《科學(xué)》雜志評(píng)出2024年度十大科學(xué)突破

「編者按」

在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，我們追求的不僅是知識(shí)的積累，更重要的是對(duì)科學(xué)精神的深刻理解以及對(duì)探索未知的無(wú)限熱情。讓我們一起在科學(xué)的世界里，遇見(jiàn)更廣闊的天地，遇見(jiàn)更深刻的自己。

近日，美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站公布了2024年度十大科學(xué)突破評(píng)選結(jié)果。其中，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最古老的多細(xì)胞真核生物化石榮登榜單。這十大突破如下。

最早多細(xì)胞真核生物“現(xiàn)身”

今年1月，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎團(tuán)隊(duì)在華北燕山地區(qū)16.3億年前地層中發(fā)現(xiàn)迄今最早多細(xì)胞真核生物化石。這一發(fā)現(xiàn)將多細(xì)胞真核生物出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)一步提前了7000萬(wàn)年。

這些保存精美細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微體化石被認(rèn)為是迄今全球發(fā)現(xiàn)最早的多細(xì)胞真核生物化石記錄。這是繼2016年在燕山地區(qū)發(fā)現(xiàn)15.6億年前全球最早的宏體多細(xì)胞真核生物化石之后，該團(tuán)隊(duì)在早期生命演化領(lǐng)域中的又一項(xiàng)重要突破，將多細(xì)胞真核生物出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)一步提前了7000萬(wàn)年。該成果1月24日在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）發(fā)表。

當(dāng)今地球上我們熟知的所有復(fù)雜生命，包括形態(tài)各異的動(dòng)物、陸生植物、真菌和宏體藻類都是多細(xì)胞真核生物，因此真核生物的多細(xì)胞化是生命向復(fù)雜化和大型化演化的必備條件，被認(rèn)為是生命演化史上的重大關(guān)鍵事件之一。然而，真核生物最早何時(shí)發(fā)生多細(xì)胞化？多細(xì)胞真核生物何時(shí)在地球上開(kāi)始出現(xiàn)？截至目前，學(xué)界對(duì)這一重大科學(xué)問(wèn)題并無(wú)明確的答案和證據(jù)。

已知化石證據(jù)表明，簡(jiǎn)單的微體多細(xì)胞真核生物在距今10億年左右的地層中已經(jīng)出現(xiàn)，并開(kāi)始多樣化，包括紅藻、綠藻和真菌化石等。而在更古老地層中曾經(jīng)報(bào)道過(guò)的“多細(xì)胞真核化石”，因缺乏可靠的生物學(xué)證據(jù)（如多細(xì)胞結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形態(tài)），它們的多細(xì)胞特征和真核生物屬性均存在很大的不確定性，受到普遍懷疑。

2016年，朱茂炎團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心研究員朱士興等國(guó)內(nèi)外同行，在《自然通訊》（Nature Communications）上報(bào)道了燕山地區(qū)15.6億年前的宏體多細(xì)胞真核生物化石的發(fā)現(xiàn)（Zhu et al., 2016）。這一發(fā)現(xiàn)突破了學(xué)界以往的認(rèn)知，不僅將地球上大型多細(xì)胞真核生物的出現(xiàn)時(shí)間從以前認(rèn)為的6億年前提前了將近10億年，并由此推斷真核生物發(fā)生多細(xì)胞化的時(shí)間應(yīng)該更早。

為了論證這一推斷，團(tuán)隊(duì)成員苗蘭云自在燕山地區(qū)早于16億年前的古元古代晚期“長(zhǎng)城系”地層中尋找多細(xì)胞真核化石。在長(zhǎng)達(dá)近8年的時(shí)間內(nèi)，對(duì)燕山地區(qū)多個(gè)剖面點(diǎn)上采集了數(shù)百件長(zhǎng)城系頁(yè)巖樣品。通過(guò)氫氟酸和鹽酸等實(shí)驗(yàn)處理，獲得大量微體化石標(biāo)本。在發(fā)現(xiàn)大量多種類型單細(xì)胞真核生物化石的同時(shí)，最終在河北省寬城縣翁家莊剖面長(zhǎng)城系串嶺溝組上部，發(fā)現(xiàn)了微體多細(xì)胞真核生物化石。含本次報(bào)道化石的地層頂部曾報(bào)道有一層火山凝灰?guī)r，其中的鋯石鈾鉛同位素定年結(jié)果為16.35億年，為新發(fā)現(xiàn)的化石提供了直接的年齡約束。

一針管半年的艾滋病預(yù)防藥問(wèn)世

艾滋病是由人類免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的疾病。一種名為來(lái)那卡帕韋（即Lenacapavir）的注射藥物，每次注射可保護(hù)人體長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。6月，一項(xiàng)針對(duì)非洲青少年女性和年輕女性的大型有效性試驗(yàn)報(bào)告稱，這種注射藥物將HIV感染率降至零，有效性高達(dá)驚人的100%。

地?！熬蘩恕蓖苿?dòng)大陸高地崛起

長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家們一直認(rèn)為懸崖和高原是兩種截然不同的地質(zhì)現(xiàn)象，分別由不同的過(guò)程驅(qū)動(dòng)。但今年英國(guó)南安普頓大學(xué)地球科學(xué)家的一項(xiàng)研究表明，陡峭的懸崖和高原是由大陸分離時(shí)在地球中層引發(fā)的同一“巨浪”造成的。當(dāng)構(gòu)造板塊斷裂時(shí)，會(huì)在地球深處引發(fā)強(qiáng)大而緩慢的地幔波，進(jìn)而導(dǎo)致大陸表面上升一千米以上。

第三種磁性材料發(fā)現(xiàn)

鐵磁性和反鐵磁性一直被認(rèn)為是材料的兩種主要磁序。2019年，研究人員預(yù)測(cè)，第三種磁性類型，即交變磁性，能兼具鐵磁性和反鐵磁性兩者的特性。今年，多個(gè)研究小組證明了存在這一磁性材料。而擁有該特性的交變磁體未來(lái)可用于制造自旋電子計(jì)算機(jī)。

“星艦”實(shí)現(xiàn)“筷子夾火箭”

10月13日，SpaceX“星艦”第五次試飛成功。升空7分鐘后，其助推器在降落時(shí)由發(fā)射塔上被稱作“筷子”的機(jī)械臂“夾住”，首次實(shí)現(xiàn)了在半空中捕獲回收。這一壯舉是SpaceX向完全可重復(fù)使用火箭系統(tǒng)邁進(jìn)的重要里程碑。

藻類固氮“神器”首次發(fā)現(xiàn)

教科書告訴我們，生物固氮只發(fā)生于細(xì)菌和古菌中。而今年4月，美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)了第一種固氮真核生物，其通過(guò)一種名為“硝基質(zhì)體”（Nitroplast）的新型細(xì)胞器來(lái)固定氮?dú)?，這顛覆了以往真核生物（如動(dòng)植物）無(wú)法直接從大氣中固定氮?dú)獾恼J(rèn)知。

靶向農(nóng)作物害蟲的RNAi殺蟲劑上市

今年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)可噴灑RNAi生物農(nóng)藥Calantha上市，專門用于防治馬鈴薯頭號(hào)害蟲——馬鈴薯甲蟲。這種新的、精確的方法將比現(xiàn)有的化學(xué)物質(zhì)更安全。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡探索宇宙黎明

自2022年詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡“睜眼”以來(lái)，其觀測(cè)到的宇宙黎明時(shí)期星系數(shù)量遠(yuǎn)超預(yù)期。今年，對(duì)這些星系古老光線的詳細(xì)研究進(jìn)一步揭示了其背后的原因。

古代DNA揭示千年前家族關(guān)系

今年，利用從古代骨骼和牙齒中提取的DNA，一系列研究為數(shù)千年前的家庭重建了“家族樹(shù)”，為人們提供了有關(guān)遠(yuǎn)古時(shí)期人口遷徙和親屬關(guān)系等新見(jiàn)解。

CART療法用于自身免疫性疾病

今年，一系列新的臨床試驗(yàn)測(cè)試了CART療法在自身免疫性疾病中對(duì)抗B細(xì)胞的能力。例如，2月，德國(guó)研究人員報(bào)告，15名接受CART療法的嚴(yán)重自身免疫性疾病患者在中位隨訪15個(gè)月的時(shí)間內(nèi)（最短隨訪時(shí)間為4個(gè)月，最長(zhǎng)為29個(gè)月），疾病均得到緩解或癥狀大幅減輕，并已停止使用所有免疫抑制劑和抗炎藥物。

轉(zhuǎn)自：北京科協(xié)

來(lái)源： 西城科普進(jìn)行時(shí)