本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
我最近一直在與艾莉·哈蒙合作一個關於塵土的專案。艾莉去年徒步穿越了太平洋山脊步道，從美國與墨西哥的邊境到加拿大邊境，全程2663英里。她收集了整個加利福尼亞州的塵土樣本，並將它們寄給了我在實驗室，總共62個樣本，代表了加利福尼亞州景觀的廣泛多樣性。
在過去的幾個月裡，我們將塵土轉化為資料。首先，我們使用MoBio PowerSoil DNA分離試劑盒從每個樣本中分離出DNA。在程式的每個步驟中，塵土中越來越多的非DNA物質被剝離，直到最後，塵土中顏色和質地的多樣性被轉化為微量的清澈液體。
我們將DNA傳送給一家公司，該公司可以擴增和測序樣品中所有16S RNA基因。16S RNA是細菌核糖體的一部分，這是一個所有細菌共有的序列，通常用於識別密切相關的物種。該公司向我們發回了大量的原始序列資料以及每個樣本中每種物種相對丰度的摘要表。
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艾莉使用了D3 javascript庫和邁克·博斯托克的叢集力導向佈局來表示每個樣本中的每種細菌。每個圓圈的大小對應於相對丰度，顏色代表細菌門。有關資料視覺化的更多資訊，請檢視艾莉的部落格，要玩互動式視覺化版本，請訪問dirtmap.org並點選其中一張塵土照片。
這些圖表很好地概括了不同樣本中細菌的多樣性和分佈情況，但它們掩蓋了處理和解釋序列資料的大量工作。“物種”的概念本身在微生物方面提出了一些深刻的哲學問題。如果我們定義物種邊界為分隔不能雜交的生物群體，那麼無性繁殖的生物可以被認為是物種嗎？在不同的個體細菌之間存在如此多的水平基因轉移的情況下，物種識別的穩定性如何？16S序列是物種差異的良好代表嗎？通常，僅檢視16S序列時，研究人員會提到“操作分類單元”（OTU），即透過演算法識別的相似序列簇，而不是“物種”，後者帶來了更多的哲學包袱。
下面的熱圖顯示了當我們的資料表示為OTU與物種時的一些差異。頂部部分代表我們一個樣本的所有OTU，大約13,000個不同的序列簇，每個簇用一個正方形表示。然後，來自每個OTU的代表性序列可以與16S基因的資料庫匹配，從而提供我們用於製作圓形圖表的最終物種列表，底部圖表中約有1200個物種。與資料庫不匹配的OTU被著色為橙色；在第一行中，您可以看到它們分佈在整個資料中，然後在物種資料中凝結成一個正方形。總的來說，定義的“物種”數量比OTU數量少10倍以上，因為存在這些“未命中”的情況，並且通常幾個不同的OTU會匹配相同的物種。
總而言之，所有這些資料提供了加利福尼亞州微生物生物地理學的快照，但更重要的是，它展示了將塵土中極其多樣化和異質的微生物種群轉化為可以視覺化和比較的資料集的過程。上週，艾莉和我將塵土、資料和過程照片整理成在加州大學洛杉磯分校藝術|科學畫廊的展覽。對我們來說，將這個非常簡單的科學實驗作為藝術品展示，讓我們對實驗室方法、資料視覺化的美學以及我們如何創造科學知識提出了不同的問題。將這個科學過程從實驗室背景中取出並放入畫廊並沒有削弱結果，而是為我們提供了更豐富的背景，以理解這些結果可能或可能無法告訴我們關於自然、科學以及我們腳下塵土的資訊。
*本專案由加州大學藝術研究所資助。特別感謝安·赫希、卡維塔·菲利普、維多利亞·維斯納、尼克·西弗、盧克·奧爾布里什、貝絲·雷迪、馬斯基特·梅蒙-席勒、米克·洛魯索、瑪麗莎·克利福德、道恩·費爾納爾、異世界、邁克·博斯托克、研究與測試實驗室以及美國郵政服務。