Science发布2025十大科学突破

　　《科学》（Science）杂志揭晓2025年度十大科学突破榜单，带来一年中最重大的科学发现、可续进展和趋势：

　　· 势不可挡的可再生能源

　　· 定制化基因编辑为极罕见疾病带来新希望

　　· 对抗性传播疾病的新武器

　　· 神经元对癌症的致命“馈赠”

　　· 天空中的全视之眼

　　· 揭开“龙人”头骨之谜

　　· 大语言模型助力科学研究

　　· 计算的突破助力揭示粒子物理新进展

　　· 异种移植不断创造历史

　　· 耐高温水稻

　　每年，《科学》（Science）杂志都会评选出年度十大科学突破，包括一项科学突破冠军奖以及九项科学突破入围奖。它们代表了一年中最重大的科学发现、科学进展和趋势。

　　2025年12月18日，《科学》揭晓了2025年度十大科学突破榜单：

　　势不可挡的可再生能源

　　自工业革命以来，人类社会一直依赖于来自“远古的太阳能”——这些能量由数亿年前的植物捕获，储存在化石燃料中，并从地下挖掘和钻取而来。但今年，势头已明确转向来自“今天的太阳”的能源。可再生能源——其中大部分来自阳光本身或最终由太阳驱动的风能——已在多个方面超越了传统能源。

　　《科学》杂志指出，今年以来，全球可再生能源以太阳能和风能为主快速增长，其新增发电量已覆盖上半年全球新增用电，并在总量上超过化石能源。中国是推动这一转型的关键力量，通过大规模发展太阳能电池板、风力发电机和锂电池储能系统，巩固了全球领先地位。同时，依托中国低成本制造，小型屋顶光伏系统在全球快速普及，为欧洲、南亚等全球的数百万家庭提供可靠、经济的能源保障。

　　对许多人来说，可再生能源的持续增长如今似乎势不可挡——这一前景促使《科学》杂志将可再生能源的迅猛发展评为2025年度科学突破。

　　值得一提的是，《自然》（Nature）期刊也将“中国引领可再生能源跨越式发展”评选为2025年振奋人心的七大科学突破。

　　在中国安徽，太阳能电池板如铠甲般覆盖着整片山坡

　　KJ Muldoon，是一名罕见遗传病患儿，他在出生几天后就被诊断出患有严重的氨甲酰磷酸合成酶-1（CPS1）缺乏症，这是一种罕见且严重的遗传疾病（在新生儿中发病率为130万分之一），是最严重的尿素循环障碍疾病。

　　为了挽救他的生命，研究团队为他定制了一款脂质纳米颗粒（LNP）递送的碱基编辑疗法——kayjayguran abengcemeran（k-abe），整个过程仅仅花费了六个月时间。在六个月大时，他接受了这款碱基编辑疗法的治疗，在经过307天的住院治疗，KJ得以回家，他的疾病似乎得到了治愈。

　　KJ Muldoon

　　对抗性传播疾病的新武器

　　淋病是一种全球性的健康威胁，每年影响数千万人，并可导致严重的并发症。然而，现有疗法（特别是头孢菌素类抗生素）因淋病奈瑟菌的耐药性而逐渐失效。

　　2025年，《柳叶刀》发表了两款针对淋病的新药——gepotidacin和zoliflodacin的3期临床试验结果。前者由GSK公司开发，后者由Innoviva公司开发，这两款新型抗生素类药物已于近日获得美国FDA批准上市，这也是近几十年来获批的对抗淋病传播的新武器。此外，这两种新药均为口服形式，比目前最常用的需要注射的头孢菌素抗生素更方便。当然，淋病奈瑟菌非常“狡猾”，不断产生耐药性，这些新药的“有效期”可能也有限，这也意味着研发新型抗生素的努力必须持续下去。

　　导致淋病的独特淋病双球菌，已对几乎所有抗生素产生耐药性

　　长期以来，科学家们都知道癌细胞会利用神经系统来促进其生长。今年6月份，南阿拉巴马大学和德克萨斯大学健康科学中心的研究人员合作，在Nature期刊发表论文，发现神经元与癌细胞之间会建立一种超细管道——隧道纳米管，将自身的线粒体“捐赠”给癌细胞，这些线粒体增强了癌细胞转移过程中穿越血管时抵御压力的能力，从而帮助癌细胞的转移和扩散。

　　这项开创性研究揭示了癌症转移中的一种新的生物学信号轴——神经-癌细胞线粒体通道，为研究癌症进展提供了一个以细胞器为中心的视角，并为治疗创新提供了新的靶点，有望利用神经生理学来阻断癌症的代谢支持系统，从而开辟癌症治疗新前沿。

　　线粒体（绿色）从神经元（蓝色）移动至相邻的癌细胞（红色），可能促进癌转移

　　天空中的全视之眼

　　今年，一座旨在革新天文学研究方式的革命性巡天望远镜——维拉·鲁宾天文台在智利落成。其核心突破在于——

　　革命性的工作模式：不同于传统望远镜聚焦于特定目标，鲁宾天文台将以每3天一次的频率，持续10年地对整个可见天空进行无间断扫描，生成前所未有的详细图像。

　　前所未有的数据量：它将收集比历史上所有光学望远镜总和还要多的数据，构建最详尽的宇宙3D地图，每晚将产生数百万个天体变化警报。

　　开创性的技术：为实现这一目标，它配备了能覆盖45个满月大小视场的复杂光学系统和一台能瞬间生成3200兆像素图像的汽车般大小的相机。

　　该天文台将广泛的科学影响，这场“数据洪流”将彻底改变多个天文学领域——太阳系（可能发现“第九行星”，并极大增加已知小天体数量）、动态宇宙（实时观测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），以及帮助研究暗物质和暗能量这两个宇宙最大谜团，从而揭开宇宙的本质。总之，鲁宾天文台不仅是一个工程壮举，更被寄予厚望成为一个持续产出突破性发现的“工厂”。

　　维拉·鲁宾天文台

　　揭开“龙人”头骨之谜

　　2025年6月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队与河北地质大学季强团队及古DNA技术先驱、2022年诺贝尔生理学或医学奖得主Svante Pääbo教授合作，在Cell发表论文，通过古DNA技术为“龙人”的群体归属以及丹尼索瓦人的较完整形态提供了关键线索。

　　该研究首次成功从“龙人”头骨（发现于1933年）的牙结石中获取到古老型人类古DNA。这是自丹尼索瓦人发现15年以来，首次用遗传学证据将较完整的头骨形态与丹尼索瓦人关联起来，为丹尼索瓦人的研究提供了关键线索，加深了我们对东亚古人类多样性及其演化历史的理解。同时，从牙结石中成功提取宿主古DNA，更为人类遗传学研究开创了新途径。

　　大语言模型助力科学研究

　　2020年，谷歌旗下公司DeepMind发布了蛋白质结构预测工具AlphaFold2，颠覆了人们对人工智能（AI）在科学领域所能达成成就的预期。它被《科学》杂志评为2021年度科学突破，并荣获了2024年诺贝尔化学奖。但当时几乎没人想到，大语言模型（LLM）会取得如此快速的进步。

　　在今年，大语言模型（LLM）在众多科学领域展现出了“博士级”的卓越能力的专业能力，其影响远超预期。在数学领域，DeepMind的Gemini模型在被誉为最难高中数学竞赛的国际数学奥林匹克竞赛中获得金牌，这一成就比预期提前了近20年。OpenAI的GPT-5则在组合数论和图论中解决了困扰数学家数十年的难题。在化学领域，微调后的LLM仅用15次实验就为一种未知的复杂反应找到了最佳条件，省去了数百次耗时数周的实验。在生命科学领域，AI科学家在2天内就发现了肝纤维化的潜在药物并复现了一项原本耗时数年才得出的科学发现，极大提升了研究效率。

　　这些突破引发了“AI for Science”的淘金热，科技巨头和投资者向相关初创公司投入了巨额资金。如今，LLM已从文本生成工具演变为强大的科研助手乃至创新者。随着AI开始自我迭代，其科学潜力边界正变得难以预测，标志着科学研究范式可能迎来根本性变革。

　　计算的突破助力揭示粒子物理新进展

　　数十年来，粒子物理学家一直渴望找到现有理论——标准模型——无法解释的现象。今年6月，一个长期实验宣布，与先前声称相反，μ粒子的磁性并未超出标准模型的预测，这使得最引人瞩目的新物理迹象之一就此消失。然而，失望背后隐藏着一项重大突破：理论家们终于能够通过一种名为格点规范理论的技术，从头开始精确计算出μ粒子的磁性。

　　μ粒子是电子的重而不稳定的“近亲”。其磁性会因量子不确定性产生的虚粒子在μ粒子周围真空中涨落而获得微小增强，记为g-2。如果这些“虚粒子”包含标准模型之外的新粒子，μ粒子的磁性就可能与理论预测存在差异。自2001年起，美国Muon g-2实验曾暗示μ粒子的磁性比预测强约十亿分之四。但精确预测这一数值始终困难重重。其中，夸克和胶子通过强相互作用带来的贡献尤其难以计算，因其数学处理极为复杂。2020年，“Muon g-2理论倡议”组织曾通过粒子对撞机数据外推估算虚夸克和胶子的贡献，但最佳可用数据仍存在不一致性。

　　理论家另辟蹊径，运用超级计算机和格点规范理论，将连续时空离散化为四维点阵，从而从头计算夸克和胶子的贡献。随着计算能力的大幅提升和技术的多项突破，近年来的格点计算已达到与数据驱动方法相媲美的精度。今年5月，理论倡议组织放弃数据驱动方法，转而采用格点方法更新了预测值。新结果比先前预测更高，并与随后公布的Muon g-2最终测量值一致。这一致性标志着格点规范理论的成功——即便它同时抹去了一种新物理存在的可能线索。

　　μ粒子g-2实验于2023年在费米实验室完成了最后一次数据采集

　　经过数十年挫折，利用基因编辑猪为人体提供移植器官的异种移植领域，在今年取得了里程碑式的进展。关键突破体现在移植器官存活时间被显著延长。

　　一名美国男子移植了拥有69处基因修饰的猪肾脏后，该肾脏在他体内正常工作了近9个月，接近历史上异种移植的最长纪录。一名中国女性患者在移植了仅6处基因修饰的猪肾脏，也取得了相近的存活时间。

　　这些成功使异种移植终于从几十年来常被过度宣传的概念，切实地向解决人类器官短缺问题的可行方案迈进了一大步。

　　一名外科医生手持一颗准备移植到人体内的基因编辑猪肾

　　2025年4月，华中农业大学李一博教授团队在Cell期刊发表论文，该研究发现了水稻中的一种天然基因开关系统，赋予了其田间热耐受性，从而提升了水稻的品质和产量。

　　研究团队鉴定出一个水稻主效基因位点——QT12，它通过过度激活未折叠蛋白反应（UPR）破坏胚乳储存物质的稳态，从而负向调控稻米品质的田间热耐受性。

　　QT12的天然变异和NF-Y复合体形成了一种天然的基因开关系统，以调节QT12的表达和耐热性。高温削弱了NF-YB9/NF-YC10与NF-YA8的相互作用，解除了对QT12的抑制，从而引发品质下降。而QT12的低表达赋予了水稻更优的品质，并在大规模高温试验中使优质水稻产量提高1.31-1.93倍。这项研究为水稻田间耐热性提供了机制上的见解，并提供了一个概念验证育种策略，以打破逆境生长和产量质量之间的权衡。