生物生存环境和当今生物地球化学研究领域是由我们所在银河系的相对化学元素丰度决定的，同时受这些元素在地球表面的浓度和再分布的影响。所有关于化学元素起源的模型都源自宇宙中元素的相对丰度。对元素丰度的估算来自于遥远银河系恒星的光谱辐射和太阳的辐射。分析陨石为我们提供了太阳系元素组成信息。
除了锂、铍和硼以外，原子序数小于30的“轻”元素在陨石中要比“重”元素丰度高；尤其在“轻”元素中，相似原子质量的双原子序数元素比单原子序数元素丰度更高。天体物理学的中心理论认为宇宙始于约137亿年前的大爆炸。大爆炸会引起理论上的基础粒子经核聚变形成质子和中子，质子和中子进一步核聚变形成一些简单的原子核。大爆炸后，宇宙开始进一步向外扩张，温度和压力快速降低，在星际空间通过核聚变进一步产生更重的元素。
关于恒星内更重元素合成的模型由Burbidge等首先提出，他列举了一系列在大质量恒星进化过程中可能合成更重元素的途径。随着恒星的进化，恒星核内氢经核聚变转化为氦，其丰度逐渐降低。当核聚变产生的热能逐渐冷却，恒星在其重力的作用下开始向内塌陷。这种塌陷增加了恒星内部温度和压力，直至He经两步核聚变反应形成碳。大质量恒星上发生的一系列核聚变反应是宇宙中一直到铁的偶数原子序数元素形成的主要合成途径。
这些核聚变反应释放能量，不断形成稳定的原子核。然而，生成比铁重的原子核需要更多的能量，因此，恒星核主要由铁组成，不能进一步发生核聚变。这导致恒星灾难性的塌陷和爆炸，形成我们认为的超新星。更重的元素在稳定恒星内部深处或者在超新星形成的爆炸过程中通过铁不断捕获中子而形成。这一模型诠释了一系列关于宇宙化学元素丰度的观测现象。首先，除了构建宇宙的基础元素氢和氦以外，元素丰度随其原子序数增加呈对数下降。
但是，随着宇宙的成熟，在恒星进化过程中越来越多的氢将被转化成更重的元素。天体物理学家认为年轻的第二代恒星，比如我们的太阳，形成于以前超新星的残留物，因为它们比至今仍以氢燃烧反应主导的、早期形成的第一代恒星含有丰度更高的铁和更重的元素。我们应该感谢大质量恒星的核聚变反应，使它们形成了大多数生命所必需的化学元素。
其次，由于第一阶段通过核聚变形成的所有元素（除锂外）都具有偶数原子质量，宇宙中偶数原子序数轻元素相对丰富。奇数原子序数轻元素是在大质量恒星内部，其原子核通过捕获一个中子形成和更重的偶数原子序数原子核分裂形成的。大多数情况下，奇数原子序数原子核的稳定性要比相邻的偶数原子序数原子核弱，因此，我们可以预测奇数原子序数原子核相对丰度要小些。
例如，磷形成的反应：所以，磷较其元素周期表中相邻的元素硅和硫的丰度要低。非常有意思的是，因此形成的宇宙低丰度磷在当今地球生物圈中亦是常常缺乏的。而宇宙中Li、Be和B的低丰度是由于起始核聚变反应跳过了原子质量为5~8的原子核，直接生成了12C。显然，大多数的Li、Be和B形成于星际空间较重元素受到宇宙射线轰击产生的分裂。这一关于元素起源和丰度的模型给生物地球化学提供了一些基本原则。
所有的事物是平等的，我们可以预期形成生命的化学环境亦是比较接近于元素宇宙丰度的。因此，生物化学分子进化的过程也可以预期是优先利用那些原始环境中丰度较高的轻元素。这样也就不难理解，在生物组织中没有比铁更重的常量元素，并且在这些轻元素中，生物化学必需元素除了痕量的B，没有Li和Be。生命的组成与宇宙的组成惊人一致，正如Fowler说的那样，我们是一颗小小的星尘。
本文由刘四旦摘编自《生物地球化学：全球变化分析》（原书第三版）一书“第二章 起源”，标题为编者所加。