בשנת 2009 דיווח צוות בראשות זיליאו ודריקו על גילוי צדפים מחוררים במערת אנטון בדרום-ספרד, המרוחקת כ-60 ק"מ מחוף הים, באתר ארכאולוגי המיוחס לניאנדרטלים ומתוארך לגיל של כ-50 אלף שנים לפני זמננו, כלומר יותר מעשרת-אלפים שנה לפני התרבות השטלפרונית והופעתם הידועה של בני-אדם מודרניים אנטומית במערב-אירופה. על הצדפים נמצאו שרידי צבענים שונים בצבעי שחור, אדום וכתום, והחוקרים שיערו שהם שימשו לקישוט ולאיפור. בשנת 2018 דיווח צוות בינלאומי בהשתתפות זיליאו כי תיארכו ציורי מערות בצבען אדום במספר מערות בספרד לגיל עתיק אף יותר של לפחות 64,800 אלף שנה לפני זמננו בתיארוך אורניום-תוריום. כמה מחברי אותו צוות דיווחו כי תיארכו צדפים מחוררים ושרידי צבענים אדומים וצהובים במערת אביונס (Cueva de los Aviones) בדרום מזרח ספרד בשיטת סדרות אורניום לגיל של 115 אלף עד 120 אלף שנה לפני זמננו. בשנת 2019 מצאו ארכאולוגים במערה Einhornhöhle בצפון גרמניה עצם מגולפת של אייל אירי, שאותה גילפו הניאנדרטלים לפני יותר מ-51 אלף שנה, עוד לפני שהגיע האדם המודרני לאזור זה. במאמרם, שהתפרסם בשנת 2021, הם טוענים שהעצם מוכיחה את יכולת הניאנדרטלים לחשיבה מופשטת וכן את היכולת לביטויה האמנותי.
שפה.
לא ברור באיזו מידה השתמשו הניאנדרטלים בשפה סימבולית מודרנית. טענה לפיה האנטומיה של הגרון הניאנדרטלי כלל לא איפשרה דיבור רווחה עד שנת 1983. אז פורסם מחקר (לו היו בין השאר שותפים ברוך ארנסבורג ויואל רק) על עצם הלשון שהתגלתה אצל "משה", שלד הניאנדרטל ממערת כבארה שבכרמל. עצם זו מפותחת וזהה בצורתה לזו של בני-אדם מודרניים, ומכך הסיקו החוקרים שהניאנדרטלים היו מסוגלים אנטומית לדבר.
מחקרים נוספים בחנו את תעלת העצם שבה עובר העצב התת-לשוני (hypoglossal nerve), ששולט בתנועות הלשון. רוחב התעלה הניאנדרטלית הוא כרוחב התעלה באדם בן-ימינו, וגדול משמעותית מזה של שימפנזים, ושימש כראייה ליכולת דיבור אצל ניאנדרטלים. עם זאת מחקר נוסף הראה שאין בהכרח מתאם בין רוחב התעלה ליכולת דיבור, ולמספר פרימטים לא אנושיים בני-ימינו יש תעלה רחבה אף משל הניאנדרטלים.
מחקר בסיס הגולגולת של הניאנדרטלים הראה שבית הקול שלהם, אף שהיה עמוק משל רוב היונקים והפרימטים, לא היה עמוק כמו בית הקול של בני-אדם בני-ימינו המותאם לדיבור. מכך הסיקו שהניאנדרטלים התקשו בביטוי צלילים מסוימים, ושקול הדיבור אותו השמיעו היה גבוה יחסית.
הגנום הניאנדרטלי מכיל שתי מוטציות בגן FOXP2, שקיימות גם בבני-אדם אך לא בשימפנזים ובפרימטים אחרים, ומשערים שהן קשורות ליכולת דיבור. לכן קיומן עשוי להעיד על יכולת דיבור של הניאנדרטלים.
בלשנים העלו את האפשרות שגם אם ניאנדרטלים היו מסוגלים לדבר, שפתם לא ניחנה במבנה התחבירי המתקדם המשותף לכל השפות בנות-זמננו. נחיתות כזו עשויה להסביר את נדירות העדויות הארכאולוגיות לאמנות, טקסיות וחשיבה סימבולית אצל הניאנדרטלים, ואת נחיתותם בתחרות מול בני-אדם מודרניים אנטומית, שבגללה אולי נכחדו.
אבולוציה.
שאלות שנוגעות למקום הניאנדרטלים באבולוציה של האדם, מידת אנושיותם, יחסיהם עם בני-אדם מודרניים וסיבת הכחדתם, מעוררות עניין רב במדע ובציבור, בשל חשיבותן להגדרת הייחוד האנושי ו"מותר האדם". כיום ידוע שהניאנדרטלים היו ענף קטן ומאוחר יחסית באבולוציה של האדם, שהתפתח באירופה ובמערב אסיה, כאשר במקביל ובאותה תקופה התפתחו באפריקה בני-אדם מודרניים לחלוטין בהופעתם. דווקא הדמיון והקרבה הרבים בין הניאנדרטלים לאנושות בת-זמננו מעלים שאלות לגבי מקור ההבדלים התרבותיים ביניהם, ולגבי הכחדתם של הניאנדרטלים באותה תקופה עצמה שבה התפשטו בני האדם המודרניים למרבית יבשות כדור הארץ.
מוצא הניאנדרטלים.
מקובל כיום שהניאנדרטלים התפתחו בפלייסטוקן התיכון, לפני כ-500 אלף עד 200 אלף שנה, מאוכלוסיית אב של בני-אדם קדומים המסווגת על ידי חוקרים שונים כ"קדם-ניאנדרטלים", "הומו ספיינס ארכאי", הומו היידלברגנסיס או הומו רודזיינסיס. לא ברור עדיין אם אוכלוסיית אב זו הופיעה לראשונה באפריקה והתפשטה לאחר מכן גם צפונה, או להפך. מכל מקום, החל מ-500 אלף שנה לפני זמננו כבר ניתן למצוא מאובנים רבים של אוכלוסייה זו על פני אפריקה, המזרח התיכון, אירופה ומערב אסיה. מאובנים אלו דומים למדי זה לזה, ומתאפיינים בנפח מוח של 1,100 עד 1,300 סמ"ק, גדול משמעותית משל מאובני הומו ארקטוס, אך עדיין נמוך מהממוצע של ניאנדרטלים "קלאסיים" ובני-אדם מודרניים. מאובנים אלו גם דומים מאוד לניאנדרטלים הקלאסיים במאפיינים ארכאיים רבים, כמו רכסי גבות מפותחים, חוסר בליטת סנטר, שיניים גדולות ועצמות שלד עבות. בניגוד לניאנדרטלים הקלאסיים הם מתגלים לרוב עם כלי-אבן מהתעשייה האשלית, או תעשיות דומות אחרות של התקופה הפלאוליתית התחתונה. מקובל שאוכלוסיית אב זו התפתחה במקביל לניאנדרטלים באירופה ולבני-אדם מודרניים אנטומית באפריקה. במובן זה הניאנדרטלים אינם אבות האנושות בת-ימינו, אלא מהווים ענף צדדי שנכחד. עם זאת חלק מהניאנדרטלים הם ככל הנראה אבות קדמונים של חלק מהאנושות בת-ימינו, כתוצאה משיעור נמוך של רביית כלאיים בין שני הענפים בתקופה מאוחרת יותר (ראה להלן).
באמצעות השוואת רצפי הגנום ממאובנים ניאנדרטלים ומבני-אדם בני-ימינו, תוך שימוש בשיטות שעון מולקולרי, ניתן לחשב מתי חיה אוכלוסיית האב המשותפת שלהם, ומתי התפצלו הענפים זה מזה. ההערכה שחושבה בשנת 2010 על ידי חוקרי הפרויקט למיפוי הגנום הניאנדרטלי היא שהאבות הקדמונים המשותפים חיו בממוצע לפני כ-800 אלף שנה, וששני הענפים התפצלו סופית לפני 440 אלף עד 270 אלף שנה.
נוסף על כך, חקר הגנום הדניסובי מראה כי האבות הקדמונים המשותפים של הניאנדרטלים והדניסובים חיו בממוצע 640 אלף שנה לפני זמננו, כלומר הניאנדרטלים והדניסובים קרובים מעט יותר זה לזה יותר מאשר כל אחד מהם לבני-אדם בני-ימינו.
תוצאות ראשוניות מחקר הגנום הניאנדרטלי רומזות שלאחר התפצלות הענף הניאנדרטלי מהענף המודרני והענף הדניסובי, הוא עבר אירוע של "צוואר בקבוק", כלומר צמצום דרסטי של גודל האוכלוסייה שהקטין מאוד את השונות הגנטית שלה. רק לאחר מכן התפשטה האוכלוסייה הניאנדרטלית שוב לרחבי אירופה, מערב אסיה והמזרח התיכון. כתוצאה מצוואר בקבוק זה, רצף הגנום של הניאנדרטלים מהרי אלטאי בסיביר דומה מאוד לזה של הניאנדרטלים ממערת וינדיה בקרואטיה, כ-5,000 קילומטרים מערבה משם, הרבה יותר משהוא דומה לגנום של האוכלוסייה הדניסובית שחייתה אף היא בסיביר בערך באותה התקופה. מקובלת כיום הסברה שאירוע דומה של צוואר בקבוק עבר גם על הענף האפריקני שהוליך בסופו של דבר לאנושות המודרנית, וכתוצאה ממנו השונות הגנטית בין בני-אדם בני-ימינו מכל העולם קטנה יחסית. ואולם נראה שצוואר הבקבוק הניאנדרטלי היה דרסטי אף יותר, שכן הניאנדרטלים מסיביר ומקרואטיה דמו גנטית זה לזה הרבה יותר מאשר בני-אדם בני-ימינו מאפריקה, אירופה ומזרח-אסיה דומים זה לזה. מכאן ניתן להעריך שהאוכלוסייה הניאנדרטלית הייתה קטנה והומוגנית מאוד, על-אף פיזורה על פני אזורים נרחבים למדי.
היחסים בין הניאנדרטלים לבני-אדם מודרניים.
עדויות המאובנים וממצאים גנטיים מראים כי מוצא האנושות בת-ימינו הוא באפריקה לפני 200 אלף עד 150 אלף שנה, משם היא התפשטה למזרח התיכון לפני כ-120 אלף עד 50 אלף שנה, ולאחר מכן גם לשאר היבשות. מאובני אדם מודרניים אנטומית התגלו בארץ-ישראל במערת הגדי (מערת סח'ול) שבנחל מערות, מרחק כמה מאות מטרים בלבד ממערת טבון, ובמערת הקפיצה שבהר הקפיצה ליד נצרת. מאובנים אלו מתוארכים לתקופה של 100 אלף עד 92 אלף שנה לפני זמננו, כלומר הם בערך בני-זמנה של הניאנדרטלית ממערת טבון או מאוחרים ממנה מעט, אבל קדומים מהניאנדרטלים ממערת עמוד וממערת כבארה, שחיו לפני 62 עד 41 אלף שנה. מכך נובע שניאנדרטלים ובני-אדם מודרניים אנטומית היו עשויים לחיות יחד במזרח התיכון במשך כמה עשרות אלפי שנים. לא נמצאו עדיין ראיות חד-משמעיות שהם אכן חיו זה לצד זה באותו הזמן. השערה חלופית היא שגלי הגירה של בני-אדם מודרניים מאפריקה וגלי הגירה של ניאנדרטלים מאירופה ומאסיה החליפו זה את זה לסירוגין במזרח התיכון. החלפה כזו עשויה להיות תוצאה של התנודות באקלים הגלובלי של תקופת הקרח, כאשר הניאנדרטלים (המותאמים יותר לתנאי קור) נטו להתפשט דרומה בתקופות הקרות, ובני אדם מודרניים נטו להתפשט צפונה בהפוגות הממוזגות.
קשה מאוד להבדיל בין שכבות ארכאולוגיות של ניאנדרטלים ובני-אדם מודרניים אנטומית מתקופה זו במזרח התיכון, משום ששניהם השתמשו ככל הנראה באותה תרבות כלי-אבן – התרבות המוסטרית. עם זאת, ייתכן שכבר בתקופה קדומה זו התחיל להסתמן יתרון של בני האדם המודרניים על הניאנדרטלים בתחום הטקס והאמנות. מאובני מערת הגדי ומערת הקפיצה מראים סימנים מובהקים יותר של קבורה טקסית מאשר המאובנים הניאנדרטלים, ובמערת הגדי נמצאו חרוזים עשויים מצדפים מחוררים המתוארכים לגיל של יותר מ-100 אלף שנה לפני זמננו.