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34岁哈佛正教授!美国最年轻华人院士斩获科学巨奖,弥补错失诺奖遗憾

2018年10月24日 13:42 转载自:德先生   阅读:50
作者: 陈苏洁   http://www.d1money.com/user/space?oid=20546

刚刚,被誉为科学界的“奥斯卡”的2019年度科学突破奖(Breakthrough Prizes)揭晓,庄小威、陈志坚、丁晨阳3名华裔科学家荣获生命科学奖,每人将获得高达300万美元的奖金!其中,庄小威因开发超分辨成像技术、突破光学显微镜空间分辨率极限、揭示细胞内隐藏的精细结构而获奖,弥补了2014年错失诺贝尔奖的遗憾。

每当提起庄小威这个名字,“天才少女、中科大少年班高材生、34岁成为哈佛大学双聘教授、40岁刷新美国国家科学院最年轻华人院士纪录、此后两年又陆续成为美国人文与科学院院士和中科院最年轻的外籍院士”,首先映入我们脑海的关键词似乎都与她的“天才”身份脱不了干系。

今天,就让小德带大家认识这位“少年班”出身的哈佛双聘教授,与诺贝尔奖只差“运气”的华人科学家——庄小威。

庄小威

天才少年的求学之路

1972年,庄小威出生在江苏如皋的一个知识分子家庭,父亲庄礼贤和母亲朱仁芝都是中国科学技术大学的教授。

从未上过幼儿园的庄小威,拼音识字是其父母在工作之余教的。

庄小威全家福

也许是受家庭氛围的熏陶,也许是先天的基因优势,庄小威从小就展露出了超出同龄人的聪慧,也展露出了对科学的热爱。

他的父亲曾给学生出了一个问题:一杯水放在桌子上,这个水杯受了多少力?“有水和水杯的重力,桌子还有个支持力。”学生回答。而在一旁玩耍的庄小威却插话说:“还有一个空气对水杯的作用力。”

当时还未上学的庄小威还不懂空气如何让水杯受力,只是因为父亲是空气动力学教授,提出的问题肯定跟空气有关。

少年时期庄小威跟奶奶和姑姑在一起

“神童”庄小威从上学起就走上了“学霸”之路。中学时,庄小威在班上年龄最小,却每门功课都拔尖。如今年过七旬、庄小威当年的任课老师依旧对庄小威在课堂上专注的眼神记忆犹新。“老师到哪,她的眼睛就跟到哪,聚精会神一刻都不会落下”。

庄小威曾获得全国中学生数理化竞赛第一名。1987年,年仅15岁的庄小威便从中科大少年班预备班毕业,以高考状元的身份进入中科大少年班就读。

在天才云集的少年班,庄小威依然表现出众。据少年班的同学会议,庄小威拥有常人难以做到的“一心两用”的本领:一边听《三国演义》评书,一边做物理作业。

在中科大少年班学习期间,庄小威绝不放过任何一个物理定律的细节,甚至发展到近乎痴迷的程度。她并不在意分数,只是很享受探索问题的过程,但优秀的成绩伴随着她的努力接踵而来。

庄小威在理论力学、电动力学、量子力学、统计力学四大力学专业课都考了满分,这个传奇纪录至今仍无人打破,成为中科大物理系一个难以逾越的丰碑。

1991年,年仅19岁的庄小威从中科大少年班毕业。毕业后,庄小威赴美深造,在杨振宁教授的建议下,她来到加州大学伯克利分校,跟随沈元壤读博士。

2001年她被聘为哈佛大学助理教授。2003年成为美国首位获得麦克阿瑟基金会“天才奖”荣誉的华人女科学家,也是最年轻的一位。2006年初,年仅34岁的她成为哈佛大学化学与化学生物、物理系双聘教授。2012年当选美国国家科学院院士,刷新最年轻华人院士纪录,2013年又当选美国人文与科学院院士,2015年她还成为了中科院最年轻的外籍院士。

一路走来,庄小威认为自己取得的成绩并不是因为天分好,而是后天的努力。“我自己脑子是比较灵一些,但是更大的原因是因为我特别坚持,五年、六年甚至十年,碰到困难也不退缩,遇到挫折也不改初衷。”

从物理学到生物学的完美蜕变

庄小威一直以天才的形象示人,过人的天赋、聪慧的头脑让许多人望尘莫及。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。

在1997年博士毕业时,向来我行我素的庄小威便遇到了一个重大挫折。本以为进入斯坦福大学物理系当教师已经板上钉钉的她,没想到斯坦福大学在最后一刻改变主意,只能提供给她一个读博士后的机会,理由是学校觉得庄小威“Not Ready”,需要几年时间来证明自己。

得知此事后,庄小威颇受打击,一连哭了好几天。在一番反思之后,庄小威意识到自己伤心难过不是因为别的,而是因为自己的虚荣心,毕竟自己的同学还在读博士时,自己已是斯坦福大学的助理教授了。

庄小威与朱棣文

经过一番沉淀,庄小威决心将过去的成功和失败都抹掉,一切从头开始。庄小威拒绝了多个给她提供教职的学校,加入斯坦福大学知名华裔科学家朱棣文教授旗下做博士后研究,那一年,朱棣文刚刚获得诺贝尔物理学奖。

受到鼓励和启发的庄小威决定潜心研究,并开始跨界生物领域,但在加入实验室之前,庄小威的生物水平仅停留在高中阶段,甚至连DNA和RNA都分不清楚。

然而初生牛犊不怕虎,无知而无畏的庄小威总能凭借她那颗对科学探索纯粹而炽热的心顶住压力,在生物学领域投入了满腔的热情,年复一年地坚持下来。

从此,世界少了一名原子物理学家,多了一名杰出的生物物理学家。回想起自己的这次人生转折,庄小威认为,如果沿着以前的研究方向会很快出成果,但是接触到生物领域后,让她对生命的认知产生了一种前所未有的期待,期待自己能够进入这些崭新的领域去填补空白。

坚毅成就诺奖级学术成就

三年的博士后研究经历,为庄小威日后的科研夯实了基础,从此开启了从物理学迈进生物学的大门。

一大波offer纷至沓来,庄小威最终选择了哈佛大学,并在那里建立了自己的实验室。庄小威的工作重点,是用博士阶段从事的光学研究背景,探索生物体系中单个分子或单个粒子的运动表现。

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。但在19世纪末,德国物理学家恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)就指出光学显微镜存在衍射极限,分辨率最高只能达到200纳米左右。

这个程度虽然能观察细胞,但细胞中的分子大小只有几纳米,尺度差了两个数量级。举例来说,如果把整个人体放大到地球的尺寸,那么一个细胞大约是上海人民广场的大小,而细胞中的分子只有广场上一个游客的头部那么大。

虽然电子显微镜的分辨率只有几纳米,但真空下条件下,生物无法生存,更不用说观察生物运动了。那么,该如何突破光学显微镜的衍射限制,看清单个分子的运动呢?

庄小威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”。10多年的物理学研究基础,启发她将带荧光的分子标记物附在病毒上,当用激光照射时,标记物会发射出艳丽迷人的色彩。

庄小威使用光控开关探针来控制其中一小部分分子发光,其余关闭,然后重复这一步骤。通过控制挤在一团的分子们轮流发光,就能得到一系列互不重叠的图像。再将排拍到的成千上万张图片组合在一起分析,就能得到超高分辨率的分子图像。

传统成像与STORM效果对比

庄小威给这一研究成果取名“STORM”,意为风暴,很有力。这项技术克服了光学显微镜衍射限制,将光学显微镜分辨能力提高10多倍。

借助光学显微镜,庄小威拍摄到了单个流感病毒的连续影像,这是世界上首次记录到病毒的各阶段过程,使人类了解生命的机理又进入了一个新的层面,帮助科学家更加清楚地看到疾病导致生物分子结构产生的变化,从而提出有加有效的治疗方案。

庄小威也因此获得了奖金50万美元的麦克阿瑟“天才奖”,并于2005年成为美国霍华德·休斯医学研究会(HHMI)研究员。

2006年初,34岁的庄小威晋升为哈佛正教授。她在哈佛大学建立了以自己名字命名的单分子生物物理实验室,带领21名博士、博士后研究流感、艾滋病、SARS等病毒侵入宿主细胞的过程。

错失诺奖引发争议

几乎与庄小威在同一时期,国际上也有其他团队做出了类似的科学成果。

就在庄小威的STORM发表在《自然-方法》一天之后,美国科学家埃里克·贝齐格(Eric Betzig)基于相似原理的PALM发表在《科学》上。两者的细微不同之处在于激发荧光材料的使用上,白兹格用的是光敏蛋白,而庄小威用的是荧光染料。

2014年获诺贝尔化学奖的三位科学家

然而,2014年的诺贝尔化学奖颁给了贝齐格,获奖的理由就是——“超分辨率荧光显微镜”PALM,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,一时间人们纷纷为庄小威打抱不平。

北京大学教授饶毅表示,贝齐格与庄小威的工作在物理原理上完全一样,两人同时发表论文,不明白结果为什么会出现厚此薄彼。

北京大学副教授席鹏在这个科研领域颇有发言权,因为他跟随当年诺奖得主、该领域公认的领军人物黑尔学习,他表示:庄小威没能获奖,我大感意外。这说明种族主义和性别歧视,其实不仅没有消失,而是日常可见。

虽然无诺奖无缘,但是庄小威的发现的确是诺奖级别的,她本人也丝毫没有受到影响,而是进一步克服了缺点,开发出了更高性能的STORM。仅在2016年上半年,庄小威和团队就在Nature、Science、Cell等顶级学术期刊发表了10篇论文。

离家二十载心系仍祖国科研事业

庄小威在美国闲暇之余,喜欢读中国的小说,而小说题材却是婆媳关系、家长里短这种题材。

的确,不到20岁就远赴美国,庄小威对于国内的生活几乎没有机会近距离接触,而这些反映中国当代社会家长里短的小说所描写的内容,都是她平常根本体会不到的。这些让她能从中了解到一些当代中国人的生活,拉近与祖国的关系。

庄小威和学生何江

虽离家二十余载,然饮水思源,多年来庄小威一直致力于为国人提供更好更宽广的科研平台,帮助母校中国科学技术大学与北京大学的相关学科发展,为中国科学技术大学本科生和研究生授课,并联合培养博士生。庄小威曾作为“兼职”加盟北大生物动态光学成像中心(BIOPIC)。

2015年,庄小威当选中科院外籍院士。当选外籍院士后,庄小威更加关心支持中国科技的进步,经常到国内开讲座,分享自身的经历,给年轻学者指导。

庄小威回国开设讲座

头顶无数光环的庄小威自然收获了大批粉丝,每次开讲座,必定是座无虚席、人满为患。

有一次庄小威参加讲座,饶毅是主持人,他开玩笑说:“上一次讲座的时候,我为了宣传还专门发了一篇博客,现场来的人非常多,这一次我没有发博客,来的人更多了,可见我的博客......”

如今,斩获科学突破奖的庄小威再次增加了耀眼的人生光环,但她本人却对此不以为意。

曾经有学生问她如何向诺贝尔奖而努力冲刺时,庄小威的回答出人意料:“我不想向诺贝尔奖努力,我觉得做研究首先是你喜欢做,其次对人类有贡献。做任何事情都不应为任何一个奖项去做,那样就没意思了,所以这绝对不是我的人生规划。”

心无旁骛的做科学,持之以恒的努力,享受过程的心态,都是她走向成功的风向标。


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