科学家证实交变磁性存在，有助制造新型磁性计算机

一直以来，铁磁性和反铁磁性被认为是材料的两种主要磁序。2019年，研究人员预测存在第三种磁性类型，即交变磁性。瑞士保罗·谢勒研究所的Juraj Krempasky和同事通过测量费米面，在碲化锰和锑化铬等材料中首次观察到交变磁性。交变磁体既具有反铁磁体的稳定性和快速自旋翻转的速度，又可以像铁磁体一样轻易进入不同状态，通过在不同方向施加电流即可控制。

研究人员指出，交变磁体不像铁磁体那样拥有外部磁场，可用其制造互不干扰的磁性设备。交变磁体甚至可用于制造使用自旋而非电流进行测量和计算的自旋电子计算机。相关研究成果2月14日发表于《自然》。

科学家发现第一种固氮真核生物

某些细菌能够固定大气中的氮，将其转化为植物可利用的氨，用于合成蛋白质及其他分子，但此前尚未发现任何真核生物具备这种能力。美国科学家发现了第一种固氮真核生物，能够通过一种名为“硝基体”的新型细胞器固定氮气。

大约1亿年前，海藻和一种特殊的固氮蓝细菌开启共生关系。藻类细胞吸收了这些细菌，使其失去基因和生化能力，只能依赖藻类生存，并跟随藻类的时间周期繁殖，逐渐成为内共生细胞器之一。

该发现有助于促进植物的基因改造，设计出能够自行固氮的农作物，从而提高作物产量，减少对氮肥的需求。相关研究成果4月11日发表于《科学》。

AlphaFold 3来了

5月8日，《自然》报道了AlphaFold 3能以较高准确率预测蛋白质与其他生物分子相互作用的结构。该模型由谷歌DeepMind和Isomorphic实验室团队研发。

2020年问世的AlphaFold和迭代版AlphaFold 2能够根据蛋白质的氨基酸序列预测其3D结构。AlphaFold 3是该人工智能模型的最新迭代，准确率与之前的专用工具相比显著提升，能预测蛋白质与其他蛋白质、核酸、小分子、离子、修饰蛋白质残基的复合物，以及抗体-抗原相互作用。

这种用计算机解析蛋白质与其他分子复杂相互作用的能力，将增进研究人员对生物过程的理解，并有望推动药物研发。

日本探测器首次发现超新星中微子

6月14日至22日，在意大利米兰举行的“中微子2024”大会上，日本东京大学的物理学家原田正之透露，他们可能通过超级神冈探测器识别出了超新星中微子的第一个线索。

2018年至2020年，超级神冈探测器进行了一次简单但重要的升级，科学家向探测器的水中添加了一种钆基盐，使得反中微子撞击水时产生的中子能被钆原子核捕获，从而释放出第二次能量闪光。

超级神冈探测器发言人中畑雅行表示，真正的超新星信号仍然需要几年时间才能清晰出现。当超级神冈探测器于2029年关闭时，应该能够收集足够多的数据作出可靠的判定。

超新星中微子对了解超新星内部发生的事情至关重要，也可以提供极端条件下潜在新物理现象的信息。

迄今最古老人类基因组测序完成

7月7日至11日，在墨西哥巴亚尔塔港举行的2024年分子生物学和进化学会年会上，德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的研究人员报告了一名20万年前男性的新的丹尼索瓦人基因组。该基因序列是迄今最古老的高质量人类基因组，比之前的纪录保持者早8万年。

在位于西伯利亚阿尔泰山脉丹尼索瓦洞穴中，研究人员获得了被称为“丹尼索瓦3”的女性基因组，还从另外7个个体零碎的牙齿、脚趾骨化石中获得了核DNA和线粒体DNA片段。

这名丹尼索瓦男性“丹尼索瓦25”来自一个与丹尼索瓦3不同的早期丹尼索瓦人群，并且从一个古老的、此前未知的尼安德特人群中继承了5%的基因组。丹尼索瓦25所在人群后来被丹尼索瓦3的群体取代，他的祖先曾多次与尼安德特人交配繁衍。

大型强子对撞机实现量子壮举

瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的研究人员首次观察到夸克间的量子纠缠，可能为进一步探索高能粒子中的量子信息打开大门。相关研究成果9月18日发表于《自然》。

夸克间的量子纠缠是一种粒子相互混杂、失去各自特性，从而无法再被单独描述的状态。为在CERN的大型强子对撞机（LHC）上观察纠缠现象，物理学家通过ATLAS（超环面仪器实验）探测器分析了大约100万对顶夸克和反顶夸克，它们是已知最重的基本粒子及其反物质对应物。

成功观测到顶夸克纠缠可以加深研究人员对顶夸克物理学的理解，并为未来的高能纠缠测试铺平道路。

新研究首次确认碳原子间可形成单电子共价键

日本东京大学和北海道大学的研究人员突破了共价键中成对电子的束缚，在“只有一个电子的共价键”提出近一个世纪后，终于创造出这种新型化学键——碳-碳单电子σ键。相关研究成果9月25日发表于《自然》。

研究人员通过化学反应从两个碳原子间现有的双电子共价键中去除一个电子，并利用X射线衍射和拉曼光谱对其进行分析，经密度泛函理论计算后，确定它有一个由单电子组成的稳定共价键，最终证实了碳-碳单电子σ键的存在。

研究团队实验用的分子有278个电子，因此去除正确的电子并防止其他电子立即取代其位置是一项壮举。这一发现可能促使化学家创造出全新的分子家族。

史上最小“尺子”问世，可测原子宽度

德国马克斯·普朗克多学科科学研究所的研究团队使用发光分子、激光和显微镜对一种名为超分辨率显微镜（MINFLUX）的方法作了改进，从而能够精确测量小至0.1纳米的距离。相关研究成果10月10日发表于《科学》。

研究人员使用该方法测量了几种蛋白质分子间的距离，其中最短距离仅为0.1纳米。荧光标尺可精确测量12纳米的距离，这意味着其测量范围比许多传统方法更宽。

该研究突破了传统方法的局限，为生物学家精确观察大分子内部原子及原子簇之间的距离提供了研究工具。研究团队表示，接下来将进一步完善该方法，并增加可以深入观察的大分子数量。

科学家发布人类细胞图谱

《自然》系列期刊于11月21日发表了人类细胞图谱（HCA）计划论文合集，描绘了人体细胞的初步草图。

此次最新发表的合集重点介绍了HCA联盟近期在3个关键领域的发现。首先，从人类发育组织中产生了新数据。其次，开发了新的分析工具，包括一种基于机器学习的方法，可以根据表达谱搜索相似细胞。最后，该合集对特定器官或生物系统的可用数据进行了整合分析。

这些研究成果结合了新数据和分析工具，其中一些基于人工智能和机器学习，能够帮助科学家在细胞水平上理解人类健康和疾病。

8分钟预测15天天气AI天气预报模型击败世界级系统

谷歌DeepMind开发的首个天气预测人工智能模型GenCast，比目前运行的最佳中期预报系统——欧洲中期天气预报中心的集合预报（ENS）更精准。GenCast在8分钟内能生成15天的天气预测，而目前的预测模型需要几个小时。相关研究成果12月5日发表于《自然》。

据介绍，包括ENS在内的传统模型，都是基于模拟地球大气物理规律进行预测的数学模型。它们需要用超级计算机处理来自卫星和气象站的数据，这一过程往往需要数小时并消耗大量算力。

相比之下，利用历史天气数据进行训练的GenCast，能够解析气压、湿度、温度和风力等变量间复杂关系。目前，GenCast已经开源，这将有助于推进相关研究。