結構生物化學/鋁和矽的自然選擇
達爾文的自然選擇理論可以描述為特定區域內物種之間的競爭，其中包含各種持續的影響。然而，當從簡化的分子水平來看，自然選擇理論也可能適用於細胞的邊界內。在分子水平上，影響某些分子或原子選擇的一致效應包括反應熱力學和反應動力學。反應熱力學由平衡常數定義，平衡常數透過反應產物的物理性質（如溶解度和穩定性）進一步解釋。然而，反應動力學定義了系統或反應如何確切地接近平衡。在生物化學中，反應動力學有助於解釋為什麼某些生物途徑比其他途徑更被選擇。某些一致的效應選擇這些特定的途徑，例如反應物和產物的濃度，以及競爭者的數量，以及細胞內的物理約束，例如充當運輸系統的膜和流體流動。這些被稱為動力學障礙，它們有助於描述鋁和矽等原子的選擇和非選擇。
鋁是地球上含量最豐富的金屬，也是地殼中第三豐富的元素。然而，在生物化學中，鋁的作用非常有限，很小。這可以透過兩個原因來解釋：由於其物理和生物化學性質而將其從生物系統中選擇出來，或者它在生物化學中選擇基本元素的過程中沒有參與。這兩個原因都透過鋁的性質得到了解釋。例如，鋁在生物系統中缺乏選擇可以透過其緩慢的配體交換速率來解釋，這使得鋁成為一種非常差的金屬輔因子，一種非蛋白質化合物，與蛋白質結合以使其發揮功能，用於酶。然而，正是鋁在選擇生物化學中基本元素的過程中不存在參與，才最好地解釋了這種現象。
鋁已被證明是一種非常活潑的元素，但它最終被從生物化學途徑中選擇出來。鋁是酸雨發生的主要誘因，因為它對基於氧的官能團具有很高的親和力。它對基於氧的官能團的高親和力的一個例子是，它以很大的比例與 Mg (II) 競爭複雜的分子 ATP。Al (III) 是一種氧化還原非活性陽離子，但它是一種非常強的促氧化劑，有助於催化某些反應，例如鐵驅動的氧化還原反應。鋁還被證明是一種良好的免疫原，因為它作為一種免疫劑來修飾其他試劑的作用。某些物理和生物化學性質表明鋁有可能出現在某些生物化學途徑中，例如它在金屬核苷酸複合物中取代 Mg (II)。儘管這些觀察結果中的許多證明了鋁是一種相對豐富的反應性原子，但一項觀察結果支援了在沒有生物利用鋁的情況下進化的理論。Christopher Exley 對大西洋鮭魚中鋁的急性毒性進行了研究，他發現矽的含水形式矽酸保護了這些魚免受鋁的毒性。根據這一證據，鋁的非選擇可以透過矽酸降低鋁的生物活性來解釋，使其在自然界中處於非活性狀態。
矽是岩石圈中第二豐富的元素，被認為是必需元素。然而，矽已經過研究，許多科學家已經確定矽不包含任何生物化學活性或功能。原因之一可以歸因於其缺乏生物有機多樣性。例如，自然界中不存在 Si-C 鍵或 Si-O-C 鍵，由於這種非選擇，矽一直沒有被發現存在於生物體中。矽鍵需要更多能量才能斷裂這一事實也解釋了為什麼生物體在其生物化學途徑中包含碳而不是矽。矽酸是自然界中最常見的矽形式。矽酸是一種弱酸，因為它在 pH 值達到 10 時失去第一個質子。由於系統中的 pH 值通常在 7 到 8 之間，矽酸在 pH 值達到 10 之前不能失去質子的事實表明矽酸是相當惰性的，不反應的。此外，只有三個重要的反應涉及矽元素。這些反應是自縮合以生成無定形水合二氧化矽，與氫氧化鋁反應生成羥基鋁矽酸鹽，以及與過量鉬酸鹽反應生成凱格因型鉬矽酸複合物。除了這些反應之外，還沒有已知的生物有機反應發生與矽有關的反應。因此，在生物化學途徑中選擇矽一直不存在，並且被選擇反對。
Exley, C., 2009, Darwin, natural selection and the biological essentiality of aluminum and silicon, Vol. 34 No. 12, 20 September 2009.