剛剛，素有科學(xué)界“奧斯卡”之稱(chēng)的2019年度科學(xué)突破獎(jiǎng)揭曉。 莊曉偉、陳志堅(jiān)、丁晨陽(yáng)三位中國(guó)科學(xué)家榮獲生命科學(xué)獎(jiǎng)，每人將獲得高達(dá)300萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金！ 其中，莊曉偉因開(kāi)發(fā)超分辨率成像技術(shù)，突破光學(xué)顯微鏡的空間分辨率極限，揭示隱藏在細(xì)胞內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng)，彌補(bǔ)了錯(cuò)失2014年諾貝爾獎(jiǎng)的遺憾。
每當(dāng)提起莊小薇這個(gè)名字，“天才少女，中國(guó)科大少年班尖子生，34歲就成為哈佛大學(xué)雙聘教授，打破了美國(guó)歷史上的紀(jì)錄”。 40歲時(shí)成為最年輕的華人美國(guó)科學(xué)院院士，并在隨后兩年成為美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士和中國(guó)科學(xué)院院士。“最年輕的外籍院士”，第一個(gè)關(guān)鍵詞浮現(xiàn)在我們腦海中的一切似乎與她“天才”的身份密不可分。
今天，就讓小德帶大家來(lái)認(rèn)識(shí)一下莊曉偉，一位哈佛“青年班”雙聘教授、一位距離諾獎(jiǎng)僅“幸運(yùn)”的華裔科學(xué)家。
莊小偉
天才少年的求學(xué)之路
1972年，莊曉偉出生于江蘇如皋的一個(gè)知識(shí)分子家庭。 父親莊立憲、母親朱仁智均為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。
從未上過(guò)幼兒園的莊小偉，下班后就被父母教拼音識(shí)字。
莊小偉全家福
也許是受到家庭氛圍的影響，也許是由于先天的基因優(yōu)勢(shì)物理學(xué)家年輕照片，莊小偉從小就表現(xiàn)出了超越同齡人的智力，也表現(xiàn)出了對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)。
他的父親曾經(jīng)問(wèn)過(guò)他的學(xué)生一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)一杯水放在桌子上時(shí)，它受到的力有多大？ “有了水和水杯的重力，桌子也就有了支撐力。” 學(xué)生回答道。 但一旁打球的莊小偉卻插話道：“水杯上還有空氣的力量。”
當(dāng)時(shí)尚未上學(xué)的莊小偉并不明白空氣是如何對(duì)水杯施加力的，但因?yàn)樗母赣H是空氣動(dòng)力學(xué)教授，所以他提出的問(wèn)題肯定與空氣有關(guān)。
莊小偉小時(shí)候和奶奶、姑媽在一起
“神童”莊曉偉從上學(xué)起就走上了“學(xué)術(shù)霸主”之路。 中學(xué)時(shí)，莊曉偉是班上年齡最小的，但他各科成績(jī)都非常出色。 如今，莊小偉的老師已經(jīng)70多歲了，還記得莊小偉在課堂上專(zhuān)注的眼神。 “老師走到哪里，眼睛就跟到哪里，從不走神。”
莊曉偉曾獲得全國(guó)中學(xué)生數(shù)理??化競(jìng)賽第一名。 1987年，年僅15歲的莊小偉從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班預(yù)科班畢業(yè)，以全科狀元的身份進(jìn)入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班。高考。
在天才輩出的年輕班級(jí)里，莊小偉依然表現(xiàn)出色。 據(jù)低年級(jí)班會(huì)介紹，莊小偉擁有常人難以做到的“一舉多得”能力：一邊聽(tīng)《三國(guó)演義》講故事，一邊做物理作業(yè)時(shí)間。
在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)習(xí)期間，莊曉偉從未錯(cuò)過(guò)任何物理定律的細(xì)節(jié)，甚至到了近乎癡迷的地步。 她并不關(guān)心分?jǐn)?shù)，她只是享受探索問(wèn)題的過(guò)程，但優(yōu)異的成績(jī)是她努力的結(jié)果。
莊曉偉在理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)四門(mén)力學(xué)專(zhuān)業(yè)課上全部獲得滿分。 這一傳奇紀(jì)錄至今仍未被打破，成為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系一座不可逾越的豐碑。
1991年，年僅19歲的莊小偉從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班畢業(yè)。 畢業(yè)后，莊小偉前往美國(guó)深造。 在楊振寧教授的建議下，她來(lái)到加州大學(xué)伯克利分校攻讀博士學(xué)位。 與沈遠(yuǎn)洋。
2001年，她被聘為哈佛大學(xué)助理教授。 2003年，她成為美國(guó)第一位獲得麥克阿瑟基金會(huì)“天才獎(jiǎng)”榮譽(yù)的華裔女科學(xué)家，也是最年輕的一位。 2006年初，34歲的她成為哈佛大學(xué)化學(xué)系和化學(xué)生物物理系雙聘教授。 2012年，她當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，創(chuàng)下中國(guó)最年輕院士的新紀(jì)錄。 2013年，她當(dāng)選為美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士。 2015年，她成為中國(guó)科學(xué)院最年輕的外籍院士。
一路走來(lái)，莊曉偉認(rèn)為自己的成就不是天賦的結(jié)果，而是努力的結(jié)果。 “我自己的大腦比較聰明物理學(xué)家年輕照片，但更大的原因是我很執(zhí)著。五年、六年甚至十年，遇到困難不會(huì)退縮，遇到挫折也不會(huì)改變初心。”
從物理學(xué)到生物學(xué)的完美轉(zhuǎn)變
莊曉偉一直被視為天才。 他非凡的才華和聰明的頭腦是很多人都望塵莫及的。 但事實(shí)上，任何成就都不是那么自然而然的，成長(zhǎng)過(guò)程中的艱辛也只有莊小偉自己知道。
1997年博士畢業(yè)時(shí)，一向我行我素的莊小偉遇到了重大挫折。 她認(rèn)為自己成為斯坦福大學(xué)物理系的一名教師是板上釘釘?shù)氖铝恕?沒(méi)想到斯坦福大學(xué)最后一刻改變了主意，只能給她提供博士后的機(jī)會(huì)。 原因是學(xué)校認(rèn)為莊曉薇“還沒(méi)有準(zhǔn)備好”，需要幾年時(shí)間才能完成學(xué)業(yè)。 證明你自己。
莊曉偉得知此事后，震驚不已，哭了好幾天。 經(jīng)過(guò)一番反思，莊小偉發(fā)現(xiàn)自己難過(guò)并不是因?yàn)閯e的，而是因?yàn)樽约旱奶摌s心。 畢竟，當(dāng)同學(xué)們還在讀博士的時(shí)候，他已經(jīng)是斯坦福大學(xué)的助理教授了。
莊小偉和朱棣文
經(jīng)過(guò)一番沉淀，莊小偉決心抹去過(guò)去的一切成功和失敗，一切從頭開(kāi)始。 莊曉薇拒絕了多所學(xué)校提供的教職機(jī)會(huì)，進(jìn)入斯坦福大學(xué)，在著名華人科學(xué)家朱棣文教授的指導(dǎo)下?lián)尾┦亢笱芯繂T。 那一年，朱棣文剛剛獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
受到鼓勵(lì)和啟發(fā)，莊曉偉決定潛心研究，開(kāi)始跨界生物領(lǐng)域。 然而，在加入實(shí)驗(yàn)室之前，莊小偉的生物學(xué)水平只有高中水平，他甚至無(wú)法區(qū)分DNA和RNA。
然而，初生牛犢不怕虎。 無(wú)知無(wú)畏的莊曉薇始終以一顆純潔而熱情的科學(xué)探索之心頂住壓力。 她將全部熱情投入到生物學(xué)領(lǐng)域，年復(fù)一年堅(jiān)持不懈。
從此，世界失去了一位原子物理學(xué)家，多了一位杰出的生物物理學(xué)家。 回顧這一人生轉(zhuǎn)折點(diǎn)，莊曉薇相信，如果按照之前的研究方向，一定能很快拿出成果。 然而接觸生物領(lǐng)域后，她對(duì)生命的理解有了前所未有的期待。 她期望自己能夠進(jìn)入這些新領(lǐng)域，填補(bǔ)空白。
堅(jiān)持不懈成就諾獎(jiǎng)級(jí)學(xué)術(shù)成就
三年的博士后研究經(jīng)歷，為莊小偉今后的科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也打開(kāi)了從物理學(xué)到生物學(xué)的大門(mén)。
大量的offer紛至沓來(lái)，莊曉偉最終選擇了哈佛大學(xué)，并在那里建立了自己的實(shí)驗(yàn)室。 莊曉偉博士期間的工作重點(diǎn)是利用其光學(xué)研究背景探索生物系統(tǒng)中單分子或單粒子的運(yùn)動(dòng)性能。
自從光學(xué)顯微鏡誕生以來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)能夠通過(guò)鏡頭看到細(xì)菌等微小生物的動(dòng)態(tài)。 然而，19世紀(jì)末，德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·阿貝指出，光學(xué)顯微鏡有衍射極限，最高分辨率只能達(dá)到200納米左右。
雖然可以在這個(gè)水平上觀察細(xì)胞，但細(xì)胞內(nèi)的分子大小只有幾納米，尺度相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 例如，如果把整個(gè)人體放大到地球那么大，那么一個(gè)細(xì)胞大約有上海人民廣場(chǎng)那么大，而細(xì)胞中的分子就只有上海游客的腦袋那么大。廣場(chǎng)。
雖然電子顯微鏡的分辨率只有幾納米，但生物無(wú)法在真空中生存，更不用說(shuō)觀察生物運(yùn)動(dòng)了。 那么，如何突破光學(xué)顯微鏡的衍射極限，觀察單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)呢？
莊曉偉創(chuàng)造性地將生物熒光與顯微分析技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)明了“超高分辨率熒光顯微技術(shù)”。 十多年的物理研究啟發(fā)她將熒光分子標(biāo)記附著在病毒上。 當(dāng)激光照射時(shí)，標(biāo)記會(huì)發(fā)出明亮迷人的色彩。
莊曉偉用光控開(kāi)關(guān)探針控制一小部分分子點(diǎn)亮，關(guān)閉其余部分，然后重復(fù)這個(gè)過(guò)程。 通過(guò)控制堆積在一起的分子依次發(fā)光，可以獲得一系列不重疊的圖像。 然后，對(duì)該排拍攝的數(shù)千張圖像進(jìn)行組合和分析，以獲得超高分辨率的分子圖像。
傳統(tǒng)成像與STORM效果對(duì)比
莊小偉將這一研究成果命名為“STORM”，意為風(fēng)暴，威力非常大。 該技術(shù)克服了光學(xué)顯微鏡的衍射限制，使光學(xué)顯微鏡的分辨率能力提高了10倍以上。
在光學(xué)顯微鏡的幫助下，莊小偉拍攝到了單一流感病毒的連續(xù)圖像。 這是世界上首次記錄該病毒的各個(gè)階段。 它把人類(lèi)對(duì)生命機(jī)制的認(rèn)識(shí)提升到了一個(gè)新的水平，幫助科學(xué)家更清楚地看到疾病的原因。 生物分子結(jié)構(gòu)的變化可以帶來(lái)更有效的治療選擇。
莊小偉還獲得了麥克阿瑟“天才獎(jiǎng)”50萬(wàn)美元獎(jiǎng)金，并于2005年成為美國(guó)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員。
2006年初，34歲的莊曉偉晉升為哈佛大學(xué)教授。 她在哈佛大學(xué)建立了以自己名字命名的單分子生物物理實(shí)驗(yàn)室，帶領(lǐng)21名博士和博士后研究流感、艾滋病、SARS等病毒入侵宿主細(xì)胞的過(guò)程。
錯(cuò)失諾貝爾獎(jiǎng)引發(fā)爭(zhēng)議
幾乎與莊小偉同時(shí)，世界上其他團(tuán)隊(duì)也做出了類(lèi)似的科學(xué)成果。
就在莊曉偉的 STORM 在《自然方法》上發(fā)表一天后，美國(guó)科學(xué)家埃里克·貝齊格（Eric）基于類(lèi)似原理的 PALM 在《科學(xué)》上發(fā)表。 兩者之間的細(xì)微差別在于激發(fā)熒光材料的使用。 白子閣用的是光敏蛋白，而莊小偉則用的是熒光染料。
三位科學(xué)家榮獲2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
然而，2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)卻頒給了貝齊格。 獲獎(jiǎng)理由是——“超分辨率熒光顯微鏡”P(pán)ALM。 同樣是“超分辨率熒光顯微鏡”的研究，但諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)并未上榜。 沒(méi)有莊小偉，這在華人世界引起了很大的爭(zhēng)議。 一時(shí)間，人們都在為莊小偉而戰(zhàn)。
北京大學(xué)教授饒毅表示，貝齊格和莊曉偉工作的物理原理完全一樣。 他們同時(shí)發(fā)表論文，但他們不明白為什么結(jié)果對(duì)其中一方有利。
北京大學(xué)副教授奚鵬在這一科研領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)，因?yàn)樗麕煆闹Z貝爾獎(jiǎng)獲得者、該領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)軍人物黑爾。 他說(shuō)：莊小偉沒(méi)能獲獎(jiǎng)，我感到很驚訝。 這表明種族主義和性別歧視并未消失，而是每天都可見(jiàn)。
雖然沒(méi)有諾獎(jiǎng)，但莊曉薇的發(fā)現(xiàn)確實(shí)是諾獎(jiǎng)級(jí)別的，而她本人卻絲毫沒(méi)有受到影響。 相反，她進(jìn)一步克服了缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了性能更高的STORM。 僅2016年上半年，莊小偉及其團(tuán)隊(duì)就在《細(xì)胞》、《細(xì)胞》、《細(xì)胞》等頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文10篇。
離家20年，我依然關(guān)心祖國(guó)的科研事業(yè)。
在美國(guó)的業(yè)余時(shí)間，莊小偉喜歡讀中國(guó)小說(shuō)，小說(shuō)的主題是婆媳關(guān)系、家庭恩怨。
確實(shí)，莊曉薇不到20歲就去了美國(guó)。 她幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)近距離接觸家庭生活。 這些小說(shuō)中所描述的反映當(dāng)代中國(guó)社會(huì)弊端的內(nèi)容是她根本不會(huì)經(jīng)歷的。 這些讓她了解了當(dāng)代中國(guó)人的一些生活，也拉近了她與祖國(guó)的距離。
莊曉偉與學(xué)生何江
雖然離家二十多年了，但喝水時(shí)仍念念不忘源頭。 多年來(lái)，莊小偉一直致力于為中國(guó)人民提供更好、更廣闊的科研平臺(tái)，助力母校中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和北京大學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為本科生和研究生提供優(yōu)質(zhì)的科研服務(wù)。在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)任教研究生、聯(lián)合培養(yǎng)博士生。 莊曉偉曾作為“兼職”委員加入北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心（）。
2015年，莊小偉當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士。 當(dāng)選外籍院士后，莊曉偉更加關(guān)心支持中國(guó)科技進(jìn)步。 他經(jīng)常來(lái)華講學(xué)，分享自己的經(jīng)驗(yàn)，為年輕學(xué)者提供指導(dǎo)。
莊小偉回國(guó)講學(xué)
頭上戴著無(wú)數(shù)光環(huán)的莊小偉，自然也收獲了一大批粉絲。 每次他演講時(shí)，座位總是座無(wú)虛席。
有一次，莊小偉去聽(tīng)講座，饒毅是主持人。 他開(kāi)玩笑說(shuō)：“上次講座的時(shí)候，我專(zhuān)門(mén)發(fā)了博客來(lái)宣傳，現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的人很多，這次我沒(méi)有發(fā)博客，人多了，所以我的博客……”
如今，獲得科學(xué)突破獎(jiǎng)的莊曉薇，人生再次獲得了耀眼的光環(huán)，但她本人卻并不在意。
當(dāng)有學(xué)生問(wèn)她如何爭(zhēng)取諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，莊曉薇的回答出人意料：“我不想爭(zhēng)取諾貝爾獎(jiǎng)。我覺(jué)得做研究首先是你喜歡做的事情，其次，它對(duì)人類(lèi)有貢獻(xiàn)。做任何事情都不是一個(gè)好主意。” 為任何獎(jiǎng)項(xiàng)做這件事都會(huì)很無(wú)聊，所以這絕對(duì)不是我的人生計(jì)劃。”
她對(duì)科學(xué)研究的專(zhuān)注、堅(jiān)持不懈的努力以及享受過(guò)程的態(tài)度都是她成功的標(biāo)志。