям среды. Особенно важно исследовать сезонные колебания химического состава среды, так как в зависимости от сезона меняется направление и интенсивность действия борьбы за существование и отбор. Сезонная изменчивость химического состава организмов, как полагал Ковальский, имела большое эволюционное значение. Она связана с космической сезонной ритмикой, являющейся одним из главных факторов эволюции биосферы. Сезонная ритмика способствует выработке адаптации широкого значения, позволяющих организмам выжить в колеблющихся условиях среды.