2026年值得关注的七项新技术

从量子计算、mRNA疗法到人工智能驱动的气候模拟，《自然》杂志将重点关注以下几项技术。

**异种器官移植**
在欧洲委员会的46个国家，每天约有24人在等待器官移植时死亡，美国则有13人。巴黎内克尔医院的肾病学家亚历山大·卢皮指出：“许多终末期器官衰竭患者甚至没有进入等待名单。”异种器官移植——用亲缘关系较近的动物组织替代受损人体组织——为珍贵的人类器官提供了诱人的替代方案。但这类移植往往很快失败，只有1964年一名女性接受黑猩猩肾脏后存活了9个月是个显著例外。
问题在于免疫排斥。例如，猪细胞表面覆盖着一种名为阿尔法-半乳糖的碳水化合物，会引发人类强烈的免疫反应，因为人类体内没有这种分子。CRISPR-Cas9精准基因编辑技术为科学家提供了消除这种及其他排斥源的有效工具，结合新一代免疫抑制剂，极大改善了患者预后。
2024年，波士顿麻省总医院的临床医生与马萨诸塞州剑桥市的异种移植公司eGenesis合作，首次将猪肾脏移植到活人身上。这颗肾脏来自经过69处基因组修饰的猪，敲除了引发免疫反应的抗原和休眠病毒序列，同时插入了减少炎症和防止异常凝血的人类基因。患者存活52天后因无关心脏问题死亡。随后，美国和中国的猪肾脏接受者在恢复透析前稳定存活了8个多月，几乎追平了1964年的存活记录。
2022年，巴尔的摩马里兰大学医学院的外科医生穆罕默德·穆希丁及其同事完成了首例基因工程猪心脏移植，患者术后存活60天。2025年，中国团队报告将猪肝脏和肺移植到脑死亡患者体内，这是迈向为有恢复可能的受体进行移植的关键一步。
麻省总医院移植科主任、2024年肾脏移植项目负责人之一莱昂纳多·里埃拉表示，即使是短暂的异种移植物也能为等待人类供体的患者争取宝贵时间，但若深入了解移植排斥的个体决定因素，这些替代品可能成为长期解决方案：“异种移植确实让我们能够跳出思维定式，个性化定制肾脏，使其对免疫系统‘隐形’。”

**人工智能气象学**
2025年10月，伦敦谷歌DeepMind的AI模型向美国国家飓风中心发出了关于“梅丽莎”飓风严重威胁的早期预警。该模型提前数天预测到风暴将演变为5级强度，并准确预测了其穿越加勒比海的轨迹，而旧模型则表现不佳。
这一成功只是AI方法加速和改进本地天气预报、风暴追踪甚至全球气候模拟的一个例子，越来越复杂的模型正在迅速涌现。
在某些方面，气象学是AI的理想应用领域。地球和大气研究人员掌握着海量数据，但过去将这些数据转化为预报依赖复杂且计算密集的数值天气预报模型来处理复杂的微分方程。英国剑桥大学的机器学习研究员理查德·特纳说：“这些模型包含数百万行代码，需要大型团队运行。”但过去三年，前景广阔的AI模型开始出现，例如中国深圳华为云的“盘古气象”模型，利用深度学习将预报速度提升至现有方法的1万倍。
大多数模型只处理预报流程的一部分。但2025年，特纳及其同事发布了“土豚”（Aardvark）模型，这是一种“端到端”模型，经过训练可接收来自气象站和卫星等来源的原始数据，并提供长达十天的本地化预报。“我们在办公室的台式机上就能运行它，”特纳说，该模型的准确性与现有系统相当，有时甚至更优。
特纳还与阿姆斯特丹微软研究院合作开发了名为“极光”（Aurora）的AI“基础模型”，能准确预测超出标准天气预报范围的气象事件，如气旋轨迹和空气质量趋势。
其他AI模型更具雄心，整合了大气、海洋、极地冰等地球特征的全球信息，用于分析当前气候和预测未来变化。例如，2025年9月，华盛顿州西雅图艾伦人工智能研究所的工程师詹姆斯·邓肯及其同事介绍了“SamudrACE”模型，它整合了大气和海洋的AI模型，可模拟这些系统超过一千年的行为。
波士顿大学的环境数据科学家伊丽莎白·巴恩斯表示，AI模型将以前仅限于超级计算设施的模拟项目交到了普通研究人员手中：“以前我不得不交给其他团队的科学问题，现在自己就能解决了。”

**新一代核能**
人工智能领域投资激增，相应地也推高了对电力的需求。巴黎国际能源署预测，从现在到2030年，全球数据中心的能源需求可能每年增长15%。
挪威科技大学的能源系统研究员乔纳斯·克里斯蒂安森·诺兰表示，即使AI热潮消退，仍迫切需要用气候友好型能源来加强电网。
这些条件为核能的复兴提供了成熟机会，诺兰对小型模块化反应堆（SMRs）尤其乐观——这种核设施发电量高达500兆瓦，虽不及标准裂变反应堆的一半，但足以供数十万户家庭使用。
俄罗斯和中国已有运行中的SMRs，全球至少有100个项目正在考虑或开发中。最先进的项目（包括加拿大安大略省达灵顿核设施的一个，计划2029年投产）与全尺寸裂变反应堆设计相似。但新一代系统也在开发中，例如华盛顿州贝尔维尤的泰拉能源公司正在研发熔盐反应堆，这种高效燃料设计可大幅减少核废料，并储存反应堆运行时产生的热量供日后用作热能。
同时，被誉为“未来技术”的核聚变发电在经过数十年宣传后正接近现实。2022年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室在加州利弗莫尔的国家点火设施首次实现核聚变净能量输出。2023年，英国牛津附近的欧洲联合环流器创下发电世界纪录，5秒内产生的能量可供电1.2万户家庭使用。德国格赖夫斯瓦尔德的“温德尔施泰因7-X”装置实现了43秒持续运行的耐力纪录，展示了一种比第一代“托卡马克”设计更稳定运行的替代反应堆设计。
德国加兴马克斯·普朗克等离子体物理研究所的物理学家西比尔·京特表示，这些进展对渴望清洁能源但不愿使用核裂变的国家尤其令人兴奋，包括德国——该国计划到2029年向核聚变投资20亿欧元（约合23亿美元）。她指出，全球有50多家专注于核聚变的初创公司，包括马萨诸塞州德文斯的联邦聚变系统公司，该公司计划今年完成示范反应堆的建设。
不过，世界不会很快依赖核聚变发电。京特指出，从燃料生产到监管和工程挑战，首批商业反应堆可能要20年后才能投入使用，但与廉价、安全、丰富的电力相比，“20年并不长”。

**光学显微镜脑图谱**
电子显微镜凭借精确成像分子尺度细节的能力，一直是绘制哺乳动物大脑迷宫般回路的首选工具。2024年，“皮质网络机器智能”联盟以及哈佛大学与谷歌研究公司合作分别发表的小鼠和人类大脑立方毫米体积重建图，充分证明了电子显微镜在连接组学中的强大作用。
但绘制连接图谱是一回事，解读它是另一回事。奥地利克洛斯特新堡科技学院的成像专家约翰·丹兹尔说：“你需要区分存在哪些细胞和突触，它们是兴奋性的还是抑制性的？再深入一点，有哪些神经递质？”
2025年5月，丹兹尔团队描述了一种提取此类信息的方法。在基于光学显微镜的连接组学（LICONN）中，脑组织经过多轮膨胀显微镜处理——将组织化学固定在水凝胶中，水凝胶向各个方向均匀膨胀，分离样本中的生物分子并使其透明。使用蛋白质特异性标记，研究人员可用标准共聚焦显微镜观察细胞结构和组织的纳米级细节，同时保留组织的底层结构。通过这种方法，丹兹尔团队能够绘制轴突和树突的弯曲路径，并对它们形成的突触和涉及的细胞进行分类。
加州阿拉米达专注于光学连接组学的非营利公司E11 Bio解决了电子显微镜图谱的另一个痛点：校对。该公司联合创始人兼首席执行官安德鲁·佩恩说：“MICrONS的图谱很美，但最终只重建了约1%的细胞，其余99%至今未重建。”
2025年9月的预印本中，佩恩及其同事描述了一种方法：通过基因修饰小鼠神经元，使其表达不同组合的短蛋白表位，让每个细胞显示独特的“条形码”。然后通过荧光标记抗体的连续染色解码这些条形码，实现样本中每个神经元的基本无错误计算映射和追踪。使用18种表位，该公司可解析约26.2万个条形码，佩恩表示这项技术应足够可扩展，以绘制整个小鼠大脑的连接图谱。
丹兹尔指出，实现这一目标还需要其他进展，包括更高效的样本处理和更快的成像。但通过大幅降低校对成本，并用易于获取的共聚焦显微镜取代昂贵的电子显微镜，这些方法可能让哺乳动物连接组学更近一步。

**探索极端领域**
科学家擅长发现极限，然后突破极限。
去年6月，美国国家科学基金会和能源部发布了“薇拉·C·鲁宾天文台”的早期图像。该天文台以首次提供暗物质存在证据的美国天文学家命名，位于智利安第斯山脉，将在十年内对南天每个点进行约800次观测。利用创新的多镜面设计和32亿像素的大型数字相机，这次扫描将生成权威的天体及其随时间变化的目录。西雅图华盛顿大学的天体物理学家热利科·伊维奇说：“我们估计将有约200亿个星系和接近这个数量的恒星， catalogued的天体数量将超过地球上的人口，每个天体都将测量多个参数。”
来自30多个国家的数千名科学家已排队等待使用该天文台的数据，这些数据将于2028年初开始公布。伊维奇预计，该设施将解决从调查对地球构成潜在威胁的小行星，到证明（或否定）天文学家认为与宇宙加速膨胀有关的神秘“暗能量”存在等问题。