美国《科学》杂志发布编辑团队评选的2025年度十大科学突破，包括1项科学突破冠军奖“可再生能源增长势不可挡”和9项科学突破入围奖。其中，有3项由中国科学家领衔，还有多项突破与生命健康有关。今天，我们请知名科普作者张田勘给大家介绍这十个重大科学发现，及其蕴含的价值和发展趋势。

（1）可再生能源增长势不可挡

《科学》杂志认为，2025年全球可再生能源在多个领域超过传统能源，这一重大转型主要由中国引领。2025年9月，中国在联合国宣布，通过加倍发展风能和太阳能，10年内将削减碳排放10%。从世界范围来看，能源智库Ember的数据表明，2025年可再生能源在全球发电量上超过煤炭，1月至6月，太阳能和风能的增长已覆盖全球电力需求的全部增量。

中国是在发展风能和太阳能方面特别突出的国家，如今已主导全球可再生能源技术的生产，包括全球80%的太阳能电池、70%的风力涡轮机和70%的锂电池，而且物美价廉。随着产量激增、价格下降，市场需求也随之迅猛增长，形成了良性循环，使可再生能源发展成一个目前占中国经济比重超过10%的产业。与此同时，风能和太阳能也成为世界大部分地区最便宜的能源。中国的太阳能发电量在过去10年增长了20多倍，太阳能和风力发电场的总装机容量足以供整个美国使用。

今天，对太阳能的利用基本上可以分为光-热转换、光-电转换、光-生物转换和光-化学转换等几大类。其中，家用太阳能热水器就是光-热转换利用的产品，而光-电转换是太阳能发电，即最常见的光伏发电。在阳光照射下，把太阳能电池板产生的电能给蓄电池充电或者直接为用电设备提供电能，叫作光伏发电，在这个过程中，太阳能电池板起到核心作用，是太阳能转变为电能的枢纽。光伏发电还可以把太阳能转化为热能储存起来，根据实际需要随时发电取电，将产生的电能输送至国家电网。2025年1月至9月，中国太阳能发电装机容量达11.3亿千瓦，同比增长45.7%。

太阳能和风能发电设施

风能发电是指利用风力机捕获大气流动（风）所具有的动能，将其转化为机械能，再通过发电机将机械能进一步转化为电能的过程。目前，中国风电装机规模世界第一。截至2025年10月，中国风电装机容量达5.8亿千瓦，已连续15年保持世界第一。2025年前三季度，国家能源局的数据表明：风电、太阳能发电量合计达1.73万亿千瓦时，同比增长28.3%。

无论是中国还是世界，可再生能源的持续增长已势不可挡，新能源的部署和使用也显著改善了碳排放情况。

（2）中国龙人揭开丹尼索瓦人“面纱”

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和河北地质大学的研究人员合作，对在哈尔滨发现、距今至少14.6万年、近乎完整的一个古人类头骨展开了深入研究，从而证明哈尔滨古人类是丹尼索瓦人。这是基于古蛋白和古DNA分析研究获得的结果，同时对线粒体的研究表明，这个头骨代表的个体属于已知早期丹尼索瓦人支系。

在哈尔滨发现的这个头骨代表了一个全新的古人类支系，被命名为龙人。由于龙人与青藏高原白石崖溶洞发现的丹尼索瓦人下颌骨存在显著相似性，因此，科学家推测其可能是丹尼索瓦人。

但是，仅从头骨形态学的角度判定人种并不确切，还需要从遗传和基因组获得进一步的分子生物学证明。如果从头骨直接提取古DNA或古蛋白进行研究，又存在一种缺陷，即古生物的DNA和蛋白质会受到不同程度的污染，难以确认真伪，测定的结果也不准确。为此，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队和河北地质大学季强团队，以及2022年诺贝尔生理学或医学奖得主帕博合作进行了新的研究。后者研究古人类基因组发现了已灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人都曾与现代人类有过杂交，并且这些古人类的部分基因直到今天还在影响着现代人的生理机能。

除了生物材料会被污染外，古生物学研究还有一个共同难题，就是从骨头中难以提取古DNA。幸运的是，研究人员从龙人头骨的一小块牙结石中提取到了部分古DNA。牙结石具有特殊的矿化结构，在形成过程中会把宿主细胞、口腔微生物等包埋其中，使其不容易受到污染。

研究人员对0.5毫克和0.3毫克的两份微量牙结石样本进行了优化提取，对可能存在的提取液以及实验过程的残留物（硅胶膜和沉淀物）进行多方案提取，构建了20个DNA文库，并从中筛选出7个含丹尼索瓦人特异性变异的文库（均来自0.3毫克样本）用于进一步分析。在这个过程中，研究人员通过自主研发的污染评估方法，排除了高达82%的现代人DNA污染，严格选用具有古DNA降解特征的短片段数据（小于60碱基对），同时，通过自主研发的算法构建了人类祖先型和丹尼索瓦人祖先型DNA参考序列，在最大程度上减少比对误差并筛选出较准确的古DNA片段。

研究人员还从头骨化石中成功提取出95种内源性蛋白质，通过蛋白质组分析揭示该头骨个体携带3个丹尼索瓦人特有的氨基酸变异位点。系统发育分析显示，龙人头骨与著名的丹尼索瓦3号标本（Denisova 3，从西伯利亚一个丹尼索瓦洞穴发现的一截少女手指骨骼中提取的DNA）同属一支，从而证明这位远古的哈尔滨人属于西伯利亚丹尼索瓦人。

不仅如此，龙人头骨中提取的更新世人类古蛋白和古DNA还表明，丹尼索瓦人至少在14.6万年前已广泛分布于亚洲广大区域，而且，由于有完整头骨的存在，也给丹尼索瓦人长什么样提供了一张能“看见”的脸。

（3）中国实现水稻耐高温基因突破

华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室的研究人员在2025年发表的一项研究，揭示了一个重要的水稻耐高温基因。研究团队选择了不同于以往温室筛选、苗期鉴定基因的方式，采用了在水稻灌浆期这个对高温非常敏感且决定水稻质和量的关键节点，进行大田耐热水稻筛选鉴定，发现了可以对抗高温的主效基因QT12。该基因能帮助水稻抵御高温带来的双重危害——水稻减产和水稻品质下降。如果将该基因通过育种或基因编辑导入其他大面积栽种的水稻品种，可能有助于水稻在气候变暖的威胁下稳产保收，并且保持良好的口感。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测，全球平均气温每升高1℃,会导致主要粮食作物减产，小麦减产6.0%、水稻减产3.2%、玉米减产7.4%、大豆减产3.1%。就水稻而言，耐高温是其高产的一种重要因素，尤其是在全球变暖的大背景下，发现并利用水稻耐高温的机制对提高水稻产量，保证中国和世界的粮食安全至关重要。

中国研究团队在中国多个极端高温地区试种了533个水稻品种，通过对表现最优的品种进行杂交育种，耗费十多年时间，终于在水稻第12号染色体上定位到一个关键基因，并将其命名为QT12。当处于高温环境时，水稻对QT12的抑制会减弱，该基因过度激活未折叠蛋白反应（UPR），从而破坏水稻胚乳贮藏物质的稳定性，同时导致淀粉分子排列紊乱，其结果是既让水稻减产，又会产出垩白粒多、质地松脆、口感黏腻的劣质大米。但是，如果对该基因进行调控，就能调节水稻的高温应对体系，平衡贮藏蛋白与淀粉合成稳态，从而稳定稻米的品质和产量。

研究团队在武汉、杭州和长沙等长江流域典型水稻种植区进行了大规模田间试验，结果发现，低表达QT12基因可以让水稻很好地耐受高温环境，与没有改造的野生型水稻相比，接受基因编辑的QT12突变株系能让水稻产量提高54.7%至92.5%，而且稻米的垩白率和垩白度均显著下降，外观品质和口感双双提升。研究人员不仅在田间水稻栽种中证明了QT12基因的作用，还在实验稻种中发现，通过基因编辑敲除QT12基因同样能让水稻产生类似耐高温的效益。

中国的这项研究成果特别具有实用性，既揭示了水稻在自然高温环境下协同实现优质高产的全新分子机制和育种策略，填补了作物籽粒灌浆期品质高温耐受性领域的科学空白，还为解决全球粮食安全与农业可持续绿色发展问题提供了重要理论依据和技术支持。

（4）异种器官移植创下新纪录

近几年，异种器官移植取得了长足发展。比如，2022年1月10日美国马里兰大学医学院对57岁的心脏病患者大卫·贝内特实施心脏移植手术，使其成为人类历史上首个移植基因编辑猪心脏的病例。但是，在移植后近两个月时，贝内特去世。之后，负责此项移植的研究团队发表论文指出，心力衰竭是导致贝内特死亡的原因。

到了2025年，异种器官移植有了更大突破，经过更多的基因编辑，猪的器官和组织引发人体免疫排斥的风险进一步降低，安全性更高。

2025年1月25日，美国麻省总医院布里格姆医疗中心的外科医生为来自新罕布什尔州的67岁患者蒂姆·安德鲁斯移植了一颗基因编辑的猪肾。猪肾接受了69处基因编辑，包括敲除会引起人体排异反应的基因，添加一些提高动物器官与人体兼容性的人类基因，同时降低跨物种移植风险。尽管采用了基因编辑与强效免疫抑制方案，安德鲁斯体内仍发生了移植器官排异反应，10月23日，医生为其实施手术摘除猪肾脏。安德鲁斯表示，排异反应和药物副作用让他的身体难以承受。相比之前的病例，安德鲁斯体内的基因编辑猪肾维持功能近9个月，创下了同类试验中移植猪肾存活时长的新纪录。

中国科学院院士窦科峰带领西京医院等机构的研究团队，将一个经过6处基因编辑的猪肝脏移植到一名已经脑死亡但身体基本机能仍维持的女性体内，患者自身的肝脏被保留，以此模拟临床肝衰竭患者的替代支持治疗过程。结果显示，移植的基因编辑猪肝脏在人体内能够发挥生理功能，正常分泌胆汁，血供和病理结果均良好。在移植后的10天观察期内，未见患者出现超急性排异反应，以及猪内源性逆转录病毒传播的情况。基因编辑猪肝脏在该患者体内维持功能近9个月。

以上两例基因编辑猪器官移植创造的最长时间，为异种器官移植研究提供了重要经验。猪的器官组织结构、生理功能等与人体器官相近，被视为异种器官移植的理想候选供体，但仍存在多种风险和技术难题亟待解决。

【其他6大科学突破】

阻断线粒体转移或能延缓癌细胞转移

肿瘤能诱使包括神经元在内的多种人体细胞生长和扩散。2025年，研究人员揭示了神经细胞提供这种援助的方式：通过传递线粒体为细胞提供大部分能量，从而使癌细胞获得额外能量，更容易扩散到身体其他部位。研究人员研发了一种技术，癌细胞从其他细胞获得线粒体时，会发出绿色荧光。随后，他们将神经细胞与癌细胞的混合物植入小鼠体内，待其形成肿瘤并转移至其他组织后进行分析。结果显示，在原发肿瘤中有5%的癌细胞呈现绿色，表明其获得了神经细胞线粒体，而在肺转移灶中，这一比例升至27%，脑转移灶中高达46%。虽然其他细胞也会共享线粒体，但新发现提示：神经细胞更为慷慨地与其他细胞共享，如果能找到办法迫使神经细胞“管好”自己的线粒体，有助于研发出新型抗癌药物。

“精算”消除粒子物理学疑云

数十年来，粒子物理学家一直渴望发现现有主流理论（即标准模型）无法解释的现象。2025年6月，一项持续多年的实验报告称，μ子（电子的一种更重且不稳定的“近亲”）的磁性并不是先前宣称的那样强于标准模型预测。理论物理学家终于能通过格点规范理论技术，从头精确计算出μ子的磁性。由于量子的不确定性，真空中不断涌现又消失的“虚拟粒子”会轻微增强μ子磁性。精确计算出μ子的磁性意味着，从科学角度证明了标准模型在极高精度检验下依然稳固，同时展示了计算物理学解决复杂非微扰问题的能力。这一发现标志着粒子物理理论预言正从依赖实验外推，转向基于第一性原理的独立计算。

性传播疾病新药被证实有效

病原体对抗生素的耐药性是全球一大难题，其中淋病奈瑟菌已对几乎所有抗生素产生耐药性。2025年，有两种治疗淋病的新药在大型临床试验中被证实有效，并于12月获得美国食品药品监督管理局批准。一种新药是Gepotidacin，为全新一类抗生素的首款药物，以细菌DNA复制的至关重要的两种酶——DNA旋转酶和拓扑异构酶Ⅳ为靶点，已获批用于治疗尿路感染。另一种新药Zoliflodacin同样以DNA旋转酶为靶点，但作用机制不同，今年12月发表的涵盖5国的Ⅲ期研究表明，该药有效且未引起严重副作用。

巡天慧眼开启全景天文新时代

由美国主导的薇拉·C·鲁宾天文台2025年在智利帕琼山脊、海拔2647米的台址开启全面运行。该天文台装备了8.4米口径的西蒙尼巡天望远镜，这台望远镜又搭载着 “时空遗珍巡天”（LSST）数字相机，其分辨率高达32亿像素。这是当今世界最大的数字相机，也被称为“宇宙之眼”。从2026年起，西蒙尼巡天望远镜将在10年间每3天对全天空进行一次前所未有的精细扫描，每晚将产生数百万条天体动态警报，标记出移动、变化或突然出现的天体。预计一年内，鲁宾天文台收集的光学数据量将超历史总和，由此逐步构建最精细的宇宙三维图谱，并通过在线平台向全球开放。

个性化基因编辑疗法初见成效

美国的KJ·穆尔东患上一种罕见遗传病——氨甲酰磷酸合成酶1（CPS1）缺乏症。氨甲酰磷酸合成酶1缺乏症是由编码CPS1的基因发生突变引起的，突变只因一个碱基的变化，即碱基鸟嘌呤替换了碱基腺嘌呤。为此，美国费城儿童医院等机构的医生团队对穆尔东实施了定制基因编辑疗法。他们研发了一种类似CRISPR基因编辑工具的变体，以修正缺陷基因中的碱基错误，在细胞和实验动物中测试了这种定制化碱基编辑器后，于2025年2月通过输注脂质纳米颗粒递送碱基编辑器，为当时6个月大的穆尔东进行治疗。在接受额外两剂治疗后，今年5月，穆尔东已能摄入更多蛋白质，体重增加，控制血氨水平所需的药物剂量也减少了。

大语言模型取得一系列成就

基于数万亿单词训练、仅优化了文本生成能力的通用大语言模型（LLM）在2025年的多个科学领域取得一系列成就。DeepMind使用Gemini LLM的进阶版本，在全球最难的高中生数学竞赛——国际数学奥林匹克竞赛中获得金牌，比2021年专家预测的实现时间（2043年）提前了近20年。OpenAI的GPT-5在组合数论和图论领域取得原创性突破，解决了困扰数学家数十年的难题。Meta公司基于Llama LLM微调的模型，仅通过15次实验就为一种从未报道过的复杂化学反应确定了最优条件。谷歌的“智能体”人工智能（AI）协研员从现有药物中筛选出新的肝纤维化治疗候选药物，并在两天内重现了关于细菌DNA寄生传播机制的重要发现。

供图：视觉中国

来源：北京日报客户端

记者：汪丹