”少年班“出身的天才少女,34成哈佛教授,離諾獎只差運氣!

大學 少年班 莊小威 哈佛大學 SMETalk 2017-06-09

”少年班“出身的天才少女,34成哈佛教授,離諾獎只差運氣!

近日,馬里蘭大學中國女留學生楊舒平的演講,在網上引起了廣泛的熱議。

同時,這段視頻也帶火了另一段畢業演講視頻

”少年班“出身的天才少女,34成哈佛教授,離諾獎只差運氣!

這位名叫何江的農村子弟,是首位在哈佛博士畢業典禮上演講的中國人。

“Sweet and Fresh”不同,他不帶諂媚,不卑不亢地指出了中國存在的問題,並對中國未來寄予希望。

同樣是畢業演講,鮮明的對比下,高下立判。

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名師出高徒,這話不假。

原來在這位哈佛學霸何江背後,還有著另一位更厲害的科學家大牛——莊小威。

在何江眼裡,她就是自己的role model(偶像和榜樣),她才是真正大師級的傳奇人物。

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莊小威與何江

天才少女、中科大少年班、與諾貝爾獎最接近的華人女性、美國科學院最年輕華裔院士、哈佛大學雙聘教授、第一位獲美國“天才獎"的華裔女科學家、以她名字命名的哈佛實驗室...

這些都是她身上自帶的光環。

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莊小威,1972年出生於江蘇省如皋市,父母親是中科大的教授。

雖然未曾正規學過拼音識字,但5歲時,莊小威就已經是科大附小的二年級生。

然而在班裡,她年齡最小,卻是最聰明的學生。

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莊小威全家福,左一為同年莊小威

受父母親的影響,莊小威從小就對科學感興趣,同時也被物理嚴謹的推理之美所吸引。

初中時,她就曾獲全國數理化競賽第一名。

15歲,她又憑高考600多分的狀元成績考入中國科技大學少年班。

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在天才雲集的少年班,莊小威也完全不露怯。

憑著對物理的熱愛,她對物理的每一個細節都不放過。

本來不太在意成績的她,最後竟考了個四大力學課程滿分

這個“大滿貫”的傳奇記錄,至今在科大還沒人能打破。

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莊小威的天才形象,在少年班裡也深入人心。

在少年班的同學回憶,“小威得天獨厚,還有一心兩用的本領,能一邊聽《三國演義》,一邊做原子物理作業,讓我們好生佩服。”

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中科大少年班畢業後,莊小威便赴美開始博士生涯,那年她僅僅19歲

2003年,這位天才少女更是被美國麥克阿瑟“天才獎”垂青,獲得50萬美元獎金。

她是首位獲此殊榮的華人女性,同時也是獲獎者中最年輕的一位。

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麥克阿瑟天才獎,獎金金額有50萬美元

2006年,年僅34的她便成了哈佛大學物理和化學系的雙聘教授。

與此同時,以她名字命名的單分子生物物理實驗室建成。

此後,她便帶領著21名博士、博士後開始研究流感、艾滋病、SARS等病毒入侵宿主細胞的過程。

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莊小威的實驗室網站首頁

天才少女,天才少年班,“天才獎”,彷彿她的所有經歷都與她的天賦異稟有關。

但實際上,任何的成就都不會來得那麼理所當然。

而成長中的艱辛只有莊小威自己知道。

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25歲的莊小威在博士畢業後,導師沈元壤就鼓勵表現不錯的她找教職。

當時斯坦福大學就告訴莊小威,說對她各方面很滿意,準備給她留一個職位。

莊小威心裡異常激動啊,而且開始有點自我膨脹。

畢竟她的同學還在讀博士後,自己就已經是斯坦福助理教授了。

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莊小威加州伯克利分校的博士畢業照

然而在她沾沾自喜時,她也迎來了人生第一個打擊。

斯坦福大學在最後一刻竟改口,覺得她Not Ready,只給了她在斯坦福大學讀博士後的機會。

得知結果的莊小威哭了很久,並開始對自己的自滿進行反思。

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小威的博士後導師朱棣文

在這之後,無論哪個大學打電話來邀請她參加教職,她都一一拒絕了。

因為她也看清自己確實Not Ready,不能為了教授的風光而丟掉最本質的動力。

沉下心來的莊小威,決定加入朱棣文在斯坦福大學的實驗室。

朱棣文是華裔物理學家,獲1997年諾貝爾物理學獎,同時也是美國能源部部長。

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莊小威與朱棣文合照

頂級教授和頂級學生相遇,註定要有新鮮事發生。

兩個物理學家,一句“Why not?”,竟突然轉向了完全不熟悉的化學、生物學領域。

可能你會覺得好歹是個斯坦福博士,就算讀的物理系,生物肯定也不會差到哪去。

但莊小威的情況卻是,連DNA和RNA的區別是什麼都不知道。

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原因是莊小威所在少年班環境十分自由,除了必修的英語和語文外,其他課都可以自由選修。

而她自己則全憑興趣選擇了物理和數學,一門生物都沒有學。

後來她就常自嘲,“我那時連DNA和RNA的區別都搞不清,是完全的無知者無畏。”

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跨學科是偶然的事,但能堅持下來,絕不是因為偶然。

前兩年,她幾乎都是在摸索和試探,沒有做出任何成功,哭鼻子更是家常便飯。

...

憑藉著努力,2006年,莊小威就在哈佛大學建立了以她名字命名的實驗。

實驗室的建起,也讓她的生活變得更忙碌了。

一週工作7天,每天都從早上10點開始,工作到半夜12點。

她說“除了吃飯睡覺,剩下的時間都在工作。”

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一排右二莊小威,生物動態光學成像中心首屆國際學術評審委員會(SAB)會議

雖說當初跨界投入生物領域是個不小的挑戰,但是物理專業的背景也給莊小威帶來了許多幫助。

她創造性地將生物熒光和顯微分析技術結合,發明了“超高分辨熒光顯微技術”。

這種技術,克服光學顯微鏡的衍射極限,使得實時揭示生物分子運動成為可能。

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莊小威與她的學生在實驗室

工欲善其事,必先利其器。

自光學顯微鏡誕生以來,科學家們就能通過鏡頭,看到細菌等微小生物的動態。

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衍射極限中的艾裡斑

但傳統的光學顯微鏡其實存在著一個衍射極限,使光學顯微成像系統只能在樣品上形成有限的光斑(艾裡斑)

因為這個光學衍射極限存在,能觀察到200納米到300納米已經是極限了。

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德國物理學家Ernst Abbe發現了光學顯微鏡的衍射極限,並將其刻在墓碑上

而採用不同成像方式的電子顯微鏡,雖能達到納米級的分辨率,但必須在真空條件下觀察。

電子顯微鏡的真空下條件下,生物無法生存,觀察生命運動也基本沒轍。

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極度罕見,可以在真空下生存的生物“水熊蟲”,在電子顯微鏡下的照片。

所以要想觀察到細胞內細胞器、病毒如何影響細胞等生命活動過程,變成亟待解決的問題。

現代生物醫學研究中,理解人體生命的作用過程和探明疾病的產生機理,也因顯微鏡的極限碰到瓶頸

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而莊小威研究的“超高分辨熒光顯微技術”,就是為打破這個瓶頸而生的。

她的研究亦叫STORM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy),中文翻譯為“隨機光學重構顯微技術”。

STORM的關鍵是在於突破瞭如何用光控開關探針,來實現單分子發光與重組成像的技術。

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2004年,她的研究組就發現了某種花青染料具有光控開關的性質。

光控開關性質:染料可通過不同顏色的激光,使自身激活成熒光狀態和失活無光狀態,通俗點說就是和“開燈”和“關燈”一樣道理。

莊小威利用這種光控開關性質,讓原本很擠的生物分子們分別單獨發光。

照完一張相後,讓本來的發光點“關燈”,讓原本不發光的點“開燈”,再繼續照相。

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STORM成像原理圖

如此反覆,拍下成千上萬張顯微像後再重新疊加,最後得到超高分辨率的圖像。

這種方法巧妙地“克服了光的衍射極限”,得到了高於普通光學顯微鏡10倍的超高分辨率。

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STORM與傳統顯微鏡的分辨率對比

2006年,莊小威就STORM在《自然·技術》雜誌上發表相關論文。

在2011年,她又進一步克服了之前耗時長的缺點,開發出了更高性能的STORM。

這一路走來,莊小威也成了超分辨率熒光顯微鏡的大戶,隔三差五就在頂級雜誌上發表重要研究成果。

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神經元軸突中肌動蛋白,常規圖像(上)和3D STORM圖像的比較(2013年)

那時候很多人都猜測, 如果超分辨率熒光顯微鏡是諾獎成就,那莊小威必然是得獎者。

但是,世事卻總是在關鍵時刻和莊小威開玩笑。

...

一將功成萬骨枯,用來形容諾貝爾獎確實不為過。

2014年的諾貝爾化學獎頒給了白茲格、赫爾和莫納三位物理學家。

第一個被唸到名字的白茲格,獲獎的理由就是——“超分辨率熒光顯微鏡”PALM

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2014年獲諾貝爾化學獎的三位科學家

同為“超分辨率熒光顯微鏡”的研究,諾貝爾化學獎名單上卻沒有莊小威,這在華人世界引起了不少爭議。

特別是在華人科學家聚集的網站上,大家都紛紛為莊小威抱打不平。

關於性別歧視,種族歧視之類的猜測不斷。

一位清華大學的教授在微博上就寫道:聽到白茲格名字的時候,我幾乎要準備給莊小威寫賀信了.....

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白茲格

雖然諾獎結果已是板上釘釘,塵埃落定的事情。

但莊小威的STORM,與白茲格的PALM可以說是並駕齊驅的一項技術。

而且在後續發展跟推廣方面,莊小威的作用可以說是比白茲格更重要。

相關論文的發表時間上,也只是一天之隔。

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白茲格的相關論文發表於2006年8月10日出版的《科學》雜誌(3月13收稿,8月2日通過評審)

莊小威的相關論文發表於2006年8月9日出版的《自然·技術》雜誌(7月7日收稿,7月31日通過審評)

對這一質疑,諾貝爾獎委員是這樣解釋的。

第一:白茲格早在1995年發表了論文,對這一技術提出了理論設想。

第二:白茲格論文的收稿時間要比莊小威早幾個月。

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莊小威雖與諾獎無緣,但她的成就確實是諾獎級別的。

縱觀歷史,沒得到應有殊榮的能人異士大有人在。

而莊小威也當得起無冕之王這四個字。

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莊小威在北大演講

就算沒有諾獎加持,莊小威這一路仍然圈粉無數。

每次開講座,必定是座無虛席、人滿為患的情況。

這不,文章最開始的提到的哈佛博士何江,就是因為莊小威,才立志考上哈佛找小威學姐(何江也是中國科技大學畢業的)。

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莊小威三十而立就已經立於學術之巔,未來成就更是不可估量。

2016上半年,莊小威和他的團隊就已經在Nature、Science、Cell等頂級學術雜誌發表了多達10篇的研究論文。

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現在她仍致力於將STORM的能力提高,並設想著未來能夠看起細胞內分子的每一個交互動態,真正解開未知的生命之謎。

對於這幅看起來有點遙遠的圖景,莊小威信心十足:

你看,衍射極限已經被技術克服,沒什麼是不可能的。

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