在科学领域又一个辉煌的年度里，天文学家公布了有关宇宙的新发现，生物学家绘制出了我们星球上生物更为清晰的图谱，古生物学家则为数百万年前曾在地球上漫步的恐龙勾勒出了更丰富的画面。人类最新的科研成果汇编持续引发人们的兴趣，同时也揭示出了有待解决的新谜团。
以下是《国家地理》评选出的 2024 年一些最引人入胜的重大突破。
1. 天文学家探测到时空结构中的巨大涟漪。
科学家首次探测到了在银河系中传播的低频引力波。这些宇宙涟漪很可能是数十亿光年之外超大质量黑洞相互作用并合并所产生的遥远回声。一个由国际研究人员组成的联合体通过测量脉冲星电信号中的微小时间变化发现了这些宇宙波。这些发现表明，早期宇宙中存在的巨型黑洞比此前认为的要多得多，而且继续研究这种新型引力波有助于揭开有关我们宇宙起源的诸多细节，也能更好地解释那些为宇宙提供动力却不可见的物质和作用力。
2. 大脑解码器可翻译人类思想 —— 为那些失去语言能力的人带来希望。
尽管严格来说它算不上是一种 “读心” 设备，但得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员报告了他们一项具有革命性的成果 —— 在实验室中，他们基于人工智能的新系统能够将一个人的大脑活动转化为连续的文本流。这种语义解码器不需要通过手术植入设备，而是依靠功能性磁共振成像（fMRI）扫描来捕捉大脑对播客或图像等事物做出反应时的活动情况。大脑解码系统并非逐字逐句地生成文字记录，而是基于个体对特定词语或图像的反应情况创建一个大脑活动模式的 “词典”，然后利用该 “词典” 将大脑活动与这个人正在思考的其他事物进行交叉对照。这项依赖人工智能语言生成算法的技术目前尚处于早期阶段，不过它已经引发了关于非自愿情况下的精神隐私和伦理方面的棘手问题。然而，对于那些有沟通障碍的人的家属来说，这项成果带来了新的希望。
3. 远古鲸鱼可能是有史以来体型最大的动物。
蓝鲸 —— 一种远古鲸类，被恰如其分地命名为 “秘鲁巨鲸”（Perucetus colossus），它可能是有史以来体型最大的动物。对这种 3700 多万年前曾在秘鲁沿海水域游弋的远古鲸鱼化石骨骼进行的一项新分析表明，这种动物的体重可能超过 300 吨，体长约为 60 英尺。如果它真的如科学家所推测的那么重，那么它将是已知有史以来体型最大的动物。蓝鲸虽然体长更长，约为 100 英尺，但体重仅约 200 吨。
4. 霸王龙有嘴唇，这改变了我们对这种恐龙的固有印象。
霸王龙及其他食肉恐龙的嘴部形态可能与此前人们所认为的有所不同，它们长着嘴唇，能够遮盖住那令人望而生畏的牙齿。一组古生物学家在研究了现代与这些史前动物类似的生物（包括鸟类和爬行动物），并结合已知的恐龙解剖学细节后，得出了这一令人惊讶的结论。他们写道，霸王龙及与其相关的食肉恐龙很可能长有软组织，这些软组织覆盖着它们锋利的牙齿，既能保护它们的口腔，又能让它们的牙齿时刻保持最佳状态，以便发动攻击。
5. 有着 300 万年历史的石器彰显了我们非人类近亲的创造力。
在肯尼亚西南部，考古学家有了一项令人惊讶的发现：他们挖掘出了与傍人（Paranthropus）化石一同掩埋的石器，傍人是我们人类的一种远古非人类近亲。这些石器的发现 —— 它们可能有着多达 300 万年的历史 —— 为非人类的古人类发展出石器技术提供了证据。而且，这一发现还表明，工具的发展比此前人们认为的时间更早。克利夫兰自然历史博物馆的古人类学家Emma Finestone向《国家地理》表示，傍人有着硕大的牙齿和颌骨，所以此前人们大多认为它们不太可能使用石器，因为这些工具对于它们加工食物来说并非必不可少。而最新的这些发现似乎推翻了这一假设。
6. “失落的世界” 或可将复杂生命起源的时间进一步往前推。
从澳大利亚及其他地方的古老岩石中提取出的化学线索表明，复杂细胞在大约 16 亿年到 8 亿年前就已经很常见了，这为复杂生命起源时间早得惊人的相关理论提供了支撑。真核生物（拥有清晰界定的细胞核的生物）的演化在很大程度上一直难以捉摸，于是一个国际研究团队采取了一种新策略：寻找真核生物用以形成细胞膜的分子的副产物。他们推断，如果能在古老的岩石样本中找到此类证据，那就可以作为真核生物存在的证据。他们所发现的这些分子中最古老的样本来自澳大利亚的巴尼溪组（Barney Creek Formation），其历史可追溯到 16 亿年前 —— 这使得真核生物存在的化学证据在时间上往前推移，使其与微化石证据更为契合。
7. 已发现的行星数量超过 5500 颗。
在 8 月，大约在天文学家发现太阳系外首批行星的 30 年后，科学家公布他们又发现了 6 颗新的系外行星，这使得我们已知行星的总数超过了 5500 颗。借助凌日系外行星勘测卫星（TESS）等望远镜开展的系外行星搜寻工作，不断揭示出银河系中各种各样令人瞩目的新天体。而且，詹姆斯・韦伯太空望远镜以及其他功能强大的天文台也在为这些天体提供更多细节信息，比如 K2-18 b 这颗行星，它的大小介于地球和海王星之间，其厚厚的大气层之下可能存在全球性的海洋。
8. 黑猩猩和人类一样，也会经历更年期。
长期以来，生物学家一直对动物在过了繁殖年龄后仍能长寿这一现象所蕴含的进化益处感到困惑。目前已知只有虎鲸、短肢领航鲸、独角鲸、白鲸、伪虎鲸以及人类会经历更年期。不过，一项基于对乌干达基巴莱国家公园（Kibale National Park）黑猩猩尿液中激素进行扎实且长期分析的新研究证实，至少在该地的黑猩猩会经历更年期，并且此后还能继续存活。这项尿液研究涵盖了 14 至 67 岁的雌性黑猩猩，结果显示这些黑猩猩在大约 50 岁时经历更年期，这与人类通常在相近年龄经历更年期的情况形成了有趣的对照。有证据表明，在部分鲸类和海豚物种中，年长的雌性会参与抚养后代，但黑猩猩似乎并非如此，因为它们并不会抚养亲属的后代。然而，有一种理论认为，更年期有助于减少这些灵长类动物的繁殖竞争，未来几年科学家们将继续对此展开研究。
9. 美洲鳄中首次发现孤雌生殖现象。
在这种被称为孤雌生殖的无性繁殖技术的最新案例中，哥斯达黎加一个公园内的一只单独的雌性美洲鳄在没有雄性参与的情况下产下了后代。这种现象通常出现在动物面临极端的种群压力时，此前在其他动物中也有报道，包括极度濒危的加州秃鹰、多种鲨鱼、科莫多巨蜥和某些蛇类，但此前从未在任何鳄鱼物种中发现过。这只雌性鳄鱼大约有 16 年没有和同类接触过，基因分析证实，这个胎儿确实是其母亲的部分克隆体。尽管这只动物是在圈养环境下生活，但这一发现对其野生同类也有重要意义，因为国际自然保护联盟（IUCN）已经将美洲鳄列为易危灭绝物种。
10. 科学家构建出一个更新、更具代表性的基因组。
美国国立卫生研究院（NIH）在今年公布了一个新的泛基因组 —— 这是对已有 20 年历史的人类参考基因组迫切需要的一次更新。新的模型涵盖了更具代表性的人类样本，这是改进个性化医疗的必要步骤。目前，这个新的泛基因组包含了 47 个人的基因组序列，不过该模型计划最终纳入约 700 个人的基因组信息。此前的参考样本主要来自于一个个体的基因组，其他数据点也大多取自欧洲血统人群。据美国国立卫生研究院称，尽管任意两个人的基因组通常有超过 99% 是相同的，但梳理个体间的差异能够揭示有关疾病易感性的关键信息，并为关键的医疗决策提供指导。
11. 在土星的恩克拉多斯（土卫二）上发现了磷，这是生命可能存在的关键迹象。
新的化学证据表明，土星的这颗卫星或许具备支持生命存在的条件。科学家在今年宣布，他们在土星的第六大卫星 —— 恩克拉多斯的海洋中发现了磷元素。除了碳、氢、氮、氧和硫之外，磷是维持生命所必需的第六种元素。天文学家此前已经在恩克拉多斯上发现了其他五种元素的迹象，所以这一最新发现 —— 通过卡西尼号宇宙飞船的宇宙尘埃分析仪收集的冰粒检测到 —— 使得这颗冰冷的星球成为外星生命存在的一个颇具希望的候选天体。