導(dǎo)語(yǔ)

《科學(xué)》評(píng)選2025年10大突破，中國(guó)引領(lǐng)頭號(hào)突破

每年，《科學(xué)》（Science）雜志都會(huì)評(píng)選出年度十大科學(xué)突破，包括一項(xiàng)科學(xué)突破冠軍獎(jiǎng)以及九項(xiàng)科學(xué)突破入圍獎(jiǎng)。它們代表了一年中最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)進(jìn)展和趨勢(shì)。

2025 年 12 月 18 日，Science 揭曉了 2025 年度的十大科學(xué)突破榜單。其中有 4 項(xiàng)科學(xué)突破來(lái)自中國(guó)——可再生能源的迅猛發(fā)展、揭開(kāi)“龍人”頭骨之謎、異種器官移植、耐高溫水稻。尤其是中國(guó)在可再生能源領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，成為 2025 年度十大科學(xué)突破之首。

中國(guó)推動(dòng)可再生能源迅猛發(fā)展

自工業(yè)革命以來(lái)，人類社會(huì)一直依靠著數(shù)億年前植物捕獲并儲(chǔ)存在化石燃料中的“古老的太陽(yáng)能”，通過(guò)挖掘和鉆探從地下獲取這些能源。但今年，勢(shì)頭明顯轉(zhuǎn)向了“今天的太陽(yáng)能”?？稍偕茉?，其中大部分來(lái)自陽(yáng)光本身或由太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)能，在多個(gè)方面超越了傳統(tǒng)能源。

今年，全球范圍內(nèi)可再生能源的發(fā)電量已超過(guò)煤炭，據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年 1 月至 6 月，太陽(yáng)能和風(fēng)能的增長(zhǎng)速度足以覆蓋全球電力使用量的全部增長(zhǎng)。今年 9 月，中國(guó)宣布將在十年內(nèi)將碳排放量減少多達(dá) 10%，這不是通過(guò)減少能源使用，而是通過(guò)加倍發(fā)展風(fēng)能和太陽(yáng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)。非洲和南亞的太陽(yáng)能電池板進(jìn)口量大幅增長(zhǎng)，因?yàn)檫@些地區(qū)的民眾意識(shí)到屋頂太陽(yáng)能可以廉價(jià)地為照明、手機(jī)和風(fēng)扇供電。對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，可再生能源的持續(xù)增長(zhǎng)如今似乎勢(shì)不可擋——這一前景促使《科學(xué)》（Science）雜志將可再生能源的迅猛發(fā)展評(píng)為 2025 年度科學(xué)突破。

如今，中國(guó)向綠色能源的轉(zhuǎn)型規(guī)模讓其他任何國(guó)家相形見(jiàn)絀，一系列驚人的數(shù)據(jù)足以證明，僅在 2024 年，中國(guó)新增的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電量就相當(dāng)于約 100 座核電站的發(fā)電量，而且今年年初以來(lái)，這一速度還在加快。數(shù)十條新的特高壓輸電線路正在從西部沙漠地區(qū)（太陽(yáng)能的主要產(chǎn)地）向東部城市延伸數(shù)千公里，將清潔能源輸送到用電地區(qū)。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的電動(dòng)汽車和縱橫交錯(cuò)的高速電動(dòng)列車正急切地等待著這些清潔能源，這些列車能在早上就把乘客從相距 1000 公里的城市之間運(yùn)送完畢。

如今，中國(guó)繁忙港口的集裝箱里裝滿了新商品：電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。在打造自身綠色能源體系的過(guò)程中，中國(guó)還催生了一個(gè)價(jià)值近 1800 億美元的出口產(chǎn)業(yè)，讓世界其他大部分地區(qū)都能用上低成本的可再生能源。

值得一提的是，《自然》（Nature）期刊將“中國(guó)引領(lǐng)可再生能源跨越式發(fā)展”選為的 2025 年振奮人心的七大科學(xué)突破。

定制化基因編輯療法治療超級(jí)罕見(jiàn)病

KJ Muldoon，是一名罕見(jiàn)遺傳病患兒，他在出生幾天后就被診斷出患有嚴(yán)重的氨甲酰磷酸合成酶-1（CPS1）缺乏癥，這是一種罕見(jiàn)且嚴(yán)重的遺傳疾病（在新生兒中發(fā)病率為 130 萬(wàn)分之一），是最嚴(yán)重的尿素循環(huán)障礙疾病。

為了挽救他的生命，研究團(tuán)隊(duì)為他定制了一款脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送的堿基編輯療法——kayjayguran abengcemeran（k-abe），整個(gè)過(guò)程僅僅花費(fèi)了六個(gè)月時(shí)間。在六個(gè)月大時(shí)，他接受了這款堿基編輯療法的治療，在經(jīng)過(guò) 307 天的住院治療，KJ 得以回家，他的疾病似乎得到了治愈。

對(duì)抗性傳播疾病的新武器

淋病是一種全球性的健康威脅，每年影響數(shù)千萬(wàn)人，并可導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。然而，現(xiàn)有療法（特別是頭孢菌素類抗生素）因淋病奈瑟菌的耐藥性而逐漸失效。

2025 年，《柳葉刀》發(fā)表了兩款針對(duì)淋病的新藥—— gepotidacin 和 zoliflodacin 的 3 期臨床試驗(yàn)結(jié)果。前者由 GSK 公司開(kāi)發(fā)，后者由 Innoviva 公司開(kāi)發(fā)，這兩款新型抗生素類藥物已于近日獲得美國(guó) FDA 批準(zhǔn)上市，這也是近幾十年來(lái)獲批的對(duì)抗淋病傳播的新武器。此外，這兩種新藥均為口服形式，比目前最常用的需要注射的頭孢菌素抗生素更方便。當(dāng)然，淋病奈瑟菌非?！敖苹保粩喈a(chǎn)生耐藥性，這些新藥的“有效期”可能也有限，這也意味著研發(fā)新型抗生素的努力必須持續(xù)下去。

神經(jīng)元對(duì)癌癥的致命饋贈(zèng)

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們都知道癌細(xì)胞會(huì)利用神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)促進(jìn)其生長(zhǎng)。今年 6 月份，南阿拉巴馬大學(xué)和德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心的研究人員合作，在 Nature 期刊發(fā)表論文，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元與癌細(xì)胞之間會(huì)建立一種超細(xì)管道——隧道納米管，將自身的線粒體“捐贈(zèng)”給癌細(xì)胞，這些線粒體增強(qiáng)了癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移過(guò)程中穿越血管時(shí)抵御壓力的能力，從而幫助癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。

這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究揭示了癌癥轉(zhuǎn)移中的一種新的生物學(xué)信號(hào)軸——神經(jīng)-癌細(xì)胞線粒體通道，為研究癌癥進(jìn)展提供了一個(gè)以細(xì)胞器為中心的視角，并為治療創(chuàng)新提供了新的靶點(diǎn)，有望利用神經(jīng)生理學(xué)來(lái)阻斷癌癥的代謝支持系統(tǒng)，從而開(kāi)辟癌癥治療新前沿。

天空中的全視之眼

今年，一座旨在革新天文學(xué)研究方式的革命性巡天望遠(yuǎn)鏡——維拉·魯賓天文臺(tái)在智利落成。其核心突破在于——

革命性的工作模式：不同于傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡聚焦于特定目標(biāo)，魯賓天文臺(tái)將以每 3 天一次的頻率，持續(xù) 10 年地對(duì)整個(gè)可見(jiàn)天空進(jìn)行無(wú)間斷掃描，生成前所未有的詳細(xì)圖像。

前所未有的數(shù)據(jù)量：它將收集比歷史上所有光學(xué)望遠(yuǎn)鏡總和還要多的數(shù)據(jù)，構(gòu)建最詳盡的宇宙 3D 地圖，每晚將產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)天體變化警報(bào)。

開(kāi)創(chuàng)性的技術(shù)：為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它配備了能覆蓋 45 個(gè)滿月大小視場(chǎng)的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)和一臺(tái)能瞬間生成 3200 兆像素圖像的汽車般大小的相機(jī)。

該天文臺(tái)將廣泛的科學(xué)影響，這場(chǎng)“數(shù)據(jù)洪流”將徹底改變多個(gè)天文學(xué)領(lǐng)域——太陽(yáng)系（可能發(fā)現(xiàn)“第九行星”，并極大增加已知小天體數(shù)量）、動(dòng)態(tài)宇宙（實(shí)時(shí)觀測(cè)超新星等宇宙爆炸事件）、星系演化（揭示星系如何形成、合并和演化），以及幫助研究暗物質(zhì)和暗能量這兩個(gè)宇宙最大謎團(tuán)，從而揭開(kāi)宇宙的本質(zhì)?？傊斮e天文臺(tái)不僅是一個(gè)工程壯舉，更被寄予厚望成為一個(gè)持續(xù)產(chǎn)出突破性發(fā)現(xiàn)的“工廠”。

揭開(kāi)“龍人”頭骨之謎

2025 年 6 月，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹團(tuán)隊(duì)與河北地質(zhì)大學(xué)季強(qiáng)團(tuán)隊(duì)及古 DNA 技術(shù)先驅(qū)、2022 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主 Svante P??bo 教授合作，在 Cell 發(fā)表論文，通過(guò)古 DNA 技術(shù)為“龍人”的群體歸屬以及丹尼索瓦人的較完整形態(tài)提供了關(guān)鍵線索。

該研究首次成功從“龍人”頭骨（發(fā)現(xiàn)于 1933 年）的牙結(jié)石中獲取到古老型人類古 DNA。這是自丹尼索瓦人發(fā)現(xiàn) 15 年以來(lái)，首次用遺傳學(xué)證據(jù)將較完整的頭骨形態(tài)與丹尼索瓦人關(guān)聯(lián)起來(lái)，為丹尼索瓦人的研究提供了關(guān)鍵線索，加深了我們對(duì)東亞古人類多樣性及其演化歷史的理解。同時(shí)，從牙結(jié)石中成功提取宿主古 DNA 更為中更新世人類遺傳學(xué)研究開(kāi)創(chuàng)了新途徑。

大語(yǔ)言模型助力科學(xué)研究

2020 年，谷歌旗下公司 DeepMind 發(fā)布了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)工具 AlphaFold2，顛覆了人們對(duì)人工智能（AI）在科學(xué)領(lǐng)域所能達(dá)成成就的預(yù)期。它被《科學(xué)》（Science）雜志評(píng)為 2021 年度科學(xué)突破，并榮獲了 2024 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的。但當(dāng)時(shí)幾乎沒(méi)人想到，大語(yǔ)言模型（LLM）會(huì)取得如此快速的進(jìn)步。

在今年，大語(yǔ)言模型（LLM）在眾多科學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出了“博士級(jí)”的卓越能力的專業(yè)能力，其影響遠(yuǎn)超預(yù)期。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，DeepMind 的 Gemini 模型在被譽(yù)為最難高中數(shù)學(xué)競(jìng)賽的國(guó)際數(shù)學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中獲得金牌，這一成就比預(yù)期提前了近 20 年。OpenAI 的 GPT-5 則在組合數(shù)論和圖論中解決了困擾數(shù)學(xué)家數(shù)十年的難題。在化學(xué)領(lǐng)域，微調(diào)后的 LLM 僅用 15 次實(shí)驗(yàn)就為一種未知的復(fù)雜反應(yīng)找到了最佳條件，省去了數(shù)百次耗時(shí)數(shù)周的實(shí)驗(yàn)。在生命科學(xué)領(lǐng)域，AI 科學(xué)家在 2 天內(nèi)就發(fā)現(xiàn)了肝纖維化的潛在藥物并復(fù)現(xiàn)了一項(xiàng)原本耗時(shí)數(shù)年才得出的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，極大提升了研究效率。

這些突破引發(fā)了“AI for Science”的淘金熱，科技巨頭和投資者向相關(guān)初創(chuàng)公司投入了巨額資金。如今，LLM 已從文本生成工具演變?yōu)閺?qiáng)大的科研助手乃至創(chuàng)新者。隨著 AI 開(kāi)始自我迭代，其科學(xué)潛力邊界正變得難以預(yù)測(cè)，標(biāo)志著科學(xué)研究范式可能迎來(lái)根本性變革。

計(jì)算的勝利助力解開(kāi)粒子之謎

數(shù)十年來(lái)，粒子物理學(xué)家一直渴望找到現(xiàn)有理論——標(biāo)準(zhǔn)模型——無(wú)法解釋的現(xiàn)象。今年 6 月，一個(gè)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)宣布，與先前聲稱相反，μ 粒子的磁性并未超出標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)，這使得最引人矚目的新物理跡象之一就此消失。然而，失望背后隱藏著一項(xiàng)重大突破：理論家們終于能夠通過(guò)一種名為格點(diǎn)規(guī)范理論的技術(shù)，從頭開(kāi)始精確計(jì)算出 μ 粒子的磁性。

μ 粒子是電子的重而不穩(wěn)定的“近親”。其磁性會(huì)因量子不確定性產(chǎn)生的虛粒子在 μ 粒子周圍真空中漲落而獲得微小增強(qiáng)，記為 g-2。如果這些“虛粒子”包含標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新粒子，μ 粒子的磁性就可能與理論預(yù)測(cè)存在差異。自 2001 年起，美國(guó) Muon g-2 實(shí)驗(yàn)曾暗示 μ 粒子的磁性比預(yù)測(cè)強(qiáng)約十億分之四。但精確預(yù)測(cè)這一數(shù)值始終困難重重。其中，夸克和膠子通過(guò)強(qiáng)相互作用帶來(lái)的貢獻(xiàn)尤其難以計(jì)算，因其數(shù)學(xué)處理極為復(fù)雜。2020 年，“Muon g-2 理論倡議”組織曾通過(guò)粒子對(duì)撞機(jī)數(shù)據(jù)外推估算虛夸克和膠子的貢獻(xiàn)，但最佳可用數(shù)據(jù)仍存在不一致性。

理論家另辟蹊徑，運(yùn)用超級(jí)計(jì)算機(jī)和格點(diǎn)規(guī)范理論，將連續(xù)時(shí)空離散化為四維點(diǎn)陣，從而從頭計(jì)算夸克和膠子的貢獻(xiàn)。隨著計(jì)算能力的大幅提升和技術(shù)的多項(xiàng)突破，近年來(lái)的格點(diǎn)計(jì)算已達(dá)到與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法相媲美的精度。今年 5 月，理論倡議組織放棄數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，轉(zhuǎn)而采用格點(diǎn)方法更新了預(yù)測(cè)值。新結(jié)果比先前預(yù)測(cè)更高，并與隨后公布的 Muon g-2 最終測(cè)量值一致。這一致性標(biāo)志著格點(diǎn)規(guī)范理論的成功——即便它同時(shí)抹去了一種新物理存在的可能線索。

異種移植不斷創(chuàng)造歷史

經(jīng)過(guò)數(shù)十年挫折，利用基因編輯豬為人體提供移植器官的異種移植領(lǐng)域，在今年取得了里程碑式的進(jìn)展。關(guān)鍵突破體現(xiàn)在移植器官存活時(shí)間被顯著延長(zhǎng)。

一名美國(guó)男子移植了擁有 69 處基因修飾的豬腎臟后，該腎臟在他體內(nèi)正常工作了近 9 個(gè)月，接近歷史上異種移植的最長(zhǎng)紀(jì)錄。一名中國(guó)女性患者在移植了僅 6 處基因修飾的豬腎臟，也取得了相近的存活時(shí)間。

這些成功使異種移植終于從幾十年來(lái)常被過(guò)度宣傳的概念，切實(shí)地向解決人類器官短缺問(wèn)題的可行方案邁進(jìn)了一大步。

耐高溫水稻

2025 年 4 月，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李一博教授團(tuán)隊(duì)在 Cell 期刊發(fā)表論文，該研究發(fā)現(xiàn)了水稻中的一種天然基因開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，賦予了其田間熱耐受性，從而提升了水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量。

研究團(tuán)隊(duì)鑒定出一個(gè)水稻主效基因位點(diǎn)——QT12，它通過(guò)過(guò)度激活未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）破壞胚乳儲(chǔ)存物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，從而負(fù)向調(diào)控稻米品質(zhì)的田間熱耐受性。

QT12 的天然變異和 NF-Y 復(fù)合體形成了一種天然的基因開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，以調(diào)節(jié) QT12 的表達(dá)和耐熱性。高溫削弱了 NF-YB9/NF-YC10 與 NF-YA8 的相互作用，解除了對(duì) QT12 的抑制，從而引發(fā)品質(zhì)下降。而 QT12 的低表達(dá)賦予了水稻更優(yōu)的品質(zhì)，并在大規(guī)模高溫試驗(yàn)中使優(yōu)質(zhì)水稻產(chǎn)量提高 1.31-1.93 倍。這項(xiàng)研究為水稻田間耐熱性提供了機(jī)制上的見(jiàn)解，并提供了一個(gè)概念驗(yàn)證育種策略，以打破逆境生長(zhǎng)和產(chǎn)量質(zhì)量之間的權(quán)衡。

https://www.science.org/content/article/breakthrough-2025

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