综述：一个中温热带国家的天体生物学：巴西的模拟环境数据库与综述

《Life Sciences in Space Research》：Astrobiology in a mesophilic tropical country: a database and a review of analog environments in Brazil

　　

天体生物学模拟环境（AAEs）的研究已超越极端环境，扩展至热带、中温系统。首个巴西的AAEs数据库与综述汇编了84个地点，其中53个由文献提出。巴西拥有横跨所有六个生物群落和海洋的多样化模拟环境。巴西的高盐系统脱颖而出，成为火星和前寒武纪地球的关键模型。该数据库为被忽视地区的模拟环境研究建立了框架。

**1. Introduction**
模拟环境（analog environments）是地球上与外星地点（现在或过去）相似的地点，用于研究生物适应、行星宜居性及生物标志物验证。天体生物学模拟环境（AAEs）被定义为与另一行星体或前寒武纪地球共享特定特征的地球环境，这些特征能塑造生物过程。大多数AAEs具有多重选择压力，常栖息极端嗜极或耐极端生物。AAEs还可作为自然实验室，测试和扩展生态理论。全球范围内已有多个编目计划识别了各大洲的模拟地点，包括国家层面的清单。巴西在天体生物学研究中具有增长潜力，但其AAEs研究在国际上代表性不足，目前仅有两个来源包含巴西地点：美国地质调查局（USGS）的陆地模拟数据门户列出一个地点，而一篇拉丁美洲综述识别了14个巴西极端环境。基于此，研究人员开发了巴西AAEs的综合数据库，以整合研究现状、识别知识空白和战略机遇，挑战模拟环境仅局限于少数极端地区的隐含偏见，并为其他国家提供可转移的框架。

**2. Materials and methods**
通过搜索SciELO、Web of Science、Google Scholar和Scopus等数据库，查找巴西地点，搜索限于2025年12月前发表的英文或葡萄牙语文献。使用关键词"analog environment*"、"brazil*"、"brasil*"以及"extremophile*"、"microorganism*"、"extreme environment*"结合布尔运算符。选择直接提出AAEs或研究巴西极端嗜极物种和极端环境的研究。纳入标准：每个环境必须有地理坐标（经纬度）或可定位的地名，并能提供足够信息填写环境类型和 abiotic环境因子类别。通过Google Earth和MapBiomas获取额外信息，并对特定环境进行深入搜索。由于缺乏统一标准，数据库设置“文献验证”类别：直接（文章直接提及为模拟环境）、间接（文章提及天体生物学或相关学科）、缺失（文章未识别，但数据库作者认为具有潜在意义）。将数据录入电子表格，包含19个类别：名称、环境类型（陆地、水生或地下）、微环境、abiotic因子、市、州、模拟目标（天体/地球时期）、模拟特异性、生命形式（分支和功能）、文献验证、生物群落、生物圈保护区、保护单位、海拔、纬度、经度、知识领域、参考文献。创建葡萄牙语网站，包含Google My Maps地图，列出各地点的名称、环境类型、微环境、生物群落、模拟目标及文献引用。对于“缺失”验证的地点，添加说明：“该环境作为可能模拟的解释来自本项目作者，而非参考文献。因此，这是一个应在天体生物学背景下进一步研究的环境。”地图可在projetoanalogos.blogspot.com自由访问。

**3. Results**
共找到84个地点，来自44个文献来源，分布于三种主要环境类型：水生（45）、陆地（31）和地下（8）。其中68个为自然地点，5个由人类采矿污染（4）和工业废物（1）产生，1个为人工盐田。所有六个巴西陆地生物群落均有代表，另有4个海洋地点（包括两个油藏和两个海底凹坑，其中一个含冷泉）。在自然环境中，53个被文献验证为模拟（35个直接验证，18个间接验证），其余26个基于作者解释加入。直接验证地点的微环境包括：1个洞穴、1个半荒漠、1个富铀露天环境、1个古湖泊、1个富铁水坑、2个冲沟区域、2个撞击坑、3个山脉区域、9个高盐湖泊（均来自里约热内卢州）和14个盐碱水体（均来自潘塔纳尔湿地）。间接验证地点包括1个盐碱水体、1个高盐泻湖、1个岩石露头、1个天然水道、1个红树林区域、2个海岸低树森林（restinga）区域和12个不同生物群落的生物结皮区域。未验证地点包括1个人工盐田、1个河口、1个冷泉、1个凹坑、1个岩石海洋岛屿、1个红泥区域、1个洞穴、1条受煤矿影响的河流、2个油藏、1个铁质结核区域、1个低pH贫营养氧化土、1个酸性泻湖、2个地下热水、2个半荒漠、3个酸性矿山排水（AMD）和10个盐碱水体。陆地环境被模拟为火星、土卫六、冰卫星、一般岩石行星、海洋世界以及前寒武纪地球。生命形式功能方面包括：微生物席、地衣、生物结皮、生物膜，以及耐热、嗜酸、耐酸、嗜碱、耐盐和嗜盐生物，还有化能自养、耐辐射微生物、硫酸盐还原菌、烃降解、甲烷氧化、甲基营养和产甲烷群落，以及有机营养和纤维素分解生物。砂栖、岩石表面（包括岩石栖息真菌）和化石结构（如叠层石、凝块石、瘤状石）也存在。分支方面包括细菌、古菌和真核生物多样，蓝细菌丰富，另有变形菌、放线菌、酸杆菌和极端嗜盐古菌，以及丝状真菌、黑酵母等。保护方面：70个地点不在官方保护单位内，但22个不在生物圈保护区外。知识领域：微生物学（9）、地球科学（8）、地质微生物学（5）、植物学（5）、海洋学（4）、生物技术（4）、农学（2）、工程学（2）、生物化学（1）、化学（1）、生态学（1）、分子生物学（1）、生物医学（1）。

**4. Discussion**
巴西拥有广泛的行星生物学研究机会，包括多样环境、异常abiotic因子和多样化生物区系，这不仅限于传统的中温分类。研究主要集中在微生物学和地球科学，但生态学等其他领域有望受益于与模拟环境的整合。所有六个巴西生物群落均有模拟地点，关键环境因子包括盐度、贫营养和高太阳辐射，这些对应其他行星体的压力。高盐环境是巴西模拟研究的重点，定义为盐度超过海水（≈35‰），包括海岸泻湖和苏打湖。巴西的高盐环境相对易于到达，便于重复采样和长期监测，分布在Mata Atlantica和Pantanal生物群落，如Araruama泻湖系统和Nhecolandia湿地盐碱湖。这些环境被模拟为火星和前寒武纪/埃迪卡拉纪地球，生命形式包括微生物席、微生物岩、产甲烷菌和叠层石（如Lagoa Salgada被认为是“极其罕见的世界模型”和“国际重要性地貌点”）。岩石环境（洞穴、岩石露头、撞击坑）具有高天体生物学相关性，但数据库代表性不足。巴西拥有超过22,000个洞穴，但仅有两个在数据库中，且仅有一项研究直接关联洞穴和天体生物学。洞穴提供寡营养和无光条件，可保护生命和生物标志物免受辐射和沉积干扰，是未来火星任务原型机器人测试的理想环境。岩石露头中的内岩和表岩真菌出现在数据库中，但微生物学仍待探索。两个撞击坑被研究为火星模拟，巴西仅有5个确认的撞击坑。富铀露天环境被模拟为小行星/行星表面，宿主耐辐射生物（如耐辐射奇球菌）。荒漠环境对天体生物学至关重要，巴西缺乏沙漠，但Caatinga（占巴西领土10%）具有最极端气象条件（最高太阳辐射、最高温度、最低湿度、最低降雨），已建立南美首个空间模拟站“Habitat Marte”，专注于可持续性研究。Cerrado（巴西稀树草原）具有贫营养酸性土壤（pH<5）和高铝含量，模拟早期火星，包含数据库中的山脉区域（Serra do Espinha?o）和唯一的地貌点“Pripiri Geosite”（模拟赫斯珀里亚纪火星的“古绿洲”）。生物结皮（biocrusts）出现在Caatinga、Cerrado和Pampa，模拟太古宙地球，具有生态系统恢复和潜在火星地球化改造的潜力。人为污染环境如酸性矿山排水（AMD）形成的水体，含有硫氧化菌和铁氧化菌，模拟早期地球和火星，同时与生物修复研究相关。保护方面，许多模拟地点不在保护单位内，尤其是Caatinga，非森林生态系统（NFE）在保护讨论中常被忽视，但微生物多样性应纳入保护策略。

**5. Conclusion**
巴西为天体生物学研究提供了大量未充分探索的机会，这一结论可能适用于其他缺乏传统“经典”模拟环境的地区。促进不同知识领域的参与可加强模拟环境和极端嗜极生物研究，增强跨学科理解。编译的数据库显示，巴西的天体生物学模拟环境分布在地表、地下和水体中，包括高盐湖泊（可研究火星或前寒武纪地球）、洞穴（在岩石世界中常见）、干旱区域及其生物结皮（提供关于干燥适应和潜在地球化改造的信息）、撞击坑（固体天体常见特征）、污染区域（可结合生物修复和生物技术研究）以及岩石露头、红树林、地貌点、盐田、冷泉等。所有这些环境施加高选择压力，可能储存具有新型代谢和生物标志物的极端嗜极或耐极端生物。概念化研究仍在发展，没有模拟环境是完美对应，这强调了深入系统调查的必要性。数据库还作为战略工具，建议需要更多科学关注和针对性保护的环境。预计未来几年将在所呈现的模拟环境中进行更多天体生物学调查，巩固巴西的天体生物学领域，并提高其国际可见度。