上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
每年，《科學》（Science）雜志都會評選出年度十大科學突破，包括一項科學突破冠軍獎以及九項科學突破入圍獎。它們代表了一年中最重大的科學發現、科學進展和趨勢。
2025 年 12 月 18 日，Science揭曉了 2025 年度的十大科學突破榜單。其中有 4 項科學突破來自中國——可再生能源的迅猛發展、揭開“龍人”頭骨之謎、異種器官移植、耐高溫水稻。尤其是中國在可再生能源領域的貢獻，成為 2025 年度十大科學突破之首。
中國推動可再生能源迅猛發展
自工業革命以來，人類社會一直依靠著數億年前植物捕獲并儲存在化石燃料中的“古老的太陽能”，通過挖掘和鉆探從地下獲取這些能源。但今年，勢頭明顯轉向了“今天的太陽能”。可再生能源，其中大部分來自陽光本身或由太陽驅動的風能，在多個方面超越了傳統能源。
今年，全球范圍內可再生能源的發電量已超過煤炭，據統計，今年 1 月至 6 月，太陽能和風能的增長速度足以覆蓋全球電力使用量的全部增長。今年 9 月，中國宣布將在十年內將碳排放量減少多達 10%，者不是通過減少能源使用，而是通過加倍發展風能和太陽能來實現。非洲和南亞的太陽能電池板進口量大幅增長，因為這些地區的民眾意識到屋頂太陽能可以廉價地為照明、手機和風扇供電。對許多人來說，可再生能源的持續增長如今似乎勢不可擋——這一前景促使《科學》（Science）雜志將可再生能源的迅猛發展評為 2025 年度科學突破。
如今，中國向綠色能源的轉型規模讓其他任何國家相形見絀，一系列驚人的數據足以證明，僅在 2024 年，中國新增的太陽能和風能發電量就相當于約 100 座核電站的發電量，而且今年年初以來，這一速度還在加快。數十條新的特高壓輸電線路正在從西部沙漠地區（太陽能的主要產地）向東部城市延伸數千公里，將清潔能源輸送到用電地區。數以百萬計的電動汽車和縱橫交錯的高速電動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 公里的城市之間運送完畢。
如今，中國繁忙港口的集裝箱里裝滿了新商品：電動汽車、太陽能電池板、風力渦輪機葉片。在打造自身綠色能源體系的過程中，中國還催生了一個價值近 1800 億美元的出口產業，讓世界其他大部分地區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“中國引領可再生能源跨越式發展”選為的2025 年振奮人心的七大科學突破。
定制化基因編輯療法治療超級罕見病
KJ Muldoon，是一名罕見遺傳病患兒，他在出生幾天后就被診斷出患有嚴重的氨甲酰磷酸合成酶-1（CPS1）缺乏癥，這是一種罕見且嚴重的遺傳疾病（在新生兒中發病率為 130 萬分之一），是最嚴重的尿素循環障礙疾病。
為了挽救他的生命，研究團隊為他定制了一款脂質納米顆粒（LNP）遞送的堿基編輯療法——kayjayguran abengcemeran（k-abe），整個過程僅僅花費了六個月時間。在六個月大時，他接受了這款堿基編輯療法的治療，在經過 307 天的住院治療，KJ 得以回家，他的疾病似乎得到了治愈。
對抗性傳播疾病的新武器
淋病是一種全球性的健康威脅，每年影響數千萬人，并可導致嚴重的并發癥。然而，現有療法（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》發表了兩款針對淋病的新藥—— gepotidacin 和 zoliflodacin 的 3 期臨床試驗結果。前者由 GSK 公司開發，后者由 Innoviva 公司開發，這兩款新型抗生素類藥物已于近日獲得美國 FDA 批準上市，這也是近幾十年來獲批的對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。當然，淋病奈瑟菌非常“狡猾”，不斷產生耐藥性，這些新藥的“有效期”可能也有限，這也意味著研發新型抗生素的努力必須持續下去。
神經元對癌癥的致命饋贈
長期以來，科學家們都知道癌細胞會利用神經系統來促進其生長。今年 6 月份，南阿拉巴馬大學和德克薩斯大學健康科學中心的研究人員合作，在Nature期刊發表論文，發現神經元與癌細胞之間會建立一種超細管道——隧道納米管，將自身的線粒體“捐贈”給癌細胞，這些線粒體增強了癌細胞轉移過程中穿越血管時抵御壓力的能力，從而幫助癌細胞的轉移和擴散。
這項開創性研究揭示了癌癥轉移中的一種新的生物學信號軸——神經-癌細胞線粒體通道，為研究癌癥進展提供了一個以細胞器為中心的視角，并為治療創新提供了新的靶點，有望利用神經生理學來阻斷癌癥的代謝支持系統，從而開辟癌癥治療新前沿。
天空中的全視之眼
今年，一座旨在革新天文學研究方式的革命性巡天望遠鏡——維拉·魯賓天文臺在智利落成。其核心突破在于——
革命性的工作模式：不同于傳統望遠鏡聚焦于特定目標，魯賓天文臺將以每 3 天一次的頻率，持續 10 年地對整個可見天空進行無間斷掃描，生成前所未有的詳細圖像。
前所未有的數據量：它將收集比歷史上所有光學望遠鏡總和還要多的數據，構建最詳盡的宇宙 3D 地圖，每晚將產生數百萬個天體變化警報。
開創性的技術：為實現這一目標，它配備了能覆蓋 45 個滿月大小視場的復雜光學系統和一臺能瞬間生成 3200 兆像素圖像的汽車般大小的相機。
該天文臺將廣泛的科學影響，這場“數據洪流”將徹底改變多個天文學領域——太陽系（可能發現“第九行星”，并極大增加已知小天體數量）、動態宇宙（實時觀測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和暗能量這兩個宇宙最大謎團，從而揭開宇宙的本質。總之，魯賓天文臺不僅是一個工程壯舉，更被寄予厚望成為一個持續產出突破性發現的“工廠”。
揭開“龍人”頭骨之謎
2025 年 6 月，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹團隊與河北地質大學季強團隊及古 DNA 技術先驅、2022 年諾貝爾生理學或醫學獎得主Svante P??bo教授合作，在Cell發表論文，通過古 DNA 技術為“龍人”的群體歸屬以及丹尼索瓦人的較完整形態提供了關鍵線索。
該研究首次成功從“龍人”頭骨（發現于 1933 年）的牙結石中獲取到古老型人類古 DNA。這是自丹尼索瓦人發現 15 年以來，首次用遺傳學證據將較完整的頭骨形態與丹尼索瓦人關聯起來，為丹尼索瓦人的研究提供了關鍵線索，加深了我們對東亞古人類多樣性及其演化歷史的理解。同時，從牙結石中成功提取宿主古 DNA 更為中更新世人類遺傳學研究開創了新途徑。
大語言模型助力科學研究
2020 年，谷歌旗下公司 DeepMind 發布了蛋白質結構預測工具 AlphaFold2，顛覆了人們對人工智能（AI）在科學領域所能達成成就的預期。它被《科學》（Science）雜志評為 2021 年度科學突破，并榮獲了 2024 年諾貝爾化學獎的。但當時幾乎沒人想到，大語言模型（LLM）會取得如此快速的進步。
在今年，大語言模型（LLM）在眾多科學領域展現出了“博士級”的卓越能力的專業能力，其影響遠超預期。在數學領域，DeepMind 的 Gemini 模型在被譽為最難高中數學競賽的國際數學奧林匹克競賽中獲得金牌，這一成就比預期提前了近 20 年。OpenAI 的 GPT-5 則在組合數論和圖論中解決了困擾數學家數十年的難題。在化學領域，微調后的 LLM 僅用 15 次實驗就為一種未知的復雜反應找到了最佳條件，省去了數百次耗時數周的實驗。在生命科學領域，AI 科學家在 2 天內就發現了肝纖維化的潛在藥物并復現了一項原本耗時數年才得出的科學發現，極大提升了研究效率。
這些突破引發了“AI for Science”的淘金熱，科技巨頭和投資者向相關初創公司投入了巨額資金。如今，LLM 已從文本生成工具演變為強大的科研助手乃至創新者。隨著 AI 開始自我迭代，其科學潛力邊界正變得難以預測，標志著科學研究范式可能迎來根本性變革。
計算的勝利助力解開粒子之謎
數十年來，粒子物理學家一直渴望找到現有理論——標準模型——無法解釋的現象。今年 6 月，一個長期實驗宣布，與先前聲稱相反，μ 粒子的磁性并未超出標準模型的預測，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重大突破：理論家們終于能夠通過一種名為格點規范理論的技術，從頭開始精確計算出 μ 粒子的磁性。
μ 粒子是電子的重而不穩定的“近親”。其磁性會因量子不確定性產生的虛粒子在 μ 粒子周圍真空中漲落而獲得微小增強，記為 g-2。如果這些“虛粒子”包含標準模型之外的新粒子，μ 粒子的磁性就可能與理論預測存在差異。自 2001 年起，美國Muon g-2 實驗曾暗示 μ 粒子的磁性比預測強約十億分之四。但精確預測這一數值始終困難重重。其中，夸克和膠子通過強相互作用帶來的貢獻尤其難以計算，因其數學處理極為復雜。2020 年，“Muon g-2 理論倡議”組織曾通過粒子對撞機數據外推估算虛夸克和膠子的貢獻，但最佳可用數據仍存在不一致性。
理論家另辟蹊徑，運用超級計算機和格點規范理論，將連續時空離散化為四維點陣，從而從頭計算夸克和膠子的貢獻。隨著計算能力的大幅提升和技術的多項突破，近年來的格點計算已達到與數據驅動方法相媲美的精度。今年 5 月，理論倡議組織放棄數據驅動方法，轉而采用格點方法更新了預測值。新結果比先前預測更高，并與隨后公布的 Muon g-2 最終測量值一致。這一致性標志著格點規范理論的成功——即便它同時抹去了一種新物理存在的可能線索。
異種移植不斷創造歷史
經過數十年挫折，利用基因編輯豬為人體提供移植器官的異種移植領域，在今年取得了里程碑式的進展。關鍵突破體現在移植器官存活時間被顯著延長。
一名美國男子移植了擁有 69 處基因修飾的豬腎臟后，該腎臟在他體內正常工作了近 9 個月，接近歷史上異種移植的最長紀錄。一名中國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間。
這些成功使異種移植終于從幾十年來常被過度宣傳的概念，切實地向解決人類器官短缺問題的可行方案邁進了一大步。
耐高溫水稻
2025 年 4 月，華中農業大學李一博教授團隊在Cell期刊發表論文，該研究發現了水稻中的一種天然基因開關系統，賦予了其田間熱耐受性，從而提升了水稻的品質和產量。
研究團隊鑒定出一個水稻主效基因位點——QT12，它通過過度激活未折疊蛋白反應（UPR）破壞胚乳儲存物質的穩態，從而負向調控稻米品質的田間熱耐受性。
QT12的天然變異和 NF-Y 復合體形成了一種天然的基因開關系統，以調節
QT12的表達和耐熱性。高溫削弱了 NF-YB9/NF-YC10 與 NF-YA8 的相互作用，解除了對
QT12的抑制，從而引發品質下降。 而
QT12的低表達賦予了水稻更優的品質，并在大規模高溫試驗中使優質水稻產量提高 1.31-1.93 倍。 這項研究為水稻田間耐熱性提供了機制上的見解， 并提供了一個概念驗證育種策略，以打破逆境生長和產量質量之間的權衡。
https://www.science.org/content/article/breakthrough-2025
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