结构生物化学/铝和硅的自然选择
达尔文的自然选择理论可以描述为特定区域内物种之间的竞争，其中包含各种持续的影响。然而，当从简化的分子水平来看，自然选择理论也可能适用于细胞的边界内。在分子水平上，影响某些分子或原子选择的一致效应包括反应热力学和反应动力学。反应热力学由平衡常数定义，平衡常数通过反应产物的物理性质（如溶解度和稳定性）进一步解释。然而，反应动力学定义了系统或反应如何确切地接近平衡。在生物化学中，反应动力学有助于解释为什么某些生物途径比其他途径更被选择。某些一致的效应选择这些特定的途径，例如反应物和产物的浓度，以及竞争者的数量，以及细胞内的物理约束，例如充当运输系统的膜和流体流动。这些被称为动力学障碍，它们有助于描述铝和硅等原子的选择和非选择。
铝是地球上含量最丰富的金属，也是地壳中第三丰富的元素。然而，在生物化学中，铝的作用非常有限，很小。这可以通过两个原因来解释：由于其物理和生物化学性质而将其从生物系统中选择出来，或者它在生物化学中选择基本元素的过程中没有参与。这两个原因都通过铝的性质得到了解释。例如，铝在生物系统中缺乏选择可以通过其缓慢的配体交换速率来解释，这使得铝成为一种非常差的金属辅因子，一种非蛋白质化合物，与蛋白质结合以使其发挥功能，用于酶。然而，正是铝在选择生物化学中基本元素的过程中不存在参与，才最好地解释了这种现象。
铝已被证明是一种非常活泼的元素，但它最终被从生物化学途径中选择出来。铝是酸雨发生的主要诱因，因为它对基于氧的官能团具有很高的亲和力。它对基于氧的官能团的高亲和力的一个例子是，它以很大的比例与 Mg (II) 竞争复杂的分子 ATP。Al (III) 是一种氧化还原非活性阳离子，但它是一种非常强的促氧化剂，有助于催化某些反应，例如铁驱动的氧化还原反应。铝还被证明是一种良好的免疫原，因为它作为一种免疫剂来修饰其他试剂的作用。某些物理和生物化学性质表明铝有可能出现在某些生物化学途径中，例如它在金属核苷酸复合物中取代 Mg (II)。尽管这些观察结果中的许多证明了铝是一种相对丰富的反应性原子，但一项观察结果支持了在没有生物利用铝的情况下进化的理论。Christopher Exley 对大西洋鲑鱼中铝的急性毒性进行了研究，他发现硅的含水形式硅酸保护了这些鱼免受铝的毒性。根据这一证据，铝的非选择可以通过硅酸降低铝的生物活性来解释，使其在自然界中处于非活性状态。
硅是岩石圈中第二丰富的元素，被认为是必需元素。然而，硅已经过研究，许多科学家已经确定硅不包含任何生物化学活性或功能。原因之一可以归因于其缺乏生物有机多样性。例如，自然界中不存在 Si-C 键或 Si-O-C 键，由于这种非选择，硅一直没有被发现存在于生物体中。硅键需要更多能量才能断裂这一事实也解释了为什么生物体在其生物化学途径中包含碳而不是硅。硅酸是自然界中最常见的硅形式。硅酸是一种弱酸，因为它在 pH 值达到 10 时失去第一个质子。由于系统中的 pH 值通常在 7 到 8 之间，硅酸在 pH 值达到 10 之前不能失去质子的事实表明硅酸是相当惰性的，不反应的。此外，只有三个重要的反应涉及硅元素。这些反应是自缩合以生成无定形水合二氧化硅，与氢氧化铝反应生成羟基铝硅酸盐，以及与过量钼酸盐反应生成凯格因型钼硅酸复合物。除了这些反应之外，还没有已知的生物有机反应发生与硅有关的反应。因此，在生物化学途径中选择硅一直不存在，并且被选择反对。
Exley, C., 2009, Darwin, natural selection and the biological essentiality of aluminum and silicon, Vol. 34 No. 12, 20 September 2009.