يعود كثير من الاهتمام بتكون أجناس المعادن في الماء إلى قضايا التوفر الحيوي والسمية. وقد بين عدد كبير من الدراسات التي أجريت على المعادن في مناطق مختلفة من الكرة الأرضية بوضوح أنه من غير الكافي قياس التركيز الكلي للمعدن في عينة الماء بغية تقدير خطر نشوء مفعول سام. وطُوِّرت عدة نماذج في محاولة لوصف كيفية تناول المتعضيات للمعادن، والدور الذي يؤديه تكون الأجناس في تحديد مقدار ذلك التناول. ونموذج الربيطة الحيوي (Biotic Ligand Model) هو واحد من تلك النظريات التي اكتسبت قبولاً واسعاً، لكن غير شامل. ولفهم أساس هذه النظرية، تخيل خلية منفردة أو مجموعة من الخلايا التي يتألف منها متعض أكثر تعقيداً. بغية توليد مفعول سام، يجب أن يتحد معدن أولاً من خلال سيرورة ارتباط ما مع جدار الخلية. بكلمات أخرى، يعمل جدار الخلية عمل ربيطة قادرة على أن تتعقد مع المعدن وتزيله من المحلول. وتتضمن الخطوات اللاحقة نقل المعدن إلى الخلية وتفاعله مع إنزيمات وجزيئات أخرى تشارك في الاستقلاب. أما السمة الجوهرية التي يقوم عليها نموذج الربيطة الحيوية فهو أن ثمة تركيزاً حرجاً للملوّث عند سطح المتعضي يؤدي إلى السمية.

إذا أظهرت الجزيئات على جدار الخلية نشاطاً تعقيدياً، وجب أن تتنافس مع أجناس التعقيد المرتبطة مع المعدن فعلاً، وأن تبقيها في المحلول. لذا يتنبأ نموذج الربيطة الحيوية بأن توفر أيونات المعدن لتتناولها المتعضيات لا يعتمد على تركيز المعدن الكلي الذي يتعرض له المتعضي، بل على تركيز المعدن الحر غير المعقد، أي المعدن القادر على قبول الارتباط بالربيطة المتمثلة بجدار الخلية بأكبر قدر من السهولة.

لقد أثبت أن نموذج الربيطة الحيوية يوفّر تنبُّؤاً جيداً بالعلاقة بين تركيز أيونات المعدن الحر وتناول المعدن من قبل السمك واللافقاريات، وثمة بحث قائم لتعديله وتوسيعه ليشمل أجناساً أخرى وظروفاً خاصة إلا أن ثمة عدداً من الحالات البيئية لم تتحقق فيها ترابطات بين تركيز المعدن الحر المائي وتناوله من قبل متعضيات على نحو واضح. وتتضمن تلك الترابطات ما يخص ظروف عدم التوازن ، ووجود أنواع معينة من الربيطات العضوية أو الثيولات أو كبريتات الثيول في الماء، والتعقيد مع مركبات عضوية قابلة للامتصاص من قبل الجسم من قبيل الليمونات والماء الشديد القساوة، وارتباط المعدن بالغرويات. لكن برغم هذه المحدوديات وغيرها، أثبت نموذج الربيطة الحيوية أنه يمثل تطوراً هائلاً مقارنة بالنماذج القائمة على تراكيز المعادن الكلية.