新西兰的极度濒危物种鸮鹦鹉是世界上最重的鹦鹉，它不会飞行，是夜行动物，有着芬芳的苔绿色羽毛，奇特的胡须状面部，最长可达90年的寿命——以及几乎完全由大肠杆菌构成的肠道微生物群。和其他动物一样，包括人类在内的动物，在其消化道、皮肤和其他部位携带数万亿的细菌、病毒、古细菌和真菌：内部生态系统，这些生态系统帮助它们从食物中提取营养、抵抗病原体并发展免疫力。现在，随着基因测序变得更便宜和更先进，科学家们正在研究濒危动物独特的微生物群，从而提供可能有助于阻止物种灭绝的见解。
奥克兰大学微生物生态学家安妮·韦斯特说，这样的研究表明，鸮鹦鹉不仅外表奇特，内在也很奇怪：“它们的微生物群非常怪异——就像它们的一切一样。”大约有250只鸮鹦鹉生活在五个偏远、无捕食者的岛屿上，由新西兰野生动物官员进行集中管理。2019年，政府工作人员和志愿者从67只正在成长的幼鸟身上收集了新鲜的棕绿色粪便和巢穴材料，并将样本送给韦斯特进行DNA分析。
大肠杆菌在人类消化系统中普遍存在，但它仅占生活在那里的细菌的一小部分。之前的研究表明，这种微生物在成年鸮鹦鹉的肠道中占主导地位；个体之间的比例差异很大，在某些情况下，它占整个微生物群的99%。韦斯特和她的同事们在动物微生物群杂志上发表的新研究发现，鸮鹦鹉孵化后不久，大肠杆菌就已经在其肠道中占据了微生物的大多数。而且，随着幼鸟长大，这种优势只会增加。
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“这非常不寻常。 如果你在人类身上看到这种情况，你会担心的，”韦斯特说。目前尚不清楚这对鸮鹦鹉是否不利，但如此同质化的微生物群可能会引起关注，因为它可能无法执行一个物种所需的所有功能。“如果你失去了多样性，你可能就失去了一些微生物群的功能，”韦斯特补充道。研究人员还发现，当他们给鸮鹦鹉幼鸟喂食补充的幼鹦鹉饲料时，另一种细菌反而取代了它们的微生物群。
鸮鹦鹉简化的微生物群可能部分归因于这种鸟类的极端稀有性。中国南京师范大学的生态学家朱立峰（未参与这项新研究）说，其他研究表明，当动物种群数量减少或变得分散时，它们所寄宿的一些微生物也会随之消失。“除了生态系统和物种多样性，我们还需要保护动物体内微生物群的多样性，”朱立峰说。他解释说，气候变化、栖息地退化、与人类接触以及圈养时间都可能极大地改变动物的微生物群——当人类开始干预以拯救濒危物种时，我们可能会对它们体内的微观世界产生意想不到的影响。
朱立峰自己的研究表明，圈养繁殖的大熊猫所携带的微生物与野生大熊猫完全不同，这主要是因为它们吃不同的食物。当圈养大熊猫被放归野外时，它们的微生物群必须经历为期一年的转变，在此期间它们更容易生病。“我们意识到大熊猫需要肠道微生物群的野性，”朱立峰说，“而不仅仅是行为的野性。”
弗林德斯大学海洋生物学家伊丽莎白·丁斯代尔说，生物学家仍在编目哪些微生物生活在大多数濒危物种的体内和体表，以及这些群落如何随时间变化。她潜水与鲨鱼一起收集它们皮肤微生物的样本。她发现的微生物中大约90%是科学界的新发现，她的团队已经通过典型的皮肤微生物群鉴定了不同种群的鲸鲨。
下一个重要问题是所有这些微生物对它们的宿主究竟有什么作用。全基因组测序可以通过揭示制造蛋白质的基因来提供线索，这些蛋白质用于执行诸如消化纤维、耐受盐度和处理重金属等任务。在实验室中培养菌落有助于确认微生物的作用，但目前对于许多微生物来说，这种方法速度慢、成本高且困难。但新兴的机器人技术有望加快这一过程，让科学家们观察每种微生物如何与其他微生物协同作用。
一些研究人员已经在尝试微生物群工程。例如，珊瑚的粘液微生物群对温度和污染很敏感；过暖的海水会促使珊瑚排出它们赖以生存的共生微藻，导致白化。丁斯代尔说，在澳大利亚，科学家们正在测试是否可以通过用“一种微生物灵药”来处理珊瑚，使其具有气候适应性，这种灵药由更适应温度波动的细菌组成。澳大利亚的其他生态学家已经表明，可以通过粪便移植来改变考拉的微生物群，从而使这种标志性的有袋动物能够消化不同种类的桉树。
在美国，科罗拉多大学博尔德分校的瓦莱丽·J·麦肯齐实验室正在使用益生菌来尝试拯救北方蟾蜍免受壶菌病侵害。两栖动物在它们覆盖着粘液的皮肤上有一个丰富的微生物群，而这正是毁灭性的真菌——壶菌Batrachochytrium dendrobatidis攻击的地方。麦肯齐的团队鉴定出一种强效抗真菌细菌，这种细菌自然存在于濒危蟾蜍的落基山脉栖息地中，并且少量存在于它们的皮肤上。该小组在实验室中表明，用这种益生菌微生物浸泡蟾蜍，可将其抵抗真菌感染的能力提高40%。
接下来，麦肯齐和她的同事们捕获了幼年野生蟾蜍，并将它们安置在类似水疗中心的“水旅馆”中，在释放前在益生菌中浸泡24小时。麦肯齐说，“你必须在完美的发育时间窗口对它们进行处理”，治疗才能起作用。当重新捕获经过处理的蟾蜍时，与对照组相比，它们的疾病减少了。
韦斯特希望她的微生物群研究有一天能为鸮鹦鹉带来类似的治疗方法。她说，至少，既然现在已经知道这些鸟类的典型肠道构成，那么常规分析鸮鹦鹉的粪便可以为保护管理者提供疾病的早期预警。“我们的想法是，与其采集侵入性样本，不如使用微生物群分析来识别动物何时可能生病，即使你还没有看到任何明显的症状，”韦斯特说。“这开始对保护项目产生重大影响。”