引言：在即将过去的 2024 年，科学界宛如一幅波澜壮阔的画卷，既有振奋人心的重大突破，也有令人深思的挫折与困境。让我们一同回顾这一年科学领域的那些关键事件，感受科学发展的脉搏。北京时间13日，美国《科学》杂志网站公布了2024年度十大科学突破评选结果及年度挫折。其中，中国科学家发现迄今最古老的多细胞真核生物化石荣登榜单。

 

 

2024年年度十大科学突破

 

科学突破之首：长效HIV预防针剂

在抗击艾滋病的征程中，Lenacapavir 无疑是一颗耀眼的新星。临床试验数据令人瞩目，其独特的作用机制，通过精准地与 HIV 的衣壳蛋白结合，成功阻止病毒进入细胞核，为全球抗击艾滋病带来了全新的希望。这不仅是医学领域的重大胜利，更是人类在与病毒长期斗争中的关键转折点，有望大幅降低全球艾滋病的感染率，为无数生命筑起坚固的防护墙。

 

长效抗 HIV 注射药物 Lenacapavir重大成果：

每次注射可保护人体长达6个月，临床试验中对特定人群预防 HIV 感染效果显著，如在非洲青非洲9% 有效。

药物作用机制独特，通过与 HIV 的衣壳蛋白结合，阻止病毒进入细胞核，且对新生成的衣壳亚单位有影响。

对未来的意义

为抗击 HIV 带来新希望，有望大幅降低全球感染率。基于对 HIV 衣壳蛋白结构和功能的新理解研发，为开发针对其他病毒的衣壳抑制剂提供可能。

药物lenacapavir（黄色）与HIV的衣壳蛋白结合，防止衣壳锥穿过孔进入人体细胞核，如来源https://www.science.org/content/article/breakthrough-2024

 

CAR-T疗法用于自身免疫性疾病

CAR-T 疗法的应用范围不断拓展，从癌症治疗迈向自身免疫性疾病领域，为狼疮、硬皮病、多发性硬化症等患者带来了新的曙光。通过对患者自身 T 细胞的基因工程改造，使其能够精准攻击免疫系统中的 B 细胞，部分狼疮患者甚至实现了无药缓解的惊人效果。这一突破打破了传统治疗的局限，为那些长期受自身免疫性疾病困扰的患者提供了更有效的治疗选择，开启了医学治疗的新篇章。

 

治疗原理与成果:

 

从患者白细胞中分离 T 细胞，经基因工程改造后回输，攻击免疫系统中的 B 细胞。

 

在治疗狼疮、硬皮病、多发性硬化症等疾病中取得显著改善，部分狼疮患者实现无药缓解。

 

研究意义:为自身免疫性疾病治疗开辟新途径，有望改善现有药物疗效不佳、副作用大的状况。

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T，粉红色）接近并破坏B细胞。今年，CAR-T疗法在对抗狼疮等自身免疫疾病方面跨出了一大步

 

詹姆斯韦伯空间望远镜探测宇宙起源

詹姆斯・韦伯太空望远镜（JWST）犹如一台时光回溯机，带领我们窥探宇宙早期的奥秘。它观测到宇宙早期存在比预期多出约 1000 倍的明亮星系，这些星系的光谱分析结果揭示了大量气体、尘埃和重元素的存在，暗示着可能有巨大恒星的快速生长以及大质量黑洞的隐匿其中。这一发现如同一颗重磅炸弹，冲击着现有的星系演化理论，促使科学家们重新审视宇宙早期的形成和演化过程，为我们理解宇宙的起源和发展提供了全新的视角。

 

重大发现: 

观测到宇宙早期比预期更多的明亮星系，其数量约为预期的 1000 倍。光谱分析表明早期星系含有大量气体、尘埃和重元素，可能存在巨大恒星快速生长和大质量黑洞。

 

意义：挑战现有星系演化理论，促使重新思考宇宙早期的形成和演化过程。

 

被遥远的早期星群红光笼罩——JWST最早的图像之一

 

RNA干扰技术应用在农药杀虫剂

美国环保署批准的首款基于 RNA 干扰的农药喷雾，为农业害虫防治带来了革命性的变化。针对科罗拉多马铃薯甲虫的特定基因，幼虫食用喷药叶片后短短数天内便会死亡。这项技术巧妙地利用了自然的 RNA 干扰机制，精准地打击害虫，与传统杀虫剂相比，具有更高的安全性，能够有效减少对非靶标物种的伤害，为可持续农业发展开辟了新的道路。

 

技术突破:

美国环保署批准首款基于 RNA 干扰的农药喷雾，针对科罗拉多马铃薯甲虫的特定基因，幼虫食用喷药叶片后数天内死亡。该技术利用自然的 RNA 干扰机制，具有精准性。

 

研究意义:相比传统杀虫剂更具安全性，可减少对非靶标物种的伤害，有望应用于多种害虫防治。

 

与目前的商业杀虫剂不同，基于RNA干扰的杀虫剂针对特定的害虫。

 

固氮新细胞器的发现

在海洋藻类中发现的 nitroplast 细胞器，是生命科学领域的又一重大发现。它源于海洋藻类与固氮蓝藻的共生演化，大约在 1 亿年前形成，具有独特的固氮能力。这一发现打破了我们对真核生物氮固定能力的传统认知，为未来培育具有自肥能力的作物提供了宝贵的线索，有望在农业生产中减少对化肥的依赖，实现绿色、高效的农业发展目标。

 

发现过程与特性:

在海洋藻类中发现能固定氮的 nitroplast 细胞器，由海洋藻类与固氮蓝藻共生演化而来，约 1 亿年前形成。研究其在细胞内的形成机制，发现硅藻中的固氮结构代表更早的演化阶段。

 

研究意义:

 

改变对真核生物氮固定能力的认知，为未来培育具有自肥能力的作物提供线索。

 

在海藻Braarudosphaera bigelowii中发现了一种新的细胞器，即硝基体（圆形物体，右下角）

 

一种新磁性材料的发现

 

altermagnet 这种兼具铁磁体和反铁磁体特性的新型磁性材料，为电子学领域注入了新的活力。其独特的原子尺度结构和特殊的费米面结构，打破了时间反演对称性，为超快磁性开关等应用提供了全新的材料基础。这一发现将推动电子设备向更小型化、高效化、快速化的方向发展，有望在未来的信息技术革命中发挥关键作用。

 

磁性特点:

兼具铁磁体和反铁磁体特性，相邻电子自旋相反但材料整体磁性为零，且在原子尺度结构上类似铁磁体。其费米面结构特殊，打破时间反演对称性，与传统两种磁性材料不同。

 

研究意义：为电子学中的超快磁性开关等应用提供新的材料可能。

在交错磁体中，相邻的电子自旋方向相反（颜色），但原子尺度结构中具有不同定向（形状）

 

古代真核生物的多细胞化新证据

中国发现的 16 亿年前的丝状化石，将简单多细胞真核生物的出现时间提前了 10 亿年。这些化石可能是丝状绿藻，具有特殊的生殖结构，与其他地区的类似化石共同揭示了真核生物多细胞化的早期历程。这一发现改写了我们对复杂生命演化进程的认识，为深入研究生物进化的节奏和机制提供了重要的实物依据，让我们对生命起源和发展的漫长历史有了更清晰的了解。

 

化石证据与结论:

 

中国发现的 16 亿年前的丝状化石表明简单多细胞真核生物的出现比此前认为的早 10 亿年，可能是丝状绿藻，具有特殊生殖结构。与其他地区类似化石共同显示真核生物多细胞化起步早但发展到复杂形态缓慢。

 

研究意义:

 

改写对复杂生命演化历程的认识，对理解生物进化的节奏和机制有重要意义。

 

这些微观化石的研究揭示，单细胞真核生物细胞的链接可能远早于先前的估计。

 

地幔波对大陆塑造的新认知

板块构造撕裂大陆时产生的地幔波，成为了塑造大陆形态的重要力量。它不仅解释了大陆内部高原的形成，如南非中央高原，还与金伯利岩喷发、地震活动、侵蚀以及海洋灭绝事件存在着千丝万缕的联系。这一发现完善了板块构造理论，使我们对地球内部与地表之间复杂的相互作用有了更深刻的认识，为地球科学研究开启了新的篇章。

 

研究发现:

板块构造撕裂大陆时产生的地幔波可塑造大陆形态，解释大陆内部高原形成，如南非中央高原。地幔波还与金伯利岩喷发、地震活动、侵蚀和海洋灭绝事件有关。

 

研究意义：

 

完善板块构造理论，揭示大陆与地幔之间更复杂的动态相互作用。

南非的中央高原可能就是由地幔岩石流动波推动抬升的结果。

 

SpaceX星舰“筷子”夹火箭重大进展

SpaceX 星舰在 10 月 13 日取得了里程碑式的成就，其助推器成功着陆，在超音速下落过程中精准重启发动机并实现悬停，随后被发射塔机械爪稳稳抓取。这一突破标志着太空探索进入了可重复使用的新时代，有望大幅降低太空探索的成本，为人类更加频繁、高效地开展太空科学研究和探索活动打开了大门，让浩瀚宇宙离我们更近一步。

 

技术成就:

 

10 月 13 日星舰助推器成功着陆，其在超音速下落时重启发动机并悬停，随后被发射塔机械爪抓取。星舰的可重复使用性有望大幅降低太空探索成本，开启重型火箭新时代。

 

意义：

 

使太空科学研究更具经济性，科学家可更频繁、低成本地进行太空实验，推动太空探索发展。

 

今年6月，SpaceX的巨型星际飞船火箭在美国德克萨斯州进行了一次重大飞行测试。

 

远古DNA揭示家族纽带关系

借助改进的古代 DNA 提取技术和分析方法，科学家们成功通过遗传代码片段估算个体间的亲缘关系，构建出古代家族树。结合考古信息，我们得以深入了解不同历史时期社会的亲属关系和社会组织形式，如凯尔特酋长的母系继承制等。这一成果为考古学和历史学研究提供了全新的视角，让那些沉睡在历史长河中的人物和故事重新鲜活起来，帮助我们更准确地还原古代社会的真实面貌。

 

研究方法与成果:

利用改进的古代 DNA 提取技术和分析方法，通过研究遗传代码片段估计个体间亲缘关系，构建古代家族树。结合考古信息，揭示不同历史时期社会的亲属关系和社会组织形式，如凯尔特酋长的母系继承制。

 

研究意义：为考古学和历史学研究提供新视角，深入了解古代社会结构和人类关系。

 

公元7世纪匈牙利，被埋在一匹马旁边的一名男性，现在拥有了一段家族历史。

 

2024年年度挫折:科学前行的坎坷

 

疫情防控不力

尽管经历了新冠疫情的洗礼，但全球在应对新发传染病方面仍暴露出诸多问题。H5N1 禽流感在美国爆发，然而数据收集和共享的迟缓使得疫情难以得到有效控制；猴痘在刚果（金）及周边国家再度肆虐，疫苗的供应和分配却严重不足。更为严峻的是，全球大流行条约谈判陷入僵局，各国之间的分歧难以弥合，而特朗普可能再次当选的不确定性也为全球抗疫合作蒙上了一层阴影，让人们对未来全球公共卫生安全感到担忧。

 

谈判代表未能就一项疫情协议的文本达成一致，他们原本希望在今年5月于日内瓦举行的世界卫生大会上提交该协议以获得批准。

 

科研环境受创

战争和经济困境给科学研究带来了沉重打击。俄罗斯削减民用研究经费，重大研究设施建设被迫推迟，科研人员就业岗位减少；乌克兰的众多研究设施在战火中遭受严重损毁；加沙地带的大学被以色列袭击摧毁，以色列自身也拟削减高等教育研究经费；阿根廷总统米莱的政策导致科研支出大幅削减，国家科学机构人才流失严重。这些情况严重阻碍了科学研究的正常开展，使得许多科研项目陷入停滞，无数科研人员的心血付诸东流。

 

迷幻药治疗受阻

 

MDMA 辅助心理治疗创伤后应激障碍的研究遭遇挫折，未能获得美国 FDA 的批准。研究过程中存在的缺陷，如心理治疗部分未明确定义、数据收集不规范等问题，使得这一原本充满希望的治疗方法暂时无法为患者带来福音，也为相关领域的研究敲响了警钟，提醒科研人员在开展临床试验时要更加严谨、规范。

 

药物MDMA与心理治疗的结合未能获得批准用于治疗创伤后应激障碍。

 

迷幻药治疗受阻

在全球环境问题日益严峻的背景下，环境谈判却进展不佳。联合国气候变化大会（COP 29）上，各国在减排目标、资金支持等关键问题上争论不休，发达国家对发展中国家的资金承诺虽有所增加，但仍远远无法满足实际需求；生物多样性公约会议未能就保护资金的数额和存放地点达成一致意见；全球塑料条约谈判因石油生产国抵制生产限制条款而宣告失败。这些结果令人痛心疾首，地球的生态环境正面临着前所未有的挑战，而国际社会在应对这些问题上的无力感愈发凸显。

 

在另一个遭受干旱破坏的年份里，发展中国家没有获得足够的帮助来应对气候变化。

来源：器械研发那些事

关键词： 科学突破