编者按
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，包括CAR-T疗法用于自身免疫性疾病、一针管半年的艾滋病预防药问世、地幔“巨浪”推动大陆高地崛起、第三种磁性材料发现、“星舰”实现“筷子夹火箭”、詹姆斯·韦伯空间望远镜探测宇宙起源、RNA杀虫剂用于农田、固氮细胞器的发现增添了进化论的转折点、古代真核生物的多细胞性很早就出现了、远古DNA揭示家族纽带等。
本期，我们一起来回顾2024十大科技成果——
01、CAR-T细胞疗法治疗自身免疫性疾病
嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T细胞疗法）的出现，是近年来癌症免疫治疗领域的一大突破。自2017年以来，美国FDA已经批准了6款CAR-T细胞疗法上市，用于治疗白血病、淋巴瘤等血液类癌症：医生从患者血液中分离出T细胞（免疫系统的"哨兵"），通过基因编辑技术使其能够识别并消灭肿瘤细胞，并将其输回患者体内。
目前，CAR-T细胞疗法在系统性红斑狼疮、多发性硬化症等自身免疫病方面也展现了巨大前景。2024年，CAR-T细胞疗法在治疗自身免疫性疾病方面取得重大突破，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。
2月，德国研究团队报告了使用患者自身CAR-T细胞治疗自身免疫性疾病的成果：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。
10月4日，Nature头条发布了一篇题为《World-first therapy using donor cells sends autoimmune diseases into remission》 的报道，介绍了我国海军军医大学附属长征医院、华东师范大学、浙江大学医学院第二附属医院等研究团队在Cell发表的世界首个现货通用CAR-T成功治疗自身免疫病的临床结果。
该研究利用基因编辑技术对健康供体来源的、靶向CD19的CAR-T细胞进行基因工程改造，以解决免疫排斥问题，并开发出了新一代异体通用型CAR-T疗法——TyU19，成功治疗了1例难治性免疫介导的坏死性肌病患者，以及2例弥漫性皮肤系统性硬化症患者。
在治疗后6个月的随访期间，所有3名患者的症状均得到深度缓解，疾病临床反应指数评分显著改善，炎症和器官纤维化也得到逆转，且无细胞因子释放综合征或其他严重不良事件。目前，该团队已经将治疗扩展到另外20多名患者。这些临床结果表明，现货通用型CAR-T细胞在治疗严重难治性自身免疫疾病方面具有高度安全性和有效性。
这3名来自中国的患者是世界首批（World-first）使用供体细胞（而不是患者自身细胞）来源的CAR-T细胞疗法治疗的自身免疫病患者，也是国际顶尖学术期刊 Cell 首次发表CAR-T细胞治疗自身免疫疾病的研究，这项突破进展也是大规模生产CAR-T细胞疗法治疗自身免疫病迈出的关键第一步。
02、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。Lenacapavir被评为今年的“科学突破冠军奖”，仅需要一次注射，它就可以在半年内将使用者的艾滋病病毒（HIV）感染风险降至0。
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%。3个月后，一项横跨四大洲的相似研究称，它对更广泛性别多元化人群的效力高达99.9%，彻底打消了人们对这款药物的任何怀疑。
该药物的巨大成功，源于医学界对HIV衣壳蛋白的结构和功能有了新的认识——许多其他病毒都有自己的衣壳蛋白，Lenacapavir的研发为人类对抗其他病毒性疾病提供了光明的前景。
科学家认为，未来，“一针管终身”且价格低廉的疫苗，或许才是最终消灭HIV的终极武器。但在此之前，Lenacapavir有可能保护数百万人免受感染，随着这样的突破惠及最需要的人，艾滋病正逐步从一种颠覆社会的疾病转变为一种罕见病症。
03、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。
他们的发现有助于解开一个长期存在的谜团，即塑造和连接地球上一些最引人注目的地貌的动力——被称为“悬崖”和“高原”的广阔地形特征，这些特征深刻地影响着气候和生物。相关研究于近日发表在nature杂志正刊。
04、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，发表于《自然》杂志的一项研究中，科学家首次测量到了一种新的磁性——交变磁性（altermagnetism），产生这种磁性的交变磁体融合了铁磁体和反铁磁体的特性，有望催生新型磁性电子元件和高容量快速存储设备，甚至可以制造出通过磁自旋而不是电流进行测量和计算的自旋电子计算机。
交变磁体中的电子比反铁磁体中的电子能更自由地移动，而它不具有铁磁体那样的外部磁场也使它可以被用于制造互不干扰的磁性设备。这一发现为制造自旋电子器件带来了希望。
05、“星舰”实现“筷子夹火箭”
10月13日，美国太空探索技术公司（SpaceX）新一代重型运载火箭“星舰”实施第五次轨道试飞成功，首次验证了“筷子夹火箭”技术——通过发射塔的机械臂在半空中成功捕获回收火箭第一级助推器。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。
这一壮举是此次试飞验证的最关键技术，也被认为是太空探索技术公司迄今“最大胆”的创新尝试，是SpaceX向完全可重复使用火箭系统迈进的重要里程碑，进一步为未来载人太空探索任务奠定基础。
06、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11日《科学》杂志上，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。作为一种基本的细胞结构，它可以将氮气转化为对细胞生长有用的形式，促进植物转化或“修复”自身氮的基因工程，从而提高作物产量，减少对肥料的需求。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。
在这项最新研究中，研究团队发现硝基体应该被归类为藻类内部的细胞器，而不是一个独立生命。大约1亿年前，该细菌与藻类开始了共生关系，最终演变成了藻类细胞中的一个专门用来固氮的细胞器。DNA研究表明，这种新发现的细胞器大约在1亿年前由海藻和固氮蓝细菌之间的共生产生。藻类细胞吸收了这些细菌，这些细菌最终失去了足够的基因和生化能力，以至于它们依赖藻类生存，现在跟随藻类的时间周期繁殖。这使它们成为了为数不多的已知内共生细胞器之一——那些起源于曾经独立的微生物的细胞器，被整合到另一种生物的细胞中。类似的情况还有：叶绿体使植物能够将阳光转化为能量，而线粒体是所有真核细胞的内部动力源。
07、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。
韦布望远镜能够以前所未有的清晰度探测到光谱的红外线区域，为我们揭示了宇宙诞生初期的神秘景象。如，它发现了似乎是目前已知的最遥远星系，该星系成形时间是在宇宙诞生的“大爆炸”之后约 2 亿 9000 万年。这一发现对于理解“宇宙黎明”具有深远影响；它还拍摄了众多令人震撼的星系图像，如武仙座星系照片，这是有史以来最深处的宇宙图像之一。
韦布望远镜还对各大行星及卫星进行了细致的观测，为我们了解各大行星的大气动力学提供了重要依据；在系外行星的探索方面，利用韦布望远镜可以利用红外波段分析系外行星的大气构成，以及地外生命存在的可能。
08、最早多细胞真核生物“现身”
2024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经过8年的深入研究，在燕山地区距今约16.4亿年前的地层中发现了迄今最早的多细胞真核生物化石——“壮丽青山藻”，化石不仅保存了清晰的细胞结构，而且部分细胞内含有可能的繁殖细胞“孢子”等结构。这一发现将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了约7000万年。
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？此前，学界对这一重大科学问题并无明确答案和证据。2016年，中国科学院南京地质古生物研究所研究员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，在燕山地区发现距今15.6亿年前的宏体多细胞真核生物化石，个体长度可达30厘米。这一发现不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间提前将近10亿年，并且意味着真核生物发生多细胞化的时间应该更早。
09、古代DNA揭示千年前家族关系
随着古代DNA提取技术和分析成本的显著降低，科学家们如今能够重建数千年前的人类家族树，揭示古代社会的家庭结构和社会组织模式。2024年，科学家利用从古代骨骼和牙齿中提取的DNA开展一系列研究，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问题的新见解。
近年来的研究表明，通过古代DNA分析，科学家们能够揭示出古代人类之间的亲属关系，甚至跨越数千公里和几千年。结合考古学信息，DNA数据为我们揭示了许多古代社会的家庭结构和社会组织形式。如，科学家们研究了德国南部一位凯尔特酋长的DNA，发现2500年前的凯尔特社会采用了母系传承的权力继承方式。这一发现推翻了长期以来普遍认为权力在古代社会主要是父系传承的看法。另一方面，研究表明，生活在石器时代的欧洲农民则更多依赖于男系传承，这揭示了不同文化和时期在社会结构上的巨大差异。
10、靶向农作物害虫的RNAi杀虫剂上市
杀虫剂可能是一把双刃剑，在杀死害虫的同时也杀死了非靶标的物种。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。
首个RNA杀虫剂产品针对已经对传统化学药物产生抗药性的科罗拉多土豆甲虫，能够通过干扰其基因阻止关键蛋白质的表达，迅速杀死虫害。研究者正努力开发针对其他害虫，如蛾类和蜜蜂寄生螨的RNA杀虫剂，但也面临害虫对RNA的抗药性问题。
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