她是“少年班”出身的哈佛双料教授与诺贝尔奖只差“运气”二字

近日，马里兰大学中国女留学生杨舒平的演讲，在网上引起了广泛的热议。

同时，这段视频也带火了另一段毕业演讲视频



这位名叫何江的农村子弟，是首位在哈佛博士毕业典礼上演讲的中国人。

与“Sweet and Fresh”不同，他不带谄媚，不卑不亢地指出了中国存在的问题，并对中国未来寄予希望。

同样是毕业演讲，鲜明的对比下，高下立判。



名师出高徒，这话不假。
原来在这位哈佛学霸何江背后，还有着另一位更厉害的科学家大牛——庄小威。

在何江眼里，她就是自己的role model（偶像和榜样），她才是真正大师级的传奇人物。



图：庄小威与何江

天才少女、中科大少年班、与诺贝尔奖最接近的华人女性、美国科学院最年轻华裔院士、哈佛大学双聘教授、第一位获美国“天才奖"的华裔女科学家、以她名字命名的哈佛实验室...

这些都是她身上自带的光环。



庄小威，1972年出生于江苏省如皋市，父母亲是中科大的教授。

虽然未曾正规学过拼音识字，但5岁时，庄小威就已经是科大附小的二年级生。

然而在班里，她年龄最小，却是最聪明的学生。



图：庄小威全家福，左一为同年庄小威
受父母亲的影响，庄小威从小就对科学感兴趣，同时也被物理严谨的推理之美所吸引。

初中时，她就曾获全国数理化竞赛第一名。
15岁，她又凭高考600多分的状元成绩考入中国科技大学少年班。



在天才云集的少年班，庄小威也完全不露怯。
凭着对物理的热爱，她对物理的每一个细节都不放过。

本来不太在意成绩的她老虎机游戏，最后竟考了个四大力学课程满分。
这个“大满贯”的传奇记录，至今在科大还没人能打破。



庄小威的天才形象，在少年班里也深入人心。

在少年班的同学回忆，“小威得天独厚，还有一心两用的本领，能一边听《三国演义》，一边做原子物理作业，让我们好生佩服。”



中科大少年班毕业后，庄小威便赴美开始博士生涯，那年她仅仅19岁。

2003年，这位天才少女更是被美国麦克阿瑟“天才奖”垂青,获得50万美元奖金。
她是首位获此殊荣的华人女性，同时也是获奖者中最年轻的一位。



图：麦克阿瑟天才奖，奖金金额有50万美元
2006年，年仅34的她便成了哈佛大学物理和化学系的双聘教授。

与此同时，以她名字命名的单分子生物物理实验室建成。

此后，她便带领着21名博士、博士后开始研究流感、艾滋病、SARS等病毒入侵宿主细胞的过程。



图：庄小威的实验室网站首页
天才少女，天才少年班，“天才奖”，仿佛她的所有经历都与她的天赋异禀有关。

但实际上，任何的成就都不会来得那么理所当然。
而成长中的艰辛只有庄小威自己知道。


25岁的庄小威在博士毕业后，导师沈元壤就鼓励表现不错的她找教职。

当时斯坦福大学就告诉庄小威，说对她各方面很满意，准备给她留一个职位。

庄小威心里异常激动啊，而且开始有点自我膨胀。
毕竟她的同学还在读博士后，自己就已经是斯坦福助理教授了。



图：庄小威加州伯克利分校的博士毕业照
然而在她沾沾自喜时，她也迎来了人生第一个打击。

斯坦福大学在最后一刻竟改口，觉得她Not Ready，只给了她在斯坦福大学读博士后的机会。

得知结果的庄小威哭了很久，并开始对自己的自满进行反思。


图:小威的博士后导师朱棣文
在这之后，无论哪个大学打电话来邀请她参加教职，她都一一拒绝了。

因为她也看清自己确实Not Ready,不能为了教授的风光而丢掉最本质的动力。

沉下心来的庄小威，决定加入朱棣文在斯坦福大学的实验室。
朱棣文是华裔物理学家，获1997年诺贝尔物理学奖，同时也是美国能源部部长。



图：庄小威与朱棣文合照
顶级教授和顶级学生相遇，注定要有新鲜事发生。
两个物理学家，一句“Why not？”，竟突然转向了完全不熟悉的化学、生物学领域。

可能你会觉得好歹是个斯坦福博士，就算读的物理系，生物肯定也不会差到哪去。
但庄小威的情况却是，连DNA和RNA的区别是什么都不知道。



原因是庄小威所在少年班环境十分自由，除了必修的英语和语文外，其他课都可以自由选修。

而她自己则全凭兴趣选择了物理和数学，一门生物都没有学。
后来她就常自嘲，“我那时连DNA和RNA的区别都搞不清，是完全的无知者无畏。”



跨学科是偶然的事，但能坚持下来，绝不是因为偶然。
前两年，她几乎都是在摸索和试探，没有做出任何成功，哭鼻子更是家常便饭。

...


凭借着努力，2006年，庄小威就在哈佛大学建立了以她名字命名的实验。
实验室的建起，也让她的生活变得更忙碌了。

一周工作7天，每天都从早上10点开始，工作到半夜12点。
她说“除了吃饭睡觉，剩下的时间都在工作。”


图：一排右二庄小威，生物动态光学成像中心首届国际学术评审委员会（SAB）会议
虽说当初跨界投入生物领域是个不小的挑战，但是物理专业的背景也给庄小威带来了许多帮助。

她创造性地将生物荧光和显微分析技术结合，发明了“超高分辨荧光显微技术”。

这种技术，克服光学显微镜的衍射极限，使得实时揭示生物分子运动成为可能。


图：庄小威与她的学生在实验室
工欲善其事，必先利其器。

自光学显微镜诞生以来，科学家们就能通过镜头，看到细菌等微小生物的动态。



图：衍射极限中的艾里斑
但传统的光学显微镜其实存在着一个衍射极限，使光学显微成像系统只能在样品上形成有限的光斑（艾里斑）。

因为这个光学衍射极限存在，能观察到200纳米到300纳米已经是极限了。



图：德国物理学家Ernst Abbe发现了光学显微镜的衍射极限，并将其刻在墓碑上
而采用不同成像方式的电子显微镜，虽能达到纳米级的分辨率，但必须在真空条件下观察。

电子显微镜的真空下条件下，生物无法生存，观察生命运动也基本没辙。



图：极度罕见，可以在真空下生存的生物“水熊虫”，在电子显微镜下的照片。
所以要想观察到细胞内细胞器、病毒如何影响细胞等生命活动过程，变成亟待解决的问题。

现代生物医学研究中，理解人体生命的作用过程和探明疾病的产生机理，也因显微镜的极限碰到瓶颈。


而庄小威研究的“超高分辨荧光显微技术”，就是为打破这个瓶颈而生的。

她的研究亦叫STORM（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy），中文翻译为“随机光学重构显微技术”。

STORM的关键是在于突破了如何用光控开关探针，来实现单分子发光与重组成像的技术。



2004年，她的研究组就发现了某种花青染料具有光控开关的性质。
光控开关性质：染料可通过不同颜色的激光，使自身激活成荧光状态和失活无光状态，通俗点说就是和“开灯”和“关灯”一样道理。

庄小威利用这种光控开关性质，让原本很挤的生物分子们分别单独发光。

照完一张相后，让本来的发光点“关灯”，让原本不发光的点“开灯”，再继续照相。


图：STORM成像原理图
如此反复，拍下成千上万张显微像后再重新叠加，最后得到超高分辨率的图像。

这种方法巧妙地“克服了光的衍射极限”，得到了高于普通光学显微镜10倍的超高分辨率。


图：STORM与传统显微镜的分辨率对比
2006年，庄小威就STORM在《自然·技术》杂志上发表相关论文。
在2011年，她又进一步克服了之前耗时长的缺点，开发出了更高性能的STORM。

这一路走来，庄小威也成了超分辨率荧光显微镜的大户，隔三差五就在顶级杂志上发表重要研究成果。



图：神经元轴突中肌动蛋白，常规图像（上）和3D STORM图像的比较（2013年）
那时候很多人都猜测， 如果超分辨率荧光显微镜是诺奖成就，那庄小威必然是得奖者。
但是，世事却总是在关键时刻和庄小威开玩笑。

...

一将功成万骨枯，用来形容诺贝尔奖确实不为过。


2014年的诺贝尔化学奖颁给了白兹格、赫尔和莫纳三位物理学家。
第一个被念到名字的白兹格，获奖的理由就是——“超分辨率荧光显微镜”PALM。


图：2014年获诺贝尔化学奖的三位科学家
同为“超分辨率荧光显微镜”的研究，诺贝尔化学奖名单上却没有庄小威，这在华人世界引起了不少争议。

特别是在华人科学家聚集的网站上，大家都纷纷为庄小威抱打不平。
关于性别歧视，种族歧视之类的猜测不断。

一位清华大学的教授在微博上就写道：听到白兹格名字的时候，我几乎要准备给庄小威写贺信了.....



图：白兹格
虽然诺奖结果已是板上钉钉，尘埃落定的事情。
但庄小威的STORM，与白兹格的PALM可以说是并驾齐驱的一项技术。

而且在后续发展跟推广方面，庄小威的作用可以说是比白兹格更重要。
相关论文的发表时间上，也只是一天之隔。



白兹格的相关论文发表于2006年8月10日出版的《科学》杂志（3月13收稿，8月2日通过评审）

庄小威的相关论文发表于2006年8月9日出版的《自然·技术》杂志（7月7日收稿，7月31日通过审评）
对这一质疑，诺贝尔奖委员是这样解释的。
第一：白兹格早在1995年发表了论文，对这一技术提出了理论设想。
第二：白兹格论文的收稿时间要比庄小威早几个月。


庄小威虽与诺奖无缘，但她的成就确实是诺奖级别的。

纵观历史，没得到应有殊荣的能人异士大有人在。
而庄小威也当得起无冕之王这四个字。


图：庄小威在北大演讲
就算没有诺奖加持，庄小威这一路仍然圈粉无数。
每次开讲座，必定是座无虚席、人满为患的情况。

这不，文章最开始的提到的哈佛博士何江，就是因为庄小威，才立志考上哈佛找小威学姐（何江也是中国科技大学毕业的）。



庄小威三十而立就已经立于学术之巅，未来成就更是不可估量。

就2016上半年，庄小威和他的团队就已经在Nature、Science、Cell等顶级学术杂志发表了多达10篇的研究论文。



现在她仍致力于将STORM的能力提高，并设想着未来能够看起细胞内分子的每一个交互动态，真正解开未知的生命之谜。

对于这幅看起来有点遥远的图景，庄小威信心十足：
你看，衍射极限已经被技术克服，没什么是不可能的。