紐西蘭的極度瀕危物種鴞鸚鵡是世界上最重的鸚鵡，它不會飛行，是夜行動物，有著芬芳的苔綠色羽毛，奇特的鬍鬚狀面部，最長可達90年的壽命——以及幾乎完全由大腸桿菌構成的腸道微生物群。和其他動物一樣，包括人類在內的動物，在其消化道、皮膚和其他部位攜帶數萬億的細菌、病毒、古細菌和真菌：內部生態系統，這些生態系統幫助它們從食物中提取營養、抵抗病原體並發展免疫力。現在，隨著基因測序變得更便宜和更先進，科學家們正在研究瀕危動物獨特的微生物群，從而提供可能有助於阻止物種滅絕的見解。
奧克蘭大學微生物生態學家安妮·韋斯特說，這樣的研究表明，鴞鸚鵡不僅外表奇特，內在也很奇怪：“它們的微生物群非常怪異——就像它們的一切一樣。”大約有250只鴞鸚鵡生活在五個偏遠、無捕食者的島嶼上，由紐西蘭野生動物官員進行集中管理。2019年，政府工作人員和志願者從67只正在成長的幼鳥身上收集了新鮮的棕綠色糞便和巢穴材料，並將樣本送給韋斯特進行DNA分析。
大腸桿菌在人類消化系統中普遍存在，但它僅佔生活在那裡的細菌的一小部分。之前的研究表明，這種微生物在成年鴞鸚鵡的腸道中占主導地位；個體之間的比例差異很大，在某些情況下，它佔整個微生物群的99%。韋斯特和她的同事們在動物微生物群雜誌上發表的新研究發現，鴞鸚鵡孵化後不久，大腸桿菌就已經在其腸道中佔據了微生物的大多數。而且，隨著幼鳥長大，這種優勢只會增加。
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“這非常不尋常。 如果你在人類身上看到這種情況，你會擔心的，”韋斯特說。目前尚不清楚這對鴞鸚鵡是否不利，但如此同質化的微生物群可能會引起關注，因為它可能無法執行一個物種所需的所有功能。“如果你失去了多樣性，你可能就失去了一些微生物群的功能，”韋斯特補充道。研究人員還發現，當他們給鴞鸚鵡幼鳥餵食補充的幼鸚鵡飼料時，另一種細菌反而取代了它們的微生物群。
鴞鸚鵡簡化的微生物群可能部分歸因於這種鳥類的極端稀有性。中國南京師範大學的生態學家朱立峰（未參與這項新研究）說，其他研究表明，當動物種群數量減少或變得分散時，它們所寄宿的一些微生物也會隨之消失。“除了生態系統和物種多樣性，我們還需要保護動物體內微生物群的多樣性，”朱立峰說。他解釋說，氣候變化、棲息地退化、與人類接觸以及圈養時間都可能極大地改變動物的微生物群——當人類開始干預以拯救瀕危物種時，我們可能會對它們體內的微觀世界產生意想不到的影響。
朱立峰自己的研究表明，圈養繁殖的大熊貓所攜帶的微生物與野生大熊貓完全不同，這主要是因為它們吃不同的食物。當圈養大熊貓被放歸野外時，它們的微生物群必須經歷為期一年的轉變，在此期間它們更容易生病。“我們意識到大熊貓需要腸道微生物群的野性，”朱立峰說，“而不僅僅是行為的野性。”
弗林德斯大學海洋生物學家伊麗莎白·丁斯代爾說，生物學家仍在編目哪些微生物生活在大多數瀕危物種的體內和體表，以及這些群落如何隨時間變化。她潛水與鯊魚一起收集它們皮膚微生物的樣本。她發現的微生物中大約90%是科學界的新發現，她的團隊已經透過典型的皮膚微生物群鑑定了不同種群的鯨鯊。
下一個重要問題是所有這些微生物對它們的宿主究竟有什麼作用。全基因組測序可以透過揭示製造蛋白質的基因來提供線索，這些蛋白質用於執行諸如消化纖維、耐受鹽度和處理重金屬等任務。在實驗室中培養菌落有助於確認微生物的作用，但目前對於許多微生物來說，這種方法速度慢、成本高且困難。但新興的機器人技術有望加快這一過程，讓科學家們觀察每種微生物如何與其他微生物協同作用。
一些研究人員已經在嘗試微生物群工程。例如，珊瑚的粘液微生物群對溫度和汙染很敏感；過暖的海水會促使珊瑚排出它們賴以生存的共生微藻，導致白化。丁斯代爾說，在澳大利亞，科學家們正在測試是否可以透過用“一種微生物靈藥”來處理珊瑚，使其具有氣候適應性，這種靈藥由更適應溫度波動的細菌組成。澳大利亞的其他生態學家已經表明，可以透過糞便移植來改變考拉的微生物群，從而使這種標誌性的有袋動物能夠消化不同種類的桉樹。
在美國，科羅拉多大學博爾德分校的瓦萊麗·J·麥肯齊實驗室正在使用益生菌來嘗試拯救北方蟾蜍免受壺菌病侵害。兩棲動物在它們覆蓋著粘液的皮膚上有一個豐富的微生物群，而這正是毀滅性的真菌——壺菌Batrachochytrium dendrobatidis攻擊的地方。麥肯齊的團隊鑑定出一種強效抗真菌細菌，這種細菌自然存在於瀕危蟾蜍的落基山脈棲息地中，並且少量存在於它們的皮膚上。該小組在實驗室中表明，用這種益生菌微生物浸泡蟾蜍，可將其抵抗真菌感染的能力提高40%。
接下來，麥肯齊和她的同事們捕獲了幼年野生蟾蜍，並將它們安置在類似水療中心的“水旅館”中，在釋放前在益生菌中浸泡24小時。麥肯齊說，“你必須在完美的發育時間視窗對它們進行處理”，治療才能起作用。當重新捕獲經過處理的蟾蜍時，與對照組相比，它們的疾病減少了。
韋斯特希望她的微生物群研究有一天能為鴞鸚鵡帶來類似的治療方法。她說，至少，既然現在已經知道這些鳥類的典型腸道構成，那麼常規分析鴞鸚鵡的糞便可以為保護管理者提供疾病的早期預警。“我們的想法是，與其採集侵入性樣本，不如使用微生物群分析來識別動物何時可能生病，即使你還沒有看到任何明顯的症狀，”韋斯特說。“這開始對保護專案產生重大影響。”