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《科学》杂志评出2024年度十大科学突破

百科   2024-12-16 14:48   北京  


「编者按 」
在这个信息爆炸的时代，我们追求的不仅是知识的积累，更重要的是对科学精神的深刻理解以及对探索未知的无限热情。让我们一起在科学的世界里，遇见更广阔的天地，遇见更深刻的自己。


近日，美国《科学》杂志网站公布了2024年度十大科学突破评选结果。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。这十大突破如下。


最早多细胞真核生物“现身”


今年1月，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队在华北燕山地区16.3亿年前地层中发现迄今最早多细胞真核生物化石。这一发现将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7000万年。


这些保存精美细胞结构的微体化石被认为是迄今全球发现最早的多细胞真核生物化石记录。这是继2016年在燕山地区发现15.6亿年前全球最早的宏体多细胞真核生物化石之后，该团队在早期生命演化领域中的又一项重要突破，将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7000万年。该成果1月24日在学术期刊《科学进展》（Science Advances）发表。

当今地球上我们熟知的所有复杂生命，包括形态各异的动物、陆生植物、真菌和宏体藻类都是多细胞真核生物，因此真核生物的多细胞化是生命向复杂化和大型化演化的必备条件，被认为是生命演化史上的重大关键事件之一。然而，真核生物最早何时发生多细胞化？多细胞真核生物何时在地球上开始出现？截至目前，学界对这一重大科学问题并无明确的答案和证据。

已知化石证据表明，简单的微体多细胞真核生物在距今10亿年左右的地层中已经出现，并开始多样化，包括红藻、绿藻和真菌化石等。而在更古老地层中曾经报道过的“多细胞真核化石”，因缺乏可靠的生物学证据（如多细胞结构和复杂形态），它们的多细胞特征和真核生物属性均存在很大的不确定性，受到普遍怀疑。

2016年，朱茂炎团队联合中国地质调查局天津地质调查中心研究员朱士兴等国内外同行，在《自然通讯》（Nature Communications）上报道了燕山地区15.6亿年前的宏体多细胞真核生物化石的发现（Zhu et al., 2016）。这一发现突破了学界以往的认知，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间从以前认为的6亿年前提前了将近10亿年，并由此推断真核生物发生多细胞化的时间应该更早。

为了论证这一推断，团队成员苗兰云自在燕山地区早于16亿年前的古元古代晚期“长城系”地层中寻找多细胞真核化石。在长达近8年的时间内，对燕山地区多个剖面点上采集了数百件长城系页岩样品。通过氢氟酸和盐酸等实验处理，获得大量微体化石标本。在发现大量多种类型单细胞真核生物化石的同时，最终在河北省宽城县翁家庄剖面长城系串岭沟组上部，发现了微体多细胞真核生物化石。含本次报道化石的地层顶部曾报道有一层火山凝灰岩，其中的锆石铀-铅同位素定年结果为16.35亿年，为新发现的化石提供了直接的年龄约束。


一针管半年的艾滋病预防药问世


艾滋病是由人类免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的疾病。一种名为来那卡帕韦（即Lenacapavir）的注射药物，每次注射可保护人体长达6个月。6月，一项针对非洲青少年女性和年轻女性的大型有效性试验报告称，这种注射药物将HIV感染率降至零，有效性高达惊人的100%。


地幔“巨浪”推动大陆高地崛起


长久以来，科学家们一直认为悬崖和高原是两种截然不同的地质现象，分别由不同的过程驱动。但今年英国南安普顿大学地球科学家的一项研究表明，陡峭的悬崖和高原是由大陆分离时在地球中层引发的同一“巨浪”造成的。当构造板块断裂时，会在地球深处引发强大而缓慢的地幔波，进而导致大陆表面上升一千米以上。


第三种磁性材料发现


铁磁性和反铁磁性一直被认为是材料的两种主要磁序。2019年，研究人员预测，第三种磁性类型，即交变磁性，能兼具铁磁性和反铁磁性两者的特性。今年，多个研究小组证明了存在这一磁性材料。而拥有该特性的交变磁体未来可用于制造自旋电子计算机。


“星舰”实现“筷子夹火箭”


10月13日，SpaceX“星舰”第五次试飞成功。升空7分钟后，其助推器在降落时由发射塔上被称作“筷子”的机械臂“夹住”，首次实现了在半空中捕获回收。这一壮举是SpaceX向完全可重复使用火箭系统迈进的重要里程碑。


藻类固氮“神器”首次发现


教科书告诉我们，生物固氮只发生于细菌和古菌中。而今年4月，美国研究人员发现了第一种固氮真核生物，其通过一种名为“硝基质体”（Nitroplast）的新型细胞器来固定氮气，这颠覆了以往真核生物（如动植物）无法直接从大气中固定氮气的认知。


靶向农作物害虫的RNAi杀虫剂上市


今年，美国环境保护局批准可喷洒RNAi生物农药Calantha上市，专门用于防治马铃薯头号害虫——马铃薯甲虫。这种新的、精确的方法将比现有的化学物质更安全。


詹姆斯·韦布空间望远镜探索宇宙黎明


自2022年詹姆斯·韦布空间望远镜“睁眼”以来，其观测到的宇宙黎明时期星系数量远超预期。今年，对这些星系古老光线的详细研究进一步揭示了其背后的原因。


古代DNA揭示千年前家族关系


今年，利用从古代骨骼和牙齿中提取的DNA，一系列研究为数千年前的家庭重建了“家族树”，为人们提供了有关远古时期人口迁徙和亲属关系等新见解。


CAR-T疗法用于自身免疫性疾病


今年，一系列新的临床试验测试了CAR-T疗法在自身免疫性疾病中对抗B细胞的能力。例如，2月，德国研究人员报告，15名接受CAR-T疗法的严重自身免疫性疾病患者在中位随访15个月的时间内（最短随访时间为4个月，最长为29个月），疾病均得到缓解或症状大幅减轻，并已停止使用所有免疫抑制剂和抗炎药物。


来源：北京科协
西城科普进行时
北京市西城区科协微信公众平台，传播科学思想，服务科学生活，建设科学西城，营造科技工作者、科学爱好者的共同家园。
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