바닷물도 ‘온종일 너울너울’하여 아무것도 일어나고 있지 않는 것처럼 보이지만 그것은 표면만의 일이다. 아마존강이나 양자강처럼, 육지로부터 암석을 풍화시킨 대량의 탁한 물이 밤낮 쉴 새 없이 바다로 흘러들어 간다. 그럼에도 불구하고 바닷물의 주요 성분은 과거 수억 년 동안 거의 바뀌지 않고 있다. 이는 대륙에서 해수로 흘러들어 간 미네랄 성분이 바닷물 속에서 복잡한 화학변화를 일으켜서 밑바닥에 침전되고 있음을 의미한다. 조용한 바닷속에서도 눈에 보이지 않는 곳에서 굉장히 큰 규모와 속도로 화학반응이 진행되고 있다.
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물은 아무리 순수해도 다시 산소와 수소로 분해할 수 있고, 그 결합 비는 1:2(산소:수소)이기 때문에 원소가 아니고 화합물이다. 산소, 수소는 더 이상 간단히 할 수 없기 때문에 원소이다. 화합물의 종류는 많다(400만 종). 이것은 알파벳의 영문자와 단어와의 관계와 흡사하다. 알파벳의 영문자는 불과 26자이지만 그 조합으로 만들어진 단어의 수는 수천만 개다.

물질세계를 구성하는 물질은 모두 이 원소로부터 만들어졌다. 불과 100종이 채 못 되는 원소의 조합으로 물질세계를 구성하는, 무한이라고 말할 수 있는 화합물이 완성된 셈이다.
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원자 간 결합의 재편성이 일어나는 것을 화학변화라 말하고, 화학변화의 과정을 화학반응이라 부른다.

커다란 바위를 분쇄하여 작은 모래로 만드는 과정은 암석을 구성하는 원자 간의 결합 상태에는 변화가 없기 때문에 화학변화는 아니다. 암석의 형태가 바뀌는 것뿐이기 때문에 이것은 물리변화이다. 얼음이 녹으면 물이 된다. 이 경우도 물 분자를 구성하는 산소-수소 간의 결합에는 변화가 없기 때문에 얼음의 용해는 물리변화이고 화학변화는 아니다.
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고기의 주성분은 단백질이다. 우리가 먹은 고기도 위장 속에서 효소에 의해서 가수분해되어 단백질의 구성 요소인 아미노산으로 바뀐다. 아미노산은 체내에 흡수되어 혈액에 의해서 말단 세포까지 운반된다.

말단 세포에서는 글루코오스와 마찬가지로 혈액으로 운반된 산소에 의해서 산화되어 에너지원이 된다. 또 일부 아미노산은 별개의 효소에 의하여 연결되어 새로운 단백질이 되고 우리 육체의 성장 재료가 된다. 이것들은 모두 효소를 촉매로 하는 화학반응에 의한 것이다.
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19세기에 들어와서 유럽에서는 산업혁명에 수반하여 인구에 폭발적으로 증가해서 식량의 증산은 불가피한 문제가 되었다. 그 식량의 증산에 가장 필요한 것이 질소 비료였다.

당시 자운영 등의 자연농법으로는 도저히 그 수요를 감당할 수 없었고, 그렇다고 해서 도시가스 공장 등에서 부산물로서 얻어지는 황산암모늄(유안비료)도 양적으로 보잘것없었으며, 단지 하나 의지할 것은 남미의 칠레에서 수입되는 칠레초석(질산나트륨)뿐이었다. 그러나 칠레초석은 고대 바닷새의 분변이 퇴적하여 생긴 것이기 때문에 많이 있는 것은 아니다.

이러한 사정에 있었기 때문에 공기 중의 질소를 비료로 이용할 수 있는 화합물로 바꾸는 연구는 당시의 유럽에서는 최우선의 연구 테마였다.
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우선 고기에 대하여 생각해 보자. 고기의 주성분은 단백질이다. 그러나 비프스테이크를 먹었다고 해서 비프스테이크의 단백질이 그대로 소화기로부터 흡수되어 우리 몸의 근육이 되는 것은 아니다. 쇠고기의 단백질과 사람의 근육 단백질은 그것들을 구성하는 아미노산의 조상이나 결합의 순서가 다르다. (중략)

우리가 먹은 비프스테이크는 소화기 안에서 그 구성 요소인 약 20종의 아미노산으로 뿔뿔이 분해된다. 분해된 아미노산은 소화기에서 흡수되어 혈액의 흐름에 실려 각 세포에 분배된다. 세포에는 세포핵이 있고, 이 핵 속에 어떠한 아미노산이 연결되어 그 세포의 단백질이 만들어지는가 하는 설계도가 유전자로서 계승되어 있다.

각각의 세포는 혈액으로 운반되어 온 아미노산 중에서 설계도에 지시되어 있는 아미노산을 골라내어 가장 끝의 아미노산부터 하나하나 아미노산을 연결하여 하나의 단백질을 완성한다.