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前人研究发现,细胞中参与吸收某种元素的蛋白质会避免过多使用含有该元素的氨基酸,表明代谢对氨基酸使用的限制可能会影响蛋白质进化。我们推测,表达量高的蛋白质由于消耗的资源较多,为了有效节约物质元素,它们倾向于含有较少的碳、氮、硫元素。分析酿酒酵母、裂殖酵母、大肠杆菌高覆盖度的蛋白质表达数据,我们发现氨基酸侧链上的碳元素、氮元素与蛋白质表达量成显著负相关。侧链上含有较多碳元素的氨基酸在合成时会消耗更多的能量,因此表达量高的蛋白质受到的选择作用可能来自碳元素代价,或者来自能量代价。然而,我们的研究发现控制氨基酸能量代价时,碳元素与蛋白质表达量仍然显著负相关；相反,控制碳元素时,氨基酸合成时能量消耗与蛋白质表达量的负相关性就消失了。因此,物质元素代价要比能量代价影响更大。高表达蛋白质的氨基酸序列必须在功能最优化和节约有限的物质元素之间做出妥协。
对酿酒酵母、裂殖酵母、大肠杆菌的研究发现,核糖体蛋白质的氮元素含量较高。我们进一步分析了细菌、古细菌、真核生物的核糖体蛋白质的物质元素组成和氨基酸组成特点。我们发现与基因组中其它蛋白质相比,核糖体蛋白质氨基酸侧链上的氮元素含量普遍偏高；偏好使用碱性且富含氮元素的氨基酸——精氨酸、赖氨酸。因此,我们推测糖体蛋白质的氨基酸偏好是由它们功能的决定——结合带负电荷的核酸,该功能是影响核糖体蛋白质进化的主要动力。我们还发现:核糖体蛋白质对硫元素没有偏好性；高等真核生物的核糖体蛋白质含碳元素较多,细菌、古细菌则相反。不同物种的核糖体蛋白质中物质元素组成差异很大。
进一步,我们深入研究了84个真核生物基因组。发现去除功能影响的情况下,表达量高的蛋白质中碳、氮、硫元素的含量较少,物质元素代价在真核生物中是普遍存在的。另外,我们比较不同物种蛋白质元素组成时发现:原生生物物种间元素含量变异最大,而多细胞动物间变异最小,这主要是由环境因素和进化程度所决定的；真菌中硫元素含量显著低于其它类群,可能由于真菌的特殊代谢过程,其蛋白质普遍偏好使用硫元素较少的氨基酸；不同植物的氮元素含量变化较大,低等植物中氮元素限制现象并不存在。因此,我们认为物质元素代价对低等真核生物影响力比对高等真核生物影响力要强。