区分人类和黑猩猩的特征在地表上看起来很明显。人类是更优雅的滑冰者，而且我们穿燕尾服比我们最亲近的灵长类亲戚更有风度。然而，在基因层面上，我们是非常相似的物种。我们DNA中包含制造蛋白质（我们身体的基石）指令的部分差异不到1%，但蛋白质编码基因只是我们基因组的一小部分。人类和黑猩猩之间一些最大的差异在于基因之外的DNA。
大约10年前，格拉德斯通研究所和加州大学旧金山分校的生物统计学家凯瑟琳·波拉德比较了这两个物种，并确定了人类基因组中独特的区域。现在，她领导着一个研究团队，正在揭示其中716个特定于人类的DNA区域如何协同工作，以创造将我们与其他灵长类动物区分开来的生物学特征。
这些700多个DNA片段大多数位于我们的基因之外，波拉德最新的研究部分解开了它们功能的谜团。通过采用生物技术的新技术，加州大学旧金山分校的科学家们能够工程改造数千个人类和黑猩猩的脑细胞，并测试这716个“人类加速区域”（HARs）如何影响这两个物种细胞的发育。在此过程中，她的团队发现了治疗自闭症、精神分裂症和其他神经精神疾病的可能新靶点。这项尚未经过同行评审的研究于1月30日发布在预印本服务器bioRxiv上。
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自从波拉德在2006年首次发表她关于HARs的研究以来，解读它们的生物学功能进展缓慢。当时，研究HARs的唯一选择是将单个HAR费力地拼接到受精的小鼠卵子的DNA中，并观察其对成年小鼠的影响。为了全面研究所有HARs如何影响人类生物学，她需要一种更快的研究方法。
几年前，波拉德开始与加州大学旧金山分校另一个实验室的遗传学家纳达夫·阿希图夫合作，创建一种将人类和黑猩猩的皮肤细胞转化为多能干细胞的方法，这些干细胞有可能变成几乎任何其他细胞类型。该团队可以选择诱导它们变成肝脏、心脏或骨骼细胞，但对于他们对HARs的首次研究，显而易见的选择是影响我们物种最独特特征——智力的细胞。波拉德和阿希图夫一次性创造了数千个神经元，并将HAR DNA拼接到这些细胞中。然后，他们检查了HARs在细胞发育的两个不同阶段所起的作用。
他们发现，几乎一半的DNA片段（在黑猩猩基因组中自然不存在）在生长的神经元中是活跃的。但是，HARs并没有产生蛋白质；它们位于科学家曾经称为“垃圾DNA”的基因组部分，并且它们控制着神经元基因产生的蛋白质数量。结果令阿希图夫感到惊讶：“这是对所有这些序列的首次全面研究，它表明其中43%……可能在神经发育中具有功能性作用。”
据波拉德称，黑猩猩基因组中与HARs类似的区域在数百万年中根本没有发生变化，并且与大多数动物的相同区域几乎相同。波拉德说，自然选择一直在阻止这些动物基因组的这些部分发生变化，但当我们的祖先在大约六百万年前与黑猩猩分离后，一定发生了什么事情来减轻人类的进化压力。“大多数[HARs]都有如此多的变化，以至于它们不仅获得了随机突变，而且……携带这些变化的个体产生了更多的后代，”波拉德说。是什么原因导致这种情况发生仍然是一个悬而未决的问题。如此多的HARs参与神经元发育这一事实表明，这种变化可能与智力的进化有关，智力是一个极其复杂的特征，是基因组中数百个突变的产物。
然而，这些变化也带来了一些严重的缺点。“许多HARs位于与人类特有疾病相关的基因附近，如自闭症、精神分裂症等，”阿希图夫说。这一结果表明，这些疾病不是由大脑发育基因本身引起的，而是由HARs调节它们的方式引起的。波拉德和阿希图夫的部分研究侧重于解读七个不同HARs中每个单独的突变如何改变基因的活性。该团队发现，单个突变会增加或减少基因产生的蛋白质数量。本质上，自然选择正在微调基因的表达方式，因为特定蛋白质过多或过少都可能导致问题。波拉德解释说，在自闭症中，“基因组不同部位的许多突变聚集在一起，共同产生微小的变化，这些变化共同将个体推过我们所说的他们患有自闭症的阈值。”她补充说：“我们其他人也有其中一些突变，只是低于那个阈值。”
波拉德和阿希图夫在本研究中使用的实验方法可能能够向医学研究人员展示基因组的哪些部分可以作为新疗法的靶点。德克萨斯大学西南医学中心的自闭症研究员玛丽亚·查赫尔（未参与这项工作）一直在面临这个问题，因为她试图了解自闭症如何在基因组中显现出来。“我们正在进行大量的全基因组测序，这将识别出基因组非编码区域中的许多变异，”她说。“现在，当我们在这些HAR区域中发现疾病变异时，我们不会忽视它们。”
波拉德和阿希图夫已获得美国国立卫生研究院的资助，以研究HARs对大脑进化的贡献及其在疾病中的作用。他们还将检查基因组的这些片段如何参与精子和其他类型细胞的发育。同时检查数千个细胞基因组的非编码区域的能力可能为解决关于人类和其他生物体基因组的各种问题提供强大的方法。对于了解导致现代人类物种进化的基因变化而言，这可能也是仅次于时间机器的最佳方法。“我们永远无法在进化时间中看到过去发生的事情，”波拉德说，“但我们能够在实验室中重现[过去]，并测量其功能。”