小 G我一个nt年代
近距离观察一只扮演重要角色的小虫子
Michael Pfrender坐在加尔文生命科学中心他的实验室里，面对一块白板。他正在讨论水蚤的基因组学，这是一种水蚤，在世界上每一个固定的水体中都有发现。他说话时倾向于素描。
“你想看看吗？”他问道。“这是有趣的部分，对吧？”
在实验室后面，显微镜旁边的桌子上放着两个烧杯。乍一看没有什么可看的。即使俯身向前，水蚤也是如此之小，它们看起来就像水中弹跳的斑点，疯狂地试图保持漂浮。
Pfrender将一根滴管浸入其中一个烧杯中，在载玻片上滴下一滴水，然后放到显微镜下仔细观察。
她来了。
她胖胖的，头圆，没有脖子，触角从两边长出来，她是半透明的——她的器官在她剃刀般薄的身体轮廓内清晰可见。她碰巧也怀孕了，她的蛋同样可见，并且被包裹在小袋子里。
Pfrender是生物科学系进化和生态基因组学副教授，也是基因组学和生物信息学核心设施的主任，他九博体育研究水蚤基因组学已有20多年了。他与人合作撰写了里程碑式的论文，记录了水蚤物种的第一个基因组序列，以及今年早些时候发表的第二个，新的和改进的水蚤基因组序列（d.p ulex）。
这些微小的水蚤在世界各地的湖泊、池塘和静水中扮演着重要的生态角色。150多年来，它们对化学信号的敏感性和适应各种环境的能力一直吸引着科学家。
以下是一些需要了解的事情水蚤…
它们有着悠久的科学九博体育研究历史，可以追溯到17世纪，当时它们被称为“水团”。这是一个令人兴奋的发现。在显微镜出现之前，淡水生物学家甚至不知道他们正在九博体育研究的湖泊中存在这种生物。
一旦他们看了一眼，就被迷住了。
“人们花了很多时间描述他们的解剖结构，试图弄清楚他们在做什么，”Pfrender说。“他们开始把它们关在实验室里问问题。”
“无论它们身处什么环境，它们似乎都能适应并坚持下去。”
水蚤以藻类和浮游植物为食，在防止过度生长方面起着至关重要的作用——比如2014年在俄亥俄州托莱多发生的大规模藻类爆发，污染了饮用水，从而使水有毒。
它们是雌性——它们是克隆体。在理想的条件下，水蚤进行无性繁殖，并且总是产生子代。整个过程只需要12天。在紧张的条件下，在食物来源有限或温度极端变化的情况下，它们会产生Pfrender所说的“功能性雄性”——与母亲完全相同，以继续繁殖。
它们是任何静止水体的主要食草动物，也是食物链中下一级鱼类的主要饲料。没有它们，除了藻类过度生长的可能性之外，小鱼就没有食物了。
“它们位于湖泊营养食物网的中间，是这些系统生态动态的主要驱动力，”Pfrender说。
它们是水中的金丝雀——对环境非常敏感，环境保护署把它们作为淡水中急性毒性的指标。
“无论它们身处什么环境，它们似乎都能适应并坚持下去，”普福德说。
科学家们在20世纪初的1907年左右首次注意到水蚤独特的表型可塑性——根据环境调整身体。
在没有捕食者存在的环境中，水蚤看起来就像Pfrender实验室的烧杯里的那些。圆圆的，胖胖的，在水里上下摆动。
在掠食性环境中，它们发展出防御结构——尖尖的头盔和底部的长矛——使它们更难被吃掉。有些体型较小，颜色较浅，不易被捕食者发现。
指出头盔
细长的矛
他们知道什么时候该行动。鱼类知道它们的猎物必须靠近藻类才能吃草，并在白天瞄准这些区域。水蚤也知道这一点，它们会在白天移动到湖底或池塘，在晚上上升以躲避捕食者，这种行为被称为diel垂直迁移。
这些微小的水蚤有一种非凡的能力，可以在独特的、截然不同的环境中生存，比如曼尼托巴省丘吉尔湾的高盐岩石池塘。生活在澳大利亚沙漠池塘中的种群对暴露在大量紫外线下产生了抵抗力。与半透明的近亲不同，它们是黑色的。
有一些物种生活在充满蓝藻的有毒水域，甚至生活在北极的冰池塘里。
尽管它们有独特的适应能力，但有些物种已经被环境变化所迫——这正是Pfrender探索的核心，即了解这些微小的、不太厉害的游泳者的基因组基础结构，一旦你了解它们，你就会发现它们真的很可爱。
为什么有些物种能在特定的环境中生存而另一些却不能？
基因组是每一个生物体的操作手册。
在20世纪70年代和80年代，当各种基因技术出现时，九博体育研究人员第一次开始九博体育研究水蚤的基因组成。这是一个劳动密集型和昂贵的过程。
90年代末，在解码人类基因组的愿望的推动下，基因组中心成为生成完整序列的大量数据的唯一途径。通过这些中心，科学家可以对模式物种的整个基因组进行测序，比较种群中的遗传变异，以寻找哪些功能触发了特定的基因。
Pfrender是五位希望对水蚤基因组进行测序的科学家之一。该小组包括来自印第安纳大学、俄勒冈大学、新罕布什尔大学和加州大学戴维斯分校的九博体育研究人员。那是2003年。
他们求助于联合基因组九博体育研究所（JGI）。
“联合基因组九博体育研究所是最早的人类基因组中心之一，在人类基因组完成后，他们正在寻找自己的位置，”Pfrender说。“他们真的走在了重要生物体基因组学的前沿，这是其他人做不到的。”
重点是进化发展和物种多样化。九博体育研究人员正在对农业上重要的昆虫和与人类健康和疾病相关的媒介进行测序，比如蜜蜂、果蝇和蚊子。
“完全缺失的是环境科学的理想生态模型，”Pfrender说。“我们认为这是我们的利基市场。”
该小组强调了水蚤对其生态系统的重要性，并指出了关于水蚤的大量生态文献——可能比任何其他水生生物都要大，更详细。
球场是坚实的。短暂的停顿后，九博体育研究所所长问：“我们什么时候开始？”
水蚤的第一个基因组序列于2006年完成。九博体育研究小组选择了俄勒冈州的一个种群，因为它的变异率很低。他们称之为天选之子（TCO）。九博体育研究结果发表在2011年的《科学》杂志上。
普福德不打算在这里停下来。六年后，他发表了一份新的、改进过的D. pulex基因序列，这是一个在中西部发现的种群，并提供了一份高分辨率、更详细的高密度基因图谱。
这些微小的水蚤在世界各地的湖泊、池塘和静水中扮演着重要的生态角色。
“当你对一个基因组进行测序时，你得到的是很多短片段的序列，就像一个大拼图，你试图把它们拼在一起，”Pfrender说。“你想要从这些小片段中得到最大的DNA片段。它们有多长，间隔有多均匀——这些都很重要。有了这个（第二个）序列，巴黎圣母院的基因组学和生物信息学核心能够采用新技术，包括长合成序列，这使我们能够将更长的片段连接在一起。”
“基因组学核心为这次组装提供了大量数据，”Pfrender说。“现在我们对这个基因组的连续信息比上一个基因组的信息要长得多。我们还能够将它们与染色体连接起来，这样我们就知道每条染色体上的拼图碎片位于哪里。这为我们提供了基因组结构的路线图。”
回到实验室，Pfrender将滴管浸入另一个烧杯中。
他解释说，这些水蚤一直生活在某种细菌开始生长的水中。作为回应，它们开始产生血红蛋白。他把其中一只水蚤放到显微镜下。
虽然她的基因和其他人一样，形状和大小也一样，但她体内的血红蛋白使她的身体呈现出明亮的红色。
Pfrender希望将他最新的水蚤基因图谱发挥更大的作用，以确定水蚤是如何适应环境的，并将这些过程理解为人类健康的基础。
“环境中使用的人造化学品超过10万种。我们所知道的毒性不到5%，而且我们对接触这些化合物的复杂混合物的影响几乎一无所知，”Pfrender说。“我们自己接触这些化学物质可能会产生非常微妙的影响，这些影响只会在几年后显现出来。如果我们能够揭示基因组的基础，并了解像水蚤这样的生物对多种压力源的反应，我们就可以走向一种预测科学，这种科学可以通过数据来影响全世界的人类健康。这是21世纪面临的巨大挑战。”