我們理所當然地認為智人是現存的唯一人類物種，但過去並非如此。從我們物種在幾十萬年前起源到幾萬年前，多種人類物種曾與我們共同存在於這個星球上。智人與其他人類家族成員有何區別？為什麼只有我們的譜系存活至今？長期以來，科學家們一直在化石和考古記錄中尋找這些問題的答案。最近，他們開始挖掘現存和已滅絕人類的基因組——包括尼安德特人——以尋找線索。
尼安德特人和鮮為人知的丹尼索瓦人是我們最近的進化親戚，因此我們與他們有很多共同的 DNA。但我們也有智人特有的等位基因或基因變異。今天線上發表在《科學》雜誌上的研究確定了這些智人特有的變異，並集中研究了一種特別的變異，這種變異可能對我們大腦的發育方式帶來了關鍵性的改變。
加州大學聖地亞哥分校的克萊伯·特魯希略和艾莉森·穆奧特里及其同事比較了現代人類、尼安德特人和丹尼索瓦人的基因組，發現只有 61 個基因改變將現代人類與我們已滅絕的表親區分開來——這是一個非常小的數字。“我原本預計會發現數百或數千個，”穆奧特里說。
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穆奧特里推斷，這少數幾個改變的基因一定做了重要的事情。但是做什麼呢？作為一名研究大腦發育的分子生物學家，他對能夠顯著影響大腦的智人特有的改變特別感興趣。他專注於一個名為NOVA1的基因，該基因已知控制著數百個其他基因的活動，並在發育的早期階段發揮重要作用。NOVA1 看起來像是評估穆奧特里選擇的實驗系統的良好候選者：大腦類器官，即培養的腦細胞簇，它們形成特定腦區域的微型版本，在本例中是皮層。
我們的NOVA1 版本與尼安德特人和丹尼索瓦人的版本僅相差一個鹼基對。為了弄清楚這種改變如何影響基因的功能，穆奧特里和他的合作者需要知道古老版本的基因做了什麼。利用 CRISPR 技術，他們用古老的NOVA1 替換了幹細胞中的現代人類NOVA1 基因，並觀察這些經過改造的幹細胞形成皮質類器官。
結果令人震驚。具有現代人類NOVA1 的皮質類器官呈球形，而具有古老NOVA1 的皮質類器官則呈爆米花狀。古老的類器官不僅外觀不同，而且它們的神經元行為也不同。具有古老NOVA1 的類器官中的神經元比完全現代的神經元更早開始放電，表明它們的成熟速度比具有現代NOVA1 的類器官中的神經元更快。攜帶古老NOVA1 的類器官中的神經網路的發育或功能方式也與完全現代的類器官中的神經網路不同。
穆奧特里指出，黑猩猩的神經元也比現代人類的神經元成熟得快得多，考慮到黑猩猩在出生時比人類更獨立，這很有道理。“黑猩猩寶寶會比人類寶寶更聰明，”他說。我們的大腦需要更長的時間才能發育，但回報是成年後更高的認知複雜性。穆奧特里推測，現代人類變異的NOVA1 可能會減緩神經元的成熟，使智人有時間發育出比古代人類更復雜的大腦。
巴塞爾大學的分子生物學家 J. 格雷·坎普沒有參與這項新工作，但他讚揚了該團隊的研究。他說，這項研究“表明人們可以復活一個原本已消失在歷史中的古代人類等位基因，並在培養皿中對其進行研究”。“這真是太了不起了。”
儘管如此，穆奧特里和他的同事們承認，他們的方法有侷限性。他們將單個古代基因新增到原本現代的細胞中。很難知道他們觀察到的效果是否反映了古代基因的真實功能，或者類器官中古代和現代元素的混合是否產生了現代或古代人類中都不存在的全新特徵。
穆奧特里說，研究現代人類具有獨特變異的其他 60 個基因可能有助於解決這些不確定性，特別是如果研究人員能夠創造出完整的尼安德特人細胞。他說，這種大規模的基因組操作目前尚不可能，但可能在兩三年內實現。
與此同時，對是什麼使我們成為人類的進一步見解可能來自其他類器官實驗，這些實驗可以模仿大腦，也可以模仿腸道、皮膚和其他組織。今天的人們攜帶一些尼安德特人 DNA，這是尼安德特人與智人之間很久以前雜交的結果。坎普和他的合作者已經證明，這些倖存的古代等位基因可以在類器官中進行研究。他們對這些古代基因變異在腸道中的功能特別感興趣。“在我們的進化歷史中，腸道細胞已經暴露於各種微生物、病毒、營養物質、毒素和其他動態環境變數中，”他說。“我們很好奇這些壓力如何影響了人類的腸道。”
在現代人類基因組的第一個草圖發表 20 年後，以及尼安德特人基因組的第一個草圖發表 11 年後，令人震驚的是，研究人員可能最終正在接近使我們成為我們的生命密碼的改變。