图源：Heinrich Wieland Prize

作者：周晨

转载：深究科学

15岁时，以600多分的高分考上中科大少年班；大学学物理的时候，四门力学专业课全部获得满分成为学院传说；“闯”进生物学领域后，她又成为超分辨率荧光显微镜领域的奠基人之一。

除此之外，她还在34岁那年成为了哈佛大学的正教授。

今天我们要介绍的这个天才般的学者，她就是著名的生物物理学家庄小威。

从横空出世的天才少女到年轻的哈佛教授，再到如今生物物理领域的权威人物，庄小威的人生似乎是一本“开挂”的传奇故事。。    

01

庄小威助力美国脑（BRAIN）计划

2023年12月，“美国脑（BRAIN）计划”再次更新。

由哈佛大学教授庄小威领导的研究团队成功创建了首个用于国家神经科学研究的分子图谱，为未来加深对哺乳动物大脑的研究提供了崭新的视角。

研究人员在《自然》（Nature）杂志上发表了10篇论文，其中有6篇研究由哈佛大学团队参与。

“美国脑计划”旨在彻底改变人类对人脑的理解。而在这一过程中，我们如何能够“看见”大脑里的分子细胞，就变得尤为重要。   

庄小威团队则利用其独创的多重误差鲁棒荧光原位杂交（MERFISH）技术，成功识别和绘制了数千种不同的细胞类型，甚至其中大多数细胞类型过去从未被表征过。她的团队创建的全脑细胞类型图谱对细胞进行了分类，同时考虑了它们的分布和相互作用。此外，该图谱的基本轮廓有望在未来应用于比小鼠大脑大1000倍的人脑。

02

从天才少女到青年哈佛教授

学生物的人，对庄小威或许并不陌生。但对她到底有多出色，具体在研究什么或许并不清楚？

1972年，庄小威出生于中国江苏省如皋市，她的父亲庄礼贤和母亲朱仁芝都是中国科学技术大学的教授。在这样一个知识氛围浓厚的家庭中，庄小威从小就耳濡目染，接受了良好的数理知识的熏陶。

庄小威还有一个哥哥，有一次父亲想考一考兄妹二人，于是问他们桌子上的一杯水会受到什么样的力。兄妹俩争先恐后地回答，庄小威认识到，水可能还受到空气的气压，于是脱口而出，而她的回答也得到了父亲的大嘉赞赏。

尽管这只是一个很小的生活插曲，但多年以后庄小威仍旧对此记忆犹新，因为这件事激发了她毕生的好奇心，即自然界中物体的之间究竟有什么关系？我们又应该如何看待它们？

多年以后，庄小威在接受采访时曾表示，“人类真的是视觉动物。眼见为实……当然，自然界中有很多东西是很难看到的，尤其是当你到达分子水平时”。而这或许为她后续步入生物物理学埋下伏笔。

在求学的道路上，庄小威便展露出了惊人的天赋，经常在数学、物理、化学考试中获得满分成绩，15岁时，她以600多分的高分被中科大少年班录取，主修物理学专业。即便在当时的一帮天才少年中，庄小威也是卓尔不凡的存在，在理论力学、电动力学、量子力学、统计力学四大力学专业课，庄小威都拿到了惊人的满分，这一纪录至今无人能破。

1991年，年仅19岁的庄小威从中国科学技术大学顺利毕业，获得物理学学士学位；随后，她远赴加州大学伯克利分校攻读物理学博士学位，师从著名光学家沈元壤，并于1996年毕业；1997年，庄小威转至斯坦福大学朱棣文实验室，担任博士后研究员。那一年，朱棣文因其在激光研究原子的贡献获得诺贝尔物理学奖。

在两位大师的影响下，庄小威对成像和光物理学充满兴趣，并致力于投入到生物成像技术的研发中。作为一个物理学背景出身的研究员，横跨到生物学领域不仅需要勇气和决心，还需要更多的努力和汗水。从零开始的庄小威恶补了大量生物学相关的知识，甚至最开始的时候，她连DNA和RNA这类最基本的生物学知识的区别都不清楚。   

在斯坦福大学工作期间，庄小威首次运用单分子荧光共振能量转移（FRET）技术，成功突显并可视化RNA酶的结构和动力学，而这曾经是科学界多年悬而未决的难题。

2001年，庄小威申请了七所学校的教职，并收到了所有学校的录用通知书。最终，她选择到哈佛大学担任化学助理教授的职位。之所以选择哈佛，庄小威认为是因为在面试的时候和未来同事的“互动和对话非常有趣”，她说，“他们对我的工作真正感兴趣，而不仅仅是认为我的工作是高质量的工作。”

2006年，庄小威成为了哈佛大学正教授，那年她才34岁。

03

败给时间，而遗憾错失诺奖

在哈佛大学工作期间，庄小威全身心投入了开发克服衍射障碍工具之中。衍射障碍往往会阻碍研究人员以高分辨率观察活的生物细胞和组织，要想更清晰地观察分子结构，就必须在研发超分辨率荧光显微镜上下苦功夫。

庄小威凭借对光物理特性的深入理解，研发出了一种划时代的超分辨率成像技术——随机光学重建显微镜（STORM）。STORM巧妙地运用可调光染料，精准地靶向细胞内的特定分子，让这些分子变得清晰可见，科学家能够以前所未有的分辨率揭示细胞内部的细微结构，包括神经元和轴突中的核骨骼结构。庄小威对于这项成果也非常满意，“这真是一种无以言表的喜悦”，她感慨道，“能够发现那些人们从未触及的真相。”

在STORM技术获得巨大成功后，庄小威再创辉煌，研发出另一种用于可视化与量化RNA分子的成像技术——多重误差鲁棒荧光原位杂交（MERFISH）。该技术助力研究人员构建出定量分子目录，精准描述人体内各类细胞类型。如今，MERFISH已成为人类细胞图谱项目研究人员的核心工具。   

可以说在超分辨率荧光显微镜领域，庄小威不仅是早期的开拓者之一，更是将其发展成熟的关键人物。

2014年，Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner共同获得诺贝尔化学奖，以表彰他们“开发超分辨荧光显微镜”。

这一事件在当时引起了不小的争议。当时一种较为合理的解释是，三位学者获得诺贝尔奖的关键在2006年8月首次发表的文章。同月，庄小威团队在哈佛大学发表了一篇论文，描述了一种几乎相同的技术，即随机光学重建显微镜。而就是这不到一个月的时间差，最终造成了庄小威错失诺奖的结局。

三位诺奖得主的文章

尽管没有获得诺奖，但庄小威的研究成果受到科学界广泛认可，其中包括麦克阿瑟奖、美国国家科学院科学发现奖、科学突破奖等，而她本人也获得了美国国家科学院院士、美国文理科学院院士以及中国科学院外籍院士等头衔。

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与中国学界的互动

尽管目前庄小威常年在国外做研究，但与中国的学者间也不乏互动。

2015年，庄小威当选中国科学院外籍院士。

2016年，在与国内媒体的专访中，庄小威透露在自己的实验室里，华人学生占了一定的比重。此外，庄小威还表示希望能够对中国科技进步做更多贡献、与国内的科研机构有更多交流合作机会的愿望。

2019年，庄小威被任命为中国“未来科学大奖”科学委员会委员，负责评选获奖人员，而该奖项得主包括了香港中文大学卢煜明、清华大学施一公、杂交水稻之父袁隆平等。

很多人都会把庄小威和张锋做对比，同样是少年天才，同样是青年便做出杰出成就的华裔科学家。

将不可能变成可能，这也成为了庄小威挑战自己的人生哲学。

参考资料：

1、中科天才错失诺奖，庄小威：从物理到生物，心无旁骛做科学.澎湃新闻.

2、Demystifying a mammal’s brain, cell by cell.the harvard gazette.

3、Making the unseen seen.Harvard University.

4、Chemistry Nobel honors developers of superresolution microscopy.Physics Today.

5、A Conversation with Xiaowei Zhuang.ACS publishcations.

6、【人民日报】庄小威：支持中国科技进步是莫大责任.人民日报.    

7、未来科学大奖官网。