miniatura|Els termòfils són un tipus d'extremòfils, que produeixen alguns dels colors brillants del Grand Prismatic Spring, al Parc Nacional de YellowstoneLextremofília és la capacitat d'alguns organismes —coneguts com extremòfils—de viure en condicions extremes de temperatura, salinitat, pH, pressió o radiació, que ultrapassen els límits que són tolerats per la gran majoria de formes de vida.
La gran majoria d'organismes extremòfils són procariotes, però també n'hi ha d'eucariotes, tant unicel·lulars com pluricel·lulars. L'extremofília pot semblar una raresa en els ecosistemes, perquè es dona en ambients on la vida humana és impossible, com ara amb temperatures superiors als 100 ºC, elevades pressions hidroestàtiques, salinitat o acidesa. Però s'estima que aquests ambients formen aproximadament el 75 per cent del planeta.
Característiques miniatura|Diversitat d'ambients extrems a la Terra
Si bé a finals del ja es van descobrir bacteris que creixien en fonts termals, l'estudi dels extremòfils no es va desenvolupar fins a la segona meitat del , especialment les últimes dècades, quan la tecnologia va permetre la seqüenciació genètica d'aquells organismes i l'anàlisi del seu DNA.
A les dècades del 1980 i del 1990, els biòlegs van descobrir que la vida microbiana pot sobreviure en ambients extrems —nínxols àcids, extraordinàriament calorosos o amb una pressió d'aire irregular, per exemple— que serien inhòspits per a organismes complexos. Alguns científics fins i tot van concloure que la vida podria haver començat a la Terra en xemeneies hidrotermals molt per sota de la superfície de l'oceà. Aquesta hipòtesi, però, ha estat refutada; a una temperatura de 100 ºC, la vida mitjana de compostos orgànics com ara els aminoàcids, la ribosa o les bases nitrogenades dels àcids nucleics és massa curta perquè es poguessin acumular en un ambient prebiòtic. I es tracta de molècules considerades essencials per la formació de les primeres formes de vida.
Segons l'astrofísic Steinn Sigurdsson, «[a] la Terra s'han trobat espores bacterianes viables que tenen 40 milions d'anys, i sabem que són molt resistents a la radiació». Es van trobar alguns bacteris vivint al fred i a la foscor en un llac a 800 metres de profunditat sota el gel a l'Antàrtida, i a la fossa de les Mariannes, el lloc més profund dels oceans de la Terra. Les expedicions del Programa Internacional de Descobriment d'Oceans van trobar microorganismes que vivien a 120 °C en sediments a una profunditat d'1,2 km en el fons marí a la zona de subducció de la fossa de Nankai. S'han trobat alguns microorganismes que prosperen dins de les roques fins a 580 m per sota del fons marí a 2600 m de profunditat davant la costa del nord-oest dels Estats Units. Segons un dels investigadors, «es poden trobar microbis a tot arreu: són extremadament adaptables a les condicions i sobreviuen allà on siguin». Una clau per a l'adaptació dels éssers vius a ambients extrems és la seva composició d'aminoàcids, que afecta la seva capacitat de plegament de proteïnes en condicions particulars. Estudiar ambients extrems a la Terra pot ajudar a comprendre els límits d'habitabilitat en altres mons.
Tom Gheysens de la Universitat de Gant a Bèlgica i els seus col·legues van demostrar que les endòspores d'una espècie de bacteri del gènere Bacillus eren viables després de ser escalfades a temperatures de 420 °C.miniatura|Imatge microscòpica del llac hipersalí Tyrrell (salinitat > 20% p/v), en què es pot identificar provisionalment el cloròfit eucariota, Dunaliella salina. Dunaliella salina es cultiva comercialment pel carotenoide β- carotè, que s'utilitza àmpliament com a colorant alimentari natural, així com com a precursor de la vitamina A. Al costat hi ha l'haloarqueó Haloquadratum walsbyi, que té cèl·lules planes i quadrades amb vesícules de gas que permeten la flotació a la superfície, molt probablement per adquirir oxigen.
Tipus d'extremòfils Hi ha molts tipus d'extremòfils segons les diferències del seu medi de vida respecte de la majoria d'éssers vius. Aquestes categories no són exclusives, ja que hi ha extremòfils que es poden incloure en més d'una; per exemple, els organismes que viuen dins de roques ardents a les profunditats de la terra poden ser alhora termòfils i baròfils.
Acidòfil: organisme que viu de manera òptima a nivells de pH inferiors a 5; els que viuen a pH inferior a 3 s'anomenen hiperacidòfils. Alcalífil: organisme que viu de manera òptima en nivells de pH superiors a 9. Baròfil o piezòfil: organisme que viu en medis caracteritzats per l'alta pressió hidroestàtica, de 500 a 1000 atmòsferes o més. Endòfils: organismes que viuen en les cavitats microscòpiques entre les roques. Aquest terme també fa referència als organismes que viuen en esquerdes, aqüífers plens d'aigua subterrània, en la zona més profunda. Halòfil: organisme que requereix com a mínim una salinitat del 15 per cent per créixer (el màxim és el 32 per cent, en què es dona la saturació de sal). Hipertermòfil: organisme que pot sobreviure a temperatures entre 90 °C i 122 °C, com les que es donen en les fumaroles hidrotermals submarines. Hipòfil: organisme que viu dins de roques de deserts glaçats. Litoautòtrof: Un litoautòtrof és un organisme que obté energia de reaccions de compostos reduïts d'origen mineral. Dos tipus de litoautòtrofs es distingeixen per la seva font d'energia: Els fotolitoautòtrofs obtenen la seva energia de la llum mentre que els quimiolitoautòtrofs obtenen la seva energia de reaccions químiques. Metanotolerant: organisme capaç de tolerar alts nivells de metalls pesants dissolts en solucions, com cadmi, arsènic i zinc. Oligòtrof: Organisme amb capacitat per a viure en medis amb pocs nutrients. Osmòfil: organisme capacitat per a créixer en medis amb grans pressió osmòtica, com ara altes concentracions de sucre. Poliextremòfil: organisme extremòfil que pot ser catalogat en més d'una categoria. Psicròfil: organisme que creix en temperatures entre –12 °C i 10 °C, amb un òptim de 5 °C. Comú en sòls freds, gel polar, aigua freda oceànica i zones de gel permanent. Radioresistent o radiòfil: organisme que resisteix alts nivells de radiacions ionitzants, com ara radiació ultraviolada o radiacions nuclears. El bacteri Deinococcus radiodurans por resistir dosis de radiacions gamma 3000 vegades superiors a la dosi que mataria una persona. Termòfil: organisme que pot viure en temperatures d'entre 45 i 80 °C. Xeròfil: organisme que pot viure en situacions de sequera extrema, en condicions de dessecació.
Extremòfils i l'astrobiologia L'astrobiologia és el camp multidisciplinari que investiga com sorgeix, es distribueix i evoluciona la vida a l'univers. Per fer-ho integra disciplines com la física, la química, l'astronomia, la física solar, la biologia, la biologia molecular, l'ecologia, la ciència planetària, la geografia i la geologia per estudiar la possibilitat de vida en altres mons i caracteritzar biosferes que podrien ser diferents de la de la Terra.
Els astrobiòlegs estan interessats en els extremòfils, ja que els permet cartografiar el que se sap sobre els límits de la vida a la Terra fins a possibles entorns extraterrestres Per exemple, els deserts anàlegs de l'Antàrtida estan exposats a la radiació UV nociva, baixa temperatura, alta concentració de sal i baixa concentració de minerals. Aquestes condicions són similars a les de Mart. Per tant, trobar microbis viables al subsòl de l'Antàrtida suggereix que hi pot haver microbis que sobrevisquin en comunitats endolítiques i visquin sota la superfície marciana. La investigació indica que és poc probable que existeixin microbis marcians a la superfície o a poca profunditat, però es poden trobar a profunditats subterrànies d'uns 100 metres. En la capa d'aigua marina que se suposa que hi ha sota el gel que cobreix Europa, un dels satèl·lits de Júpiter, hi podria haver vida, especialment si hi hagués sistemes hidrotermals submarins.
Investigacions recents dutes a terme sobre extremòfils al Japó van implicar una varietat de bacteris, incloent-hi Escheríchia coli i Paracoccus denitrificans, sotmesos a condicions de gravetat extrema. Els bacteris es van cultivar mentre es giraven en una ultracentrífuga a altes velocitats corresponents a 403.627 g (és a dir, 403.627 vegades la gravetat experimentada a la Terra). Paracoccus denitrificans va ser un dels bacteris que va mostrar no només supervivència sinó també un creixement cel·lular robust en aquestes condicions d'hiperacceleració que normalment només es troben en ambients còsmics, com ara en estrelles molt massives o en les ones de xoc de les supernoves. L'anàlisi va mostrar que la petita mida de les cèl·lules procariotes és essencial per a un creixement reeixit en hipergravetat. La investigació té implicacions sobre la viabilitat de la panspèrmia.
El 26 d'abril de 2012, els científics van informar que els líquens van sobreviure i van mostrar resultats notables sobre la capacitat d'adaptació de l'activitat fotosintètica dins del temps de simulació de 34 dies en algunes condicions similars a les de Mart al Laboratori de Simulació de Mart (MSL) mantingut pel Centre Aeroespacial Alemany (DLR).
El 29 d'abril de 2013, científics del Rensselaer Polytechnic Institute, finançat per la NASA, van informar que, durant els vols espacials a l'Estació Espacial Internacional, els microbis semblen adaptar-se a l’entorn espacial de maneres no observades a la Terra i de maneres que poden conduir a augments en el creixement i la virulència.
El 19 de maig de 2014, uns científics van anunciar que uns quants microbis, com ara Tersicoccus phoenicis, podrien ser resistents als mètodes que s'utilitzen habitualment a les sales blanques de muntatge de naus espacials, cosa que va donar lloc a l'especulació que aquests microbis podrien haver resistit els viatges espacials i que ara són presents al rover Curiosity, que ara es troba al planeta Mart.
El 20 d'agost de 2014, els científics van confirmar l'existència de microorganismes que vivien a mig quilòmetre sota el gel de l'Antàrtida.
El setembre de 2015, científics del CNR-Consell Nacional de Recerca d'Itàlia van informar que S. soflataricus va sobreviure sota la radiació marciana a una longitud d'ona que es considerava letal per a la majoria de bacteris. Aquest descobriment és significatiu perquè indica que no només les espores bacterianes, sinó també les cèl·lules en creixement poden resistir una forta radiació UV.
El juny de 2016, científics de la Universitat Brigham Young van informar que les endòspores de Bacillus subtilis eren capaces de sobreviure a impactes d'alta velocitat de fins a 299 ± 28 m/s, xoc extrem i desacceleració extrema. Van assenyalar que aquesta característica podria permetre que les endòspores sobrevisquin i es transfereixin entre planetes viatjant dins de meteorits o experimentant una disrupció atmosfèrica. A més, van suggerir que l'aterratge de naus espacials també podria resultar en una transferència d'espores interplanetàries, atès que les espores poden sobreviure a un impacte d'alta velocitat mentre són expulsades de la nau espacial a la superfície del planeta. Aquest és el primer estudi que informa que els bacteris poden sobreviure a un impacte d'alta velocitat. Tanmateix, es desconeix la velocitat d'impacte letal i s'haurien de fer més experiments introduint un impacte d'alta velocitat a les endòspores bacterianes.
L’agost de 2020, uns científics van informar que els bacteris que s'alimenten de l'aire descoberts el 2017 a l'Antàrtida probablement no es limiten a l'Antàrtida després de descobrir els dos gens prèviament vinculats a la seva quimiosíntesi atmosfèrica al sòl de dos altres llocs desèrtics freds similars, cosa que proporciona més informació sobre aquest embornal de carboni i reforça encara més l'evidència extremòfila que dóna suport a la possible existència de vida microbiana en planetes alienígenes.