2024年十大科技进步，除了AI另有这九个

又到年末，是时间回首这一年发生的告急变乱了。

2024年，科学家在多个范畴实现了告急突破：我们离开地球，带回了月球反面的奥秘；我们深入细胞，绘制人体的风雅舆图；我们运用人工智能，加快科学发现的步调。

一起往返顾以下这些告急的科技效果。

2024年，人工智能范畴“得到”了诺贝尔奖。

物理学奖颁给了约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）和杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton），以表扬他们在人工神经网络和机器学习范畴的开创性工作。

化学奖则由大卫·贝克（David Baker）、戴密斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）和约翰·朱默帕（John M. Jumper）共同得到，以表扬他们在卵白质布局推测方面的贡献。此中，哈萨比斯和朱默帕向导开辟的AlphaFold模子实现了革命性突破，可以或许以接近实行观测的精确度推测卵白质布局。

这些奖项表明，AI已经从一个辅助工具，发展为推动科学发现的告急力量。

AlphaFold 3.0登上了6月13日《天然》杂志的封面 | 《天然》

本年5月，升级版的AlphaFold 3.0发布。这一版本不但进步了卵白质布局推测的精确率，还扩展到了DNA、RNA等其他生物分子，帮助科学家更好地明白生命的根本构成。这项技能对药物研发和疾病研究具有告急意义。比如在新药开辟过程中，它可以或许快速推测药物分子与目的卵白质的联合环境，大大进步了筛选服从。在感抱病研究中，它也为疫苗和治疗方案的开辟提供了有力支持。

除生物医药范畴，AI在其他科学研究中也有告急应用。在天气科学范畴，AI模子GraphCast进步了天气变革和天然灾害的推测精确度。在实行计划方面，AI可以或许帮助科学家优化实行方案，进步研究服从。一项对7460万篇科学论文的分析体现，接纳AI技能的研究通常能得到更多的学术关注和引用。

从实行室里的卵白质分子，到天空中的风云幻化，再到药物研发中的基因序列，AI正在帮助人类探索天然界的各个角落。这些盼望不但进步了科研服从，也为办理人类面临的巨大挑衅提供了新的方法。

2024年，中国的嫦娥六号探测器完成了一项汗青性任务：从月球反面收罗样品并乐成返回地球。这是人类初次得到月球反面的岩石和泥土样本。

5月3日，嫦娥六号从海南文昌航天发射场升空。6月1日，探测器在月球反面的南极-艾特肯盆地阿波罗盆地南部着陆。探测器通过机器臂和钻探装置，收罗了1935.3克月球样品，包罗表层泥土和深层岩石。6月25日，搭载样品的返回舱安全降落在内蒙古四子王旗预定区域。

嫦娥六号着陆器上升器组合体在月球反面的工作照 |CNSA/CLEP

这次任务的科学意义非同平常。月球反面与人们熟悉的正面有很大差别，它的地壳更厚，陨石坑更多，险些没有月海（古代玄武岩喷发形成的暗色平原）。科学家以为，研究这些差异大概揭示月球形成的关键线索。

嫦娥六号选择的着陆点位于南极-艾特肯盆地，这是月球上最大、最古老的撞击盆地之一，其形成时间可以追溯到约40亿年前。从这里得到的样品将帮助科学家更好地明白月球，甚至整个太阳系的早期汗青。

此次任务也体现了国际合作精力。探测器搭载了来自法国、意大利、瑞典和巴基斯坦的多个科学仪器，用于研究月球尘土的活动、月表负离子的分布等现象。一个名为"金蟾"的小型月球车也参与了任务，它配备了红外光谱仪等装备，用于研究月球外貌身分和探求月壤中的水冰。

这些研究效果将为人类更好地熟悉月球提供告急帮助。

作为世界上最大的火箭，SpaceX的星舰在2024年进行了四次轨道试飞。

最令人印象深刻的，是10月13日的星舰第五次试飞。作为一级火箭的超重型助推器，在完成发射任务后，以超音速从天而降，在末了时间点燃发动机减速，然后被发射塔上称为"筷子"的机器臂稳稳接住。这项技能突破预示着太空探索即将进入一个新期间。

星舰第五次试飞中，超重型助推器返回发射塔，被“筷子”机器臂稳稳接住——左为模仿动画，右边实拍视频 | SpaceX

事实上，星舰的每次试飞都在创造新的记载。3月的第三次试飞实现了火箭一二级的乐成分离，6月的第四次试飞初次完成了一二级的海上软着陆，11月的第六次试飞则初次验证了在太空中重启火箭发动机的能力。

这一系列盼望的终极目的，是要实现火箭的完全重复利用：不但作为一级的超重型助推器可以回收再用，未来连上面的星舰部分也将实现重复利用。

星舰第六次试飞中，星舰飞船重返大气层后，在印度洋完成海上软着陆 | SpaceX/TJ Cooney

相比传统的一次性火箭，可重复利用的星舰就像是太空中的"客机"，这种计划将极大地降低发射成本。SpaceX已经通过部分可重复利用的猎鹰9号火箭，把航天发射的成本降低了约90%。而完全可重复利用的星舰预计将使成本进一步大幅降落。

随着发射成本的降低和频率的进步，人类探索太空的方式大概发生根天性的改变。科学家有机会实行更多创新的太空探索方案。比如，他们大概不再范围于发射一辆火星车，而是可以发射一群；不必只依靠一颗昂贵的大型卫星，而是可以用一群小型卫星构成观测网络；甚至可以在太空中组装比哈勃望远镜大得多的望远镜。不久的未来，创建月球基地、探索火星等曾经遥不可及的空想，大概也会变成实际。

而这齐备的前提，即完全可重复利用的运载火箭，如今隔断实现仅有一步之遥了。

2024年，脑机接口技能在人体试验方面取得告急盼望。

脑机接口是一种可以或许读取或写入大脑信号的装备，让大脑可以直接与机器交互。现在主要有两种方案：非侵入式的，不需要打开颅骨；侵入式的，需要将电极植入大脑。Neuralink公司接纳的是后一种方案，他们开辟出了只有硬币巨细的芯片，通过细密的手术机器人将极细的柔性电极植入大脑皮层。

1月，Neuralink完成首例人体植入手术，为一位瘫痪8年的患者植入了脑机接口芯片。这位名叫Noland的受试者术后很快就能用意念控制电脑鼠标，打字、发邮件，还直播起了玩游戏。更告急的是，他可以躺在床上独立利用这套体系，不再需要照顾护士职员帮助安装控制装备。这让他重获了部分独立生存的能力。

植入了Neuralink脑机接口芯片的首位患者演示脑控玩游戏 |Neuralink

几个月后，被称为Alex的第二位受试者也完成了手术。Alex展示了这项技能更广泛的应用潜力：不但是根本的电脑操纵，甚至可以或许利用复杂的3D建模软件进行计划。这意味着脑机接口不但能帮助患者完成日常互换，还能支持他们进行专业级的创造性工作。

脑机接口技能从实行室走向了实际应用。虽然过程中也碰到了一些技能挑衅，比如电极移位导致控制精度降落。这些经验将帮助改进技能，为未来更多患者带来盼望。

11月，人类细胞图谱项目完成了第一份草图。这份“人体细胞舆图”记载了约200万个人类细胞的具体信息，覆盖了神经体系、肺、心脏、肠道和免疫体系等18个告急的生物网络。

这一突破来自对环球10000多名志愿者的研究，科学家已经深入分析了凌驾1亿个细胞，在《天然》杂志上发表了40项告急发现。比如，他们绘制了从口腔到肛门的完备消化道细胞图谱，发现了一种此前未知的肠道细胞，这种细胞大概与炎症性肠病有关。他们还初次具体描绘了胎儿骨骼形成的过程，发现参与这一过程的基因，正是在数十年后容易引发骨关节炎的基因。

11月21日《天然》专刊发表人类细胞图谱项目40余项效果 | 《天然》

这个项目始于2016年10月，3600多名来自100个国家的科学家参与了这项工作。他们的目的是试图绘制人体内约37万亿个细胞的完备图谱。科学家不但要辨认差别范例的细胞，还要相识它们的功能状态、所处位置，以及发育历程。这就像是在绘制一张极其风雅的“人体舆图”，记载每种细胞的特性和分布。

这项工作的意义堪比人类基因组筹划。它将帮助科学家更好地明白疾病的发生气制，开辟新的治疗方法，推动再生医学的发展。比如，通过比较健康细胞和病变细胞的差异，研究职员大概发现新的治疗靶点；通过相识差别范例细胞的特性，医生大概在疾病出现临床症状之前就做出诊断，实现真正的个性化医疗。

12月，谷歌推着名为Willow的量子芯片，这是量子盘算范畴的一个巨大突破。

要完全明白这一突破的意义，起首需要相识量子盘算中的一个焦点题目——量子比特的脆弱性。量子比特非常敏感，极易受到周围环境的干扰，这种干扰会导致盘算错误。这就像在沙滩上制作城堡，稍有风吹草动就大概导致坍塌。为了办理这个题目，科学家必须发展出有用的量子纠错技能。

Willow芯片的焦点技能就是它的量子纠错能力。它接纳了一种叫做“外貌码”的纠错方案，可以将多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特。通过这种编码方式，纵然部分量子比彪炳错，团体的盘算效果仍旧是精确的。更告急的是，Willow芯片乐成突破了量子纠错的关键阈值。这意味着随着量子比特数量的增加，盘算错误的比率不是增加，而是指数级降落。

这一点，此前从未实现过。

12月，谷歌发布Willow量子芯片 |谷歌

谷歌的Willow量子芯片办理了量子盘算范畴长期存在的一大技能困难，为未来量子盘算机的实用化和广泛应用开辟了新的门路，其影响将深远地改变我们的科技和日常生存。

器官移植范畴迎来告急突破，基因编辑猪器官乐成移植到人体。

移植，是很多终末期器官衰竭的治疗方法。中国的器官移植期待名单上有凌驾30万人，但每年只有约1.6万个器官可用。为了办理这个环球性困难，科学家开始探索利用基因编辑技能改造猪的器官，使其适合移植到人体内。

3月，美国马萨诸塞州总医院公布，初次乐成将猪的肾脏移植到在世的患者体内。提供肾脏的猪颠末CRISPR-Cas9技能基因编辑，被去除了有害的猪基因、添加了某些人类基因，并灭活了猪内源性逆转录病毒，以进步与人类受体的相容性和降低人类感染猪病毒的风险。受者最初规复精良，但在术后近两个月时去世，医生以为“没有迹象表明”殒命是移植的效果。

颠末基因编辑的猪肾脏乐成移植到人体 | GeneOnline

同一个月，中国空军军医大学西京医院团队完成了一例多基因编辑猪-脑殒命受者肾移植手术。研究职员对供体猪进行了精确的基因编辑：敲除了3个大概引起超急性排挤反应的基因，同时转入了2个人类基因，分别用于调治补体和凝血功能。移植后的猪肾在受者体内工作精良，停止报道时，已连续14天产生正常尿液。

除了猪的肾脏，基因编辑猪的心脏在2022年初次移植到了人类患者身上，肝和肺的移植也在研究中。选择猪作为器官供体是颠末深思熟虑的。猪的基因与人类相近，器官巨细相似，而且繁殖能力强，易于规模化造就。不外，超过物种的移植依然存在很多困难，如排挤反应、凝血停滞、疾病传播风险等。

这项突破为办理器官短缺题目开辟了新途径。随着基因编辑技能的进步和免疫学研究的深入，异种器官移植大概为期待器官移植的患者带来新的盼望。只管现在仍面临一些挑衅，但这项技能的发展已进入加快期，未来有望为更多终末期器官衰竭患者提供新的治疗选择。

一种长效HIV防备药物的临床试验取得惊人效果：每半年注射一次，就能有用防备HIV感染。

6月，这种名为lenacapavir的药物在非洲进行的一项大规模试验中，2000多名利用该疗法的女性无一感染HIV，防备效果优于两个对照组（对照组天天口服药物）。3个月后，另一项高出四大洲的试验效果也证实白这一惊人效果：在2000多名参与者中，仅有两例感染，防备有服从依然高于对照组。

这种药物接纳了全新的作用机制。与传统抗HIV药物差别，它靶向病毒的衣壳卵白，能克制病毒与细胞的相互作用，还能克制病毒进入细胞核。更告急的是，这种药物在体内能连续发挥作用长达6个月。

这一突破意义巨大。2023年仍有130万人新感染HIV，虽然已有口服防备药物，但需要天天服用，很多人难以对峙。而这种半年打一针的方案，大大进步了用药的便利性和依从性。

这种长效防备药物虽然不能完全替换疫苗，但它为遏制HIV传播带来了新的盼望。科学家预计，假如能广泛利用，它有望帮助大幅降低环球HIV新增感染率。

CAR-T细胞疗法在治疗自身免疫性疾病方面取得巨大突破。

CAR-T最初是一种治疗血液肿瘤的方法：医生从患者血液中分离出T细胞（免疫体系的"哨兵"），通过基因工程使其可以或许辨认并清除肿瘤细胞，然后将其输回患者体内。

2月，德国研究团队陈诉了利用患者自身CAR-T细胞治疗自身免疫性疾病的效果：15名体系性红斑狼疮、硬皮病或肌炎患者担当治疗后，8名体系性红斑狼疮患者到达了无需用药的缓解状态。

CAR-T细胞（粉色）正在接近并准备清除一个B细胞。本年，这种疗法在治疗自身免疫性疾病方面取得了巨大盼望 | N. Burgess/Science

9月，中国水师军医大学的徐沪济团队发表了另一项开创性研究：他们初次利用捐献者的CAR-T细胞进行治疗。研究团队利用CRISPR基因编辑技能，敲除了捐献者T细胞中的5个基因，使其既不会攻击患者，也不会被患者的免疫体系排挤。

治疗效果令人惊喜：一位坏死性肌病患者在担当治疗两周后就能抬起手臂梳头，别的两位硬皮病患者的症状也在数天内开始好转。6个月后，3位患者都到达了疾病缓解状态，且没有出现严肃副作用。现在，该团队已经将治疗扩展到别的20多名患者。

利用捐献者细胞大概实现CAR-T疗法的规模化生产，大幅降低治疗成本。这不但为难治性自身免疫性疾病患者带来了新的盼望，也为这种革命性疗法的推广应用开辟了新途径。