Original paper
Molecular evolution as a pathway to man
Zuckerkandl, Emile
Zeitschrift für Morphologie und Anthropologie Band 69 Heft 2 (1978), p. 117 - 142
28 references
published: Sep 29, 1978
ArtNo. ESP168006902001, Price: 19.00 €
Abstract
Among the different levels of biological integration, that of the informational macromolecules is in a sense equivalent to others, and in a sense privileged. Reasons for holding this opinion are briefly outlined. The contribution of the molecular evolutionary approach to the study of phylogeny is cited, as well as to the understanding of the evolutionary management of informational macromolecules. In this latter respect four processes are particularly outstanding: 1) seemingly, structural genes descend only from structural genes, and thus are extremely old; 2) contemporary protein multiplicity will be resolved into a small number of homology groups, i. e., proteins are probably oligophyletic; 3) parts of genes, coding for polypeptide segments endowed with some specific function, seem frequently to recombine so as to give rise to new complexes of functions in single polypeptide chains — to new molecular entities made up of old molecular parts; 4) gene duplication is not only at the origin of functional divergence but also of functional constancy, due to adaptation of duplicates to changing conditions of gene regulation. Molecular evolutionary changes in gene regulation are discussed in relation to the concept of a molecular evolutionary clock. The controller node interaction system in gene regulation is briefly outlined. One of the consequences to be derived from such a system is considered, namely an intrinsic, genetically conditioned trend to parallel evolution. Parallel evolution is thought, in part, to be based on the inheritance by independent lines of descent from a common ancestor of genetic instabilities. The possibility of a significant contribution of parallel evolution to the evolution of the highest primates is emphasized. Parallelism would have worked in the direction of a repeated, independent appearance of either manlike traits or apelike traits. Or a mixture of both parallel processes may have been at work, one or the other at different times and in different lineages. A tentative discussion of the general molecular basis for progressive evolution in the human line of descent concludes this fragmentary exploration of ways organismal evolutionary processes can be understood in molecular terms.
Kurzfassung
Unter den verschiedenen Ebenen biologischer Organisation ist jene der informativen Makromoleküle den anderen Ebenen im allgemeinen ebenbürtig, in einem bestimmten Sinne aber überlegen. Gründe hierzu sind kurz angegeben. Der Beitrag des Studiums der Molekularevolution zu jenem der Phylogenese sowie zum Verständnis der Art und Weise, wie informative Makromoleküle von der Evolution gehandhabt werden, wird illustriert. In letzterer Beziehung werden vier Vorgänge hervorgehoben: 1. Strukturelle Gene stammen anscheinend nur von anderen strukturellen Genen ab und sind daher ungeheuer alt. 2. Die Vielfältigkeit gegenwärtiger Proteinstrukturen wird zu einer relativ bescheidenen Zahl von Homologiegruppen zusammenschmelzen, d. h. Proteine sind wahrscheinlich ihrer Abstammung nach oligophyletisch. 3. Genteile, die für ein mit einer spezifischen Funktion ausgestattetes Polypeptidsegment kodieren, scheinen sich häufig untereinander zu neuen, aus alten Bestandteilen bestehenden Ganzheiten zusammenzufügen und neue Funktionskomplexe in einzelnen Polypeptidketten herzustellen. 4. Genduplikation ist nicht nur die Quelle funktioneller Vielgestaltung, sondern auch funktioneller Konstanz, dank der Adaptation von Duplikaten an wechselnde zellulare Umstände der Genregulation. Molekulare Veränderungen in der Genregulation im Laufe der Evolution werden in bezug auf das Konzept einer molekularen Uhr der Evolution diskutiert. Das System der Interaktion von Einheiten der Genkontrolle, „controller nodes“, wird kurz dargestellt. Eine der Folgen, die aus einem solchen System hervorgehen, ist eine dem System einverleibte und genetisch begründete Tendenz zu paralleler Evolution. Es wird angenommen, daß parallele Evolution zum Teil auf die Vererbung, in voneinander unabhängigen Erblinien, gewisser von dem gemeinsamen Vorfahren abstammender Genunstabilitäten zurückzuführen ist. Die Möglichkeit eines bedeutenden Beitrags paralleler Evolution zur Evolutionsgeschichte der höchsten Primaten wird betont. Parallelismus kann sich im Sinne des wiederholten Auftauchens entweder menschenähnlicher oder menschenaffenähnlicher Kennzeichen ausgewirkt haben, oder auch abwechselnd in beiden Richtungen. Auch Rückbildungen wären nicht unerwartet. Die vorliegende, bruchstückartige Untersuchung der Art und Weise, wie Vorgänge auf der Ebene der Evolution der Organismen aus molekularen Vorgängen heraus verstanden werden können, schließt mit einer Diskussion der allgemeinen molekularen Basis der progressiven Evolution in der Richtung zum Menschen.
Keywords
evolution • macromolecules • genetic instability • primates • phylogeny