正文
（spectroscopy）
。
本研究是在英国国家高级电镜中心完成的，那里有世界上研究物质原子结构最先进的设备。科学家们先制备了一块仅含有一个硅原子杂质的石墨烯晶体，然后将电子束直接聚焦轰击在那个硅原子杂质上。这时硅原子就会左右前后的振动，同时吸收部分入射电子束的能量。研究人员所做的就是测量到底吸收了多少能量。
巴黎索邦大学Radtke博士是本文的合作者，他的理论计算显示了硅是如何振动，以及该振动又是如何影响周围的碳原子的。他说：“硅原子在石墨烯晶格中的每一个位置都对应着一种独特的振动波谱。我们可以通过理论来计算这些杂质硅原子如何影响周围碳原子的晶格，但本文的实验方法让我们可以在原子精度来测量到这样细微的变化，真的是个了不起的技术。”
石墨烯（碳原子用黑色表示）晶格中掺杂了一个硅原子（紫色）。|来源：D. Kepaptsoglou, SuperSTEM
利兹大学Ramasse教授总结：“我们的研究直接表明，固体中的异原子会改变材料原子尺度的振动特性。虽然几十年前人们就预测了这样的结果，但一直都没有办法通过实验证实这种振动的变化。我们的研究是首次记录了缺陷在原子精度的的特征信号。”
[1]http://www.leeds.ac.uk/news/article/4558/tickling_an_atom_to_investigate_the_behaviour_of_materials
[2]https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1124/tab-pdf
更快了！地球的大型生态系统在崩溃
如果科学家告诉你亚马逊森林可能在49年内消失，你愿意相信吗？
在人们的印象中，雨林、珊瑚礁这类大型生态系统似乎远比一片池塘来得顽强，崩溃的速度也更缓慢。然而《自然通讯》的一项研究
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表明，地球大型生态系统的崩溃速度很可能比之前预测的要快得多。
正如湖泊会长满水华、雨林会成为荒漠、珊瑚礁会逐渐白化，在受到外界压力时，生态系统的类型会迅速发生转化。来自英国南安普顿大学等机构的学者研究了包括陆地、水体等大小40处生态环境演变的数据，发现尽管大型生态系统由于规模更大而崩溃的时间更长，但转化的速度却远远快于小型生态系统、与其规模并不成比例。这一现象是因为大型生态系统往往由多个物种和栖息地的“子系统”组成。这种组成模式最初可以为生态系统提供应对外界压力的弹性；然而一旦压力超过某一阈值，这种模式反而会加快生态系统崩溃解体的速度，称为“解体效应”。近期澳洲山火的迅速蔓延可能也是这一效应的佐证。
“最初，没有人在意这场灾难。这不过是一场山火，一次旱灾，一个物种的灭绝，一座城市的消失。直到这场灾难和每个人息息相关。”或许我们是时候停止破坏、为地球生态系统的快速变化做好准备了。
[1] Cooper, G.S., Willcock, S. & Dearing, J.A. Regime shifts occur disproportionately faster in larger ecosystems. Nat Commun 11, 1175 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15029-x
[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/uos-ple030620.php
究竟谁用的抗生素更多？
抗生素是一类能够杀死细菌或阻止其生长的化学物质，为细菌引发的严重感染提供了非常有效的治疗手段，在二战期间曾挽救了无数的生命。但近10年来，人们已经习惯用抗生素来解决各类问题，这使得抗生素在全球范围内的用量不断激增，抗生素滥用问题也越来越严重。这不仅导致了抗生素耐药性的问题，长此以往还将使未来人类在面对细菌感染时陷入无药可用的境地。
绝大多数抗生素都需要在医院出具处方才能获得，因此研究人员根据医院记录，发现不同地区、不同人群的抗生素消费量存在着巨大差异。究竟是哪些因素造成了抗生素使用的差异呢？德国波恩大学“健康与城市转型”研究项目的研究人员通过评估全球医疗机构抗生素使用的73项调查研究得到了答案，该研究报告
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将发表在《国际卫生与环境健康杂志》今年5月刊上。
研究人员将抗生素使用决定因素的约600个变量分为了46组，并通过分析发现，患者的年龄、教育程度、就业、收入和发病率等对抗生素的使用均有明显的影响。例如，城市居民比农村居民服用更多的抗生素；儿童和老年人比中年人更有可能服用抗生素。另外，教育水平较高的人抗生素滥用情况往往也较少，但是在较贫穷的国家中这一结果却相反，这可能是因为那里的人群中一般受过良好教育的人才更有机会拥有完善的医疗保障，或者更有能力去看医生及购买药品。
已有研究表明民族文化似乎对抗生素使用习惯存在一定影响。例如，被认为更具竞争力的“男性化”社会的公民平均使用更多的抗生素。然而关于社会文化参数方面的相关研究还比较少，针对中低收入国家抗生素使用的研究也明显不足，研究人员认为这些都是未来需要关注的问题。这项研究的结果将抗生素使用的决定因素与实际使用情况联系起来，为进一步研究和防止抗生素滥用指明了道路。
[1]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1438463919309605?via%3Dihub
[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/uob-acd031120.php
苍穹之下的空气污染是人类健康最大威胁
苍穹之下的空气污染是任何人都无法逃避的。在污染的空气中长时间暴露，会大大增加罹患心血管以及呼吸系统疾病的风险。最近，来自德国马克思普朗克化学研究所和美因茨大学医学中心的科学家们进行的一项新研究
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表明，全球范围内的空气污染导致的减寿比吸烟等其他诸多因素都要严重，其导致的心血管疾病是人群早逝的主要原因。
2015年全球因空气污染导致880万人早逝，相当于人均减寿2.9年；而因烟草导致的早逝人口是720万，相当于人均减寿2.2年；因寄生虫和传染病导致的早逝人口是60万，相当于人均减寿0.6年。空气污染导致的早逝人数是疟疾的20倍、暴力犯罪的18倍、艾滋病的10倍。马克思普朗克化学研究所主任Jos Lelieveld认为，空气污染对健康的影响已经构成全球大流行。
该研究表明，由空气污染导致的死亡在东亚（35%）和南亚（32%）最高，非洲其次（11%），欧洲（9%）和南北美洲（各6%）随后，相关最低死亡率出现在空气质量标准全球最严的澳大利亚（1.5%）。空气污染中的细微颗粒物会导致心血管损伤，进一步导致心脏病、中风、心律失常和心脏衰竭等疾病。该项研究认为，空气污染导致的死亡中有三分之二
（每年约550万人）
是可以避免的。导致空气污染的主要原因来自于化石燃料
（煤炭、石油等）
，研究估计若完全杜绝化石燃料排放，那么全球人口的平均寿命可以增加1年。
空气污染影响全球预期寿命分布图：一个国家的颜色越深，预期寿命下降得越多|来源：Lelieveld et al., 2020
[1] https://www.mpg.de/14551937/air-pollution-health-risk
[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/m-api030520.php
实时三维观测液晶态活性物质中的缺陷
“活性物质”
（active matter）
是什么？典型的例子有鸟群、鱼群这样的宏观物体，也有细菌、细胞这样的微观生物体，还有人工合成的颗粒等。在活性物质中，个体看似简单、混乱，但集体行为却规则、有智慧。
对于智能材料的开发、机器人的集群控制、理解癌症的侵袭等，活性物质的研究都有重要的理论和实际应用价值，也因此吸引了众多学者的目光，成为当前软物质物理的前沿方向。我们可以泛泛地将活性物质定义为：从外界获得能量，并通过局部的相互作用自发形成组织结构的一类体系。
向列型液晶分子
（nematic liquid crystals）
是常见的活性物质模型体系之一。由于彼此间的相互作用，这些杆状分子倾向于沿统一的方向排列。虽然这样的液晶分子总体上结构规则，但其中存在的缺陷会在局部形成湍流结构
（turbulence）
。当获得能量后，这些液晶活性物质会发生流动，在此过程中线缺陷会生长、夹断或者收缩，呈现出被称为“活性湍流”的有趣动态。然而，这些液晶分子非常小，运动的又太快，之前对其三维运动的研究主要是依靠理论和模拟，高时空分辨率的三维观测一直是个难题。
荧光染色的微管束分子形成的活性湍流。|来源：[1]
近日《科学》杂志报道
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了一项重要的突破：在加州大学Merced分校和圣巴巴拉分校的科学家合作完成的一项工作中，研究人员首次采用显微成像技术，在实验中观测到液晶态活性物质的拓扑缺陷在三维空间中的动态运动。
该体系由微管束和噬菌体病毒组成：微管束分子消耗ATP，在整个样品中穿梭运动，使体系流动起来；而杆状的噬菌体病毒在室温下向列型排列，并在微管束的流动下发生形变，产生缺陷。实现三维观测的核心技术是所谓的激光片层显微技术
（light sheet microscopy）
，借助这种技术可以快速地扫描整个材料，从而实时追踪其中缺陷的动态行为。
研究结果表明，在三维的向列型液晶中主要存在线位错和环位错，甚至还有莫比乌斯环。而这些位错可以成核、收缩、张开和融合。
法国的活性物质专家Denis Bartolo教授认为，这一工作为复杂活性材料的观测提供了“令人叹服的实验平台”，也对开发活性智能材料的应用大有裨益。
利用片层显微技术所揭示的噬菌体病毒分子在三维空间形成的拓扑缺陷结构 | 来源：[1]
[1] Denis Bartolo, Rings rule three-dimensional active matter, Science, 367(6482), 1075-1076
[2] Guillaume Duclos, et al. Topological structure and dynamics of three-dimensional active nematics. Science, 367(6482)，1120-1124.
[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/aaft-fro030220.php
