2025年重大科技突破：从基因编辑到黑洞成像…未来还可能找到第九行星？

地球是一个奇迹

科技｜全球

过去25年涌现出一系列令人瞩目的科学成就——从人类基因组测序完成，到欧洲核子研究组织成功发现希格斯玻色子，不胜枚举。

21世纪虽一路波折，却也催生了一系列具有里程碑意义的科技突破，让我们的世界变得更加美好。

医学领域的进步孕育出前所未有的基因疗法，核聚变能源离现实应用越来越近，人类对地球远古历史的认知不断深化；而在天文学领域，我们更是观测到了诸多曾被认为无法呈现的事物——比如黑洞。

“过去25年，科学界的发展势头极为强劲。”天体物理学家弗朗斯・科尔多瓦（France Córdova）表示。她现任科学慈善联盟主席，曾担任美国国家科学基金会负责人。“我希望通过加大投入进一步加快这一进程，真正实现科技创新百花齐放的局面。”

我们梳理了过去25年中最令人振奋的一系列科学发现，同时列出了五个极具探索价值、有望在未来数十年内破解的未解之谜。

在英国剑桥的桑格中心，这60 个培养皿中容纳了完整的人类基因组，具体表现为 23040 个不同的克隆 DNA 片段。人类基因组计划的目标是测定人类 DNA 中所有基因的碱基序列，这一成果不仅能助力优化药物设计，还能让人类更深入地了解遗传性疾病。

这是支原体JCVI-syn1.0细胞的彩色扫描电子显微镜图像。该细胞由克雷格・文特尔研究所的研究人员研发，是首个由合成基因组控制的自我复制细胞。

人类基因组计划

人类基因组计划于1990年启动，2003年首次成功完成完整人类基因组的测序工作，为解读构成人类遗传蓝图的约30亿个DNA 碱基对提供了强有力的参考依据。

这是人类历史上规模最大的合作生物学项目，它的完成开启了基因组学的新时代，给法医鉴定、人类学、DNA溯源检测以及亨廷顿舞蹈症等疾病的基因治疗等众多领域带来了革命性变革。

在美国国立卫生研究院的牵头推动下，人类基因组计划加速了合成生物学这一新兴领域的发展——该领域旨在设计构建新型生命系统与生物体。

对从秀丽隐杆线虫到人类等各类真实生物体的基因组测序能力，为科研人员以创新方式改写基因编码打开了大门。

为此，科学家于2010年培育出首个合成细胞，2012年合成出首个人工DNA，并在2014年成功合成出首个人工染色体。

成簇规律间隔短回文重复序列

数十年前，科学家发现部分细菌拥有一种基因免疫系统：当受到病毒侵袭时，这些细菌会捕获入侵者的部分DNA片段并整合到自身基因组中，以此增强对后续病毒攻击的防御能力。

这种被称为成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）的天然系统，如今已被改造为一种基因编辑工具，彻底改变了医学、生物技术和农业等诸多领域的发展格局。

借助该工具，科学家能够对DNA片段进行剪切与拼接，操作对象小到单个碱基对，大到整套基因组。

2012年，基于成簇规律间隔短回文重复序列的基因编辑技术首次亮相，催生了多项重大医学突破：包括全球首个获批用于治疗镰状细胞贫血症和 β- 地中海贫血症的基因疗法，还助力了KJ宝宝的诞生——这个孩子生来便摆脱了原本致命的遗传性疾病。

成簇规律间隔短回文重复序列技术的先驱詹妮弗・杜德纳（Jennifer Doudna）与埃马纽埃尔・沙尔庞捷（Emanuelle Charpentier），凭借这项技术荣获2020 年诺贝尔奖。

“今年出现的一项技术进展让我尤为振奋。”创新基因组学研究所创始人杜德纳说。科研人员仅用六个月时间，就为一名患超罕见病的婴儿研发并实施了个性化的成簇规律间隔短回文重复序列疗法。

“这一成果充分证明，针对罕见病的定制化基因编辑疗法如今已具备可行性。”她指出，“每年都有成千上万的婴儿患上医学界从未接触过的疾病，而这项技术将为这些患儿带来全新的治疗选择。”

全球首例三亲婴儿诞生

近十年前的2016年，一名男婴成为全球首位拥有三位亲代DNA的婴儿。尽管这名婴儿的绝大多数DNA来自父母双方，但第三名捐赠者提供了健康的线粒体DNA。

这种名为线粒体替代疗法的技术，可有效降低罕见线粒体疾病的遗传风险。截至2025年，这些通过该技术诞生的三亲婴儿目前均身体健康。

阿尔法折叠破解“蛋白质折叠难题”

数十年来，生物学家一直试图找到一种方法：仅通过蛋白质的化学成分信息，就能预测这种生命基本组成单位的三维结构。

蛋白质的结构决定其功能，就如同钥匙的形状决定它能开启哪把锁一样。因此，破解这一被称为“蛋白质折叠难题” 的课题，将赋予科学家生物工程分子的超强能力，进而加速救命药物的研发进程。

阿尔法折叠的出现改变了这一切。这款由字母表公司旗下深度思维实验室研发的人工智能程序，彻底革新了蛋白质结构、DNA/RNA模式以及其他细胞谜题的预测流程。

该程序能让研究人员以远超以往的速度，模拟细胞成分的折叠方式与相互作用，其准确性可媲美繁琐且耗时的实验结果。这一重大突破加速了候选药物研发以及生命基本机制的研究进程，并因此荣获2024年诺贝尔化学奖。

疫苗技术突破拯救数百万人生命

20世纪最伟大的成就之一是疫苗的广泛普及，这一举措助力根除了天花、脊髓灰质炎等毁灭性疾病。

21世纪延续了这一良好势头。值得关注的是，首支人乳头瘤病毒疫苗于2006年获批上市，使宫颈癌死亡率下降了62%。全球范围内的疫苗普及工作，预计已避免了140万人未来死于该疾病。

2020年新冠疫情期间，RNA疫苗的快速研发与获批堪称历史性胜利，有效遏制了新冠病毒的传播，拯救了数百万人的生命。如今，RNA疫苗技术正被用于研发预防多种传染病甚至部分癌症的疫苗。

癌症CAR-T细胞免疫疗法

经过多年研究，首款嵌合抗原受体（CAR）T细胞免疫疗法于2017年获批上市。该疗法通过基因修饰人类T细胞（免疫系统的重要组成部分），使其能够识别并摧毁特定癌症细胞。实践证明，这种疗法对淋巴瘤、白血病、多发性骨髓瘤等多种癌症疗效显著。

超过90%的患者接受治疗后病情得到缓解，截至目前，该疗法已拯救了数万人的生命。

石墨烯问世

石墨烯是目前已知强度最高、厚度最薄的材料，由碳原子排列成二维蜂窝状晶格结构构成。1947年，石墨烯的概念首次被提出，但直到2004年，科学家才在实验室中首次成功制备出石墨烯。这一突破荣获2010年诺贝尔物理学奖。

除了极致的轻薄与高强度，石墨烯还具有极佳的导电性和透明性。凭借这些优异特性，石墨烯推动了多个领域的发展，催生了众多高效技术，例如更高效的滤水器、快充电池、高耐用性太阳能电池以及高精度生物传感器等。

希格斯玻色子发现

希格斯玻色子是一种微小粒子，质量仅为质子的150倍，但其科学影响力却极为深远。

1964年，包括以其命名的彼得・希格斯（Peter Higgs）在内的研究人员首次预测了这种粒子的存在。

数十年来，它仅存在于理论中，是描述宇宙基本力与基本粒子的粒子物理学标准模型中极具代表性的假想粒子。该粒子与希格斯场相关联——这是一种遍布宇宙的量子场，赋予所有基本粒子质量。

但直到欧洲核子研究组织大型强子对撞机建成后，探测希格斯玻色子才成为可能。这是全球规模最大、功率最强的粒子加速器。2012年，欧洲核子研究组织最终确认探测到该粒子，结束了数十年的搜寻历程，也证实了标准模型的正确性。这一成就荣获2013年诺贝尔物理学奖。

欧洲核子研究组织的大型强子对撞机坐落于一条环形地下隧道中，隧道周长近27公里。

紧凑型μ子螺线管探测器虽名称中带有“紧凑型”，实则是欧洲核子研究组织大型强子对撞机上一台体积庞大的通用型粒子探测器，其主要用途是搜寻希格斯玻色子。

引力波首次被探测到

1916年，阿尔伯特・爱因斯坦首次提出引力波——时空结构中的涟漪——的概念，但他怀疑没有任何仪器能灵敏到捕捉到这种波。

经过近一个世纪的不懈努力，激光干涉引力波天文台的科学家们终于在2015年实现了这一梦想，首次探测到由13亿年前两个黑洞合并产生的引力波。

截至2025年，激光干涉引力波天文台及其他探测器已捕获数百次引力波信号，为人类观测宇宙打开了一扇全新的窗口。

“这不仅是观测宇宙的一种新方式，更是一项百年前无法想象的技术。”科尔多瓦（Córdova）表示，“虽然还有很长的路要走，但它确实带来了无数新发现。”

例如，引力波揭示了一些意想不到的大规模天体合并现象，证实了斯蒂芬・霍金、罗伊・克尔等权威学者提出的多项关于黑洞的理论。这一成就也荣获了2017 年诺贝尔物理学奖。

核聚变能源首次实现净能量增益

太阳及其他所有恒星，都是通过核心的原子聚变过程产生大量光和能量——这一过程被称为核聚变。若能驾驭这种“恒星能量”，有望为全球提供充足的清洁能源。

尽管核聚变能源的实际应用仍任重道远，但它已取得了重大里程碑式的进展。2022年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们成功实现了净能量增益，即核聚变反应产生的能量超过了直接输入实验的能量。2023 年，这一成果得到了重复验证。

这些结果标志着物理学领域的重大突破—— 一种产生的能量超过其直接吸收能量的燃料正式出现。不过，实现这些净能量增益的实验装置本身消耗的能量，仍远高于燃料产生的能量，因此实用型核聚变电站仍为遥远的目标。

美国国家航空航天局的旅行者1 号探测器于当地时间 1977 年 9 月 5 日上午 8 点 56 分，从美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射升空。2012 年，它成为首个脱离太阳系的航天器。

这张地球的窄角彩色影像被冠以“暗淡蓝点”之名，是美国国家航空航天局的旅行者 1 号探测器于 1990 年 2 月 14 日拍摄的 —— 当时探测器距离太阳59.5 亿公里，这张影像也是人类史上首幅太阳系 “肖像” 的组成部分。

首个星际天体被发现

2017年，天文学家发现了首个已知的星际天体 —— 一个来自其他恒星系统、高速穿越太阳系的天体。

该天体被命名为 “奥陌陌”（‘Oumuamua），其奇特的特性自发现以来便引发了广泛争议。此后，又有两个明确为彗星的星际天体被观测到：2019 年发现的 2I / 鲍里索夫彗星（2I/Borisov）和 2025 年发现的 3I / 阿特拉斯彗星（3I/ATLAS）。

2025年开始运行的薇拉・C・鲁宾天文台，预计将在未来几年内发现更多这类迷人的 “星际旅行者”。

拍摄首张黑洞图像

为黑洞“拍照” 绝非易事，但全球合作组建的事件视界望远镜团队在 2019 年做到了这一点。

通过同步全球各地的射电望远镜 —— 实际上相当于构建了一个地球大小的天文台 —— 事件视界望远镜（EHT）团队成功拍摄到了位于梅西耶 87 星系中心、距离太阳系约 5500 万光年的超大质量黑洞的清晰图像。

探测器抵达太阳系最遥远角落

过去25 年里，我们的机器人太空探测器，正如同《星际迷航》中描述的那样，勇敢地驶向了此前没有探测器涉足的领域。如今，我们的航天器已抵达从日冕到星际空间的各个角落。

2012年，美国国家航空航天局（NASA）的旅行者 1 号（Voyager 1）成为首个进入星际空间的航天器；而在太阳系的另一端，帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）多次大胆俯冲至太阳附近，距离比以往任何任务都近七倍。

2015年，美国国家航空航天局的新视野号探测器（New Horizons）成为首个飞掠冥王星（Pluto）的航天器；与此同时，从日本的隼鸟号探测器（Hayabusa）到美国国家航空航天局的冥王号探测器（OSIRIS-REx）等多个任务，都成功从小行星上采集样本并带回地球。

这张影像跻身詹姆斯・韦伯空间望远镜首批发布的成果之列，展现了船底座星云镶嵌在繁星点点背景中的壮丽景象。

捕捉宇宙最古老影像

2021年 12 月 25 日，全球太空爱好者屏息注视着史上最强大的空间天文台 —— 詹姆斯・韦伯空间望远镜从法属圭亚那发射升空。

在距离地球约 100 万英里的轨道上，詹姆斯・韦伯空间望远镜窥探到了宇宙的黎明，观测到了遥远系外行星的大气层，重新审视了太阳系内的天体，还拍摄到了令人惊叹的宇宙景象。

其性能是哈勃望远镜的100倍，是人类观测宇宙最锐利的“眼睛”—— 而它的探索才刚刚开始。

数千颗系外行星被发现

尽管首批系外行星在20 世纪 90 年代就已被发现，但直到 2009 年美国国家航空航天局开普勒望远镜发射升空，系外行星发现时代才真正拉开序幕。

在近十年的运行期间，开普勒望远镜发现了超过 2600 颗系外行星 —— 这一惊人成果最终证实，各类行星在银河系的恒星周围十分普遍。

2018年开普勒望远镜退役后，新一代行星探测望远镜 —— 包括詹姆斯・韦伯空间望远镜和美国国家航空航天局的凌日系外行星巡天卫星——继续为我们揭示太阳系外那些迷人世界的奥秘。

我们发现了会下金属雨的行星、可能适宜居住的行星，以及在星际空间中漫游的 “流浪行星”。截至 2025 年，已确认发现的系外行星数量已达 6000 颗，且仍在不断增加。

极端天气灾害可直接归因于气候变化

数十年来，科学家们一直认为，人类对化石燃料的消耗导致全球气温上升，进而加剧了热浪、飓风、野火等极端天气事件。

但直到2004 年，研究人员才首次将一场自然灾害的严重程度与气候变化直接关联——具体来说，就是 2003 年欧洲那场致命的热浪。

这项研究标志着气候归因领域的诞生，该领域致力于区分人类活动对地球复杂气候和环境变化的影响。从那以后，我们了解到，气候变化会增加极端天气事件发生的概率（例如2019 年欧洲热浪），还会加剧这些自然灾害的严重程度。

例如，人类活动导致的气候变暖，与哈维飓风期间的强降雨，以及2025 年洛杉矶大火中助长火势的极端干燥植被均存在关联。

深海揭示生命起源可能

21世纪初，科学家们在 2000 年有了重大发现：“失落之城”—— 一片广阔的热液喷口区域，其环境与地球生命可能诞生的原始环境相似。从那以后，科学家们绘制了隐藏的海山地图，探索了神秘的海底生态系统，发现了无数奇特的生命形式 —— 包括首个已知在热液喷口产卵的动物。

发现失落考古宝藏

激光雷达是一种遥感技术，通过向地表发射激光并接收反射信号，绘制高精度三维地图。过去二十年来，这项技术已变得经济实用，广泛应用于考古勘探，催生了一系列关于古代文明和定居点的重大发现。

例如，考古学家在中美洲发现了数百个此前未知的定居点，还在柬埔寨吴哥窟等知名遗址中发现了令人着迷的新建筑。

对于中美洲、亚马逊盆地等植被茂密或偏远的地区，激光雷达技术更是发挥了革命性作用—— 它能穿透树冠，探测到隐藏在下方的古代建筑。

失踪一个多世纪的极地沉船重见天日

1845年，约翰・富兰克林爵士率领一支探险队从英国出发，寻找传说中能通过加拿大北极地区连接太平洋和大西洋的西北航道。

这场探险以恐怖和毁灭告终：探险队的两艘船 ——“埃雷布斯号”和 “恐怖号”均被遗弃，全体船员死于疾病和严寒。

七十年后，欧内斯特・沙克尔顿乘坐极地考察船“坚韧号”前往南极洲，船员们最终也不得不弃船逃生，不过幸运的是，大多数船员在这场磨难中幸存了下来。

如今，这三艘命运多舛的船只均已被重新发现：“埃雷布斯号”于2014 年被找到，“恐怖号”于 2016 年重见天日，“坚韧号”则在 2022 年被发现。

找到这些船只的艰巨努力，反映了极地探索、海洋考古学的进步；而对于北极的两艘船来说，因纽特人社区的重要参与和世代相传的关于船只的传说，也起到了关键作用。

这张三维扫描图像呈现了“坚韧号”在威德尔海海底最终安息之地被发现时的原貌。

人类谱系树增添新分支

我们智人是地球上唯一幸存的人类谱系，但自2000 年以来，科学家们发现了许多已灭绝的人族亲属，或对已知亲属有了更深入的了解。

2003 年发现的弗洛勒斯人，约 5 万年前生活在印度尼西亚的弗洛勒斯岛，由于体型矮小，这些亲属被戏称为 “霍比特人”。

南方古猿源泉种和纳莱迪人分别于2008 年和 2015 年在非洲被发现。南方古猿源泉种生活在约 200 万年前，而纳莱迪人则出现在约 30 万年前。

这两个物种都展现出了从早期人族向后期谱系（包括我们智人）过渡的特征。因此，尽管我们是现存唯一的人类，但在地球历史上，曾有许多不同的人类物种在此繁衍生息。

这具纳莱迪人的复合骨架，被数百件其他标本环绕—— 这些标本均发现于南非的升星洞穴系统。

古DNA 提取改写人类历史

除了发现新的人类亲属化石，科学家们还开创了古DNA 研究领域，以探索这些远古人类的遗传关系。过去 25 年里，提取和分析古 DNA 的方法不断完善。

例如，2010年，科学家通过一根指骨的线粒体 DNA，发现了丹尼索瓦人—— 一种与尼安德特人大致同时期灭绝的古老人类谱系。

2012 年，科学家发现了首个古人类杂交后代的遗骸 —— 尼安德特人和丹尼索瓦人的孩子，并在 2018 年通过古 DNA 检测证实了这一身份。

古DNA 还彻底改变了我们对现代人类历史的认知：它重构了近几千年来不同文化的谱系，甚至追踪了传染病在古代人群中的传播路径。

恐龙羽毛被发现

2005年，首个恐龙软组织被发现，同时还发现了许多保存完好的羽毛样本。这些发现证实了早期的理论：即使是霸王龙这样的大型恐龙，也可能长有羽毛，甚至可能有色彩鲜艳的羽毛展示。这一发现颠覆了数十年来人们认为恐龙体表覆盖鳞片的固有认知。

永久冻土层中发现保存完好的冰河时代木乃伊

随着全球气温上升，许多已灭绝的更新世（冰河时代）生物遗骸，从曾经冰封的永久冻土层中融化暴露出来。

尽管永久冻土层融化是一个令人担忧的趋势，但也带来了一个意外收获：许多保存极为完好的生物木乃伊被发现，例如有4 万年历史的猛犸象，以及有 2.8 万年历史的洞穴狮幼崽 “斯巴达”（Sparta）。

科学家们甚至成功唤醒了一只在永久冻土层中冰冻了 4.6 万年的线虫，这或许是世界上最惊人的 “冷冻休眠” 案例。

以下这些初步发现若能在未来几年得到证实，将具有重大意义。

太阳系可能存在第九颗行星

2016年，天文学家迈克・布朗与康斯坦丁・巴特金推测，太阳系边缘可能存在一颗假想的巨型行星 —— 第九号行星，其与太阳的距离约为海王星到太阳距离的 20 倍。这一极具吸引力的推测，或许能解释太阳系边缘天体运行轨迹异常的现象。

此后，科学家们一直致力于寻找这颗第九号行星的踪迹。据估算，这颗行星的质量约为地球的5 至 10 倍。新投入使用的薇拉・C・鲁宾天文台，有望在未来几年内为解开这一谜题提供关键线索。

有趣的是，正是迈克・布朗牵头推动了将冥王星归类为矮行星的认定。若第九号行星最终被证实存在，布朗将成为既促成一颗行星 “降级”、又助力一颗行星 “加入” 太阳系的科学家，这份荣誉实属罕见。

谷歌宣称实现量子霸权

量子霸权，指量子计算机能够完成传统计算机在合理时间内无法完成的特定任务。

2019年，谷歌与橡树岭国家实验室、美国国家航空航天局合作宣布实现量子霸权：其研发的 “悬铃木” 量子处理器完成一项采样任务仅耗时 200 秒，而传统超级计算机完成该任务则大约需要 10000 年。

不过，这一早期的量子霸权声明引发了诸多争议与质疑，因此该成果能否被认定为量子霸权的首个实例，目前仍有待观察。

暗能量或许并非恒定不变

数十年来，科学家们一直认为宇宙在以恒定的加速度膨胀，并将驱动这种膨胀的力量命名为暗能量，且默认其是恒定不变的。

然而，位于美国亚利桑那州的暗能量光谱仪自2021 年投入巡天观测以来，新获取的数据显示，宇宙加速膨胀的速度实际上正在放缓。

这一出人意料的发现表明，暗能量或许是一种动态变化的力量，而非恒定不变的存在—— 这一结论将颠覆宇宙学标准模型的核心假设之一。

神经系统疾病的新型治疗与预防手段

全球约有5000 万人罹患阿尔茨海默病。这种神经系统疾病会导致患者记忆力衰退、意识模糊、情绪波动等，严重影响正常生活。

近期，美国食品药品监督管理局批准了一类新型抗淀粉样蛋白疗法药物，这类药物通过靶向清除大脑中的淀粉样蛋白斑块来延缓病情发展，为阿尔茨海默病的治疗带来了希望。

不过，由于这类药物投入临床应用的时间较短，其长期疗效仍在进一步评估中。

此外，在科研人员发现爱泼斯坦- 巴尔病毒与多发性硬化症存在关联后，科学家们重燃希望，认为有望改进这种疾病的治疗方式，甚至实现预防。多发性硬化症是一种自身免疫性疾病，会逐步破坏大脑与身体间的神经信号传导。

目前，英国正在开展一项临床试验，通过疫苗验证这一疾病预防思路的可行性。

火星、金星及系外行星发现潜在生命特征

随着在太阳系内外探测到多种潜在生命特征，人类探寻地外生命的研究正式迈入新阶段。2019年，有科研团队称在金星上检测到了磷化氢，这种化学物质的来源既可能是地质活动，也可能源于生物活动。

就在去年，某团队宣称在一颗系外行星的大气层中发现了潜在生命特征（该研究结论目前仍存在争议）；与此同时，美国国家航空航天局的毅力号火星车在火星上也发现了远古微生物存在的可能痕迹。

这些发现都算不上是证明地外生命存在的确凿证据，且每一项发现都引发了争议——未来，此类发现会不断增多，争议或许也将成为常态。

尽管目前这些研究结果尚无定论，但它们表明，人类对地外生命的探索已不再局限于理论推测，而是逐渐有了越来越多实证依据的支撑。

未来25年将有哪些突破？

人们不禁会畅想，未来25年将迎来哪些科技进步？

到2050 年，人工智能、绿色能源、量子计算等新技术，又将如何改变我们的生活与世界？

没人能给出确切答案，但杜德纳提出了自己的看法。

“过去25 年里，诸多重大科技突破都源于那些起初看似无实际应用价值的基础研究，这一点让我感触颇深。” 她说道，“成簇规律间隔短回文重复序列技术就是绝佳例证：我和合作伙伴当初只是在研究细菌抵御病毒的机制，而这项出于好奇心的研究，最终催生出了如今能为医学、农业领域带来变革，甚至为应对气候变化提供新思路的核心技术。”

科学发展的良好势头需要持续保持，但即便在最理想的条件下，依然会面临诸多挑战。“如何让这些先进技术真正惠及最需要的人群—— 这才是我们目前仍在努力解决的更艰巨的问题。”

撰文：Becky Ferreira

编译：Arvin

校对：Arvin

版式设计：Arvin

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