Sinh vật ưa cực

Một sinh vật ưa cực (tiếng Anh: "extremophile", từ extremus tiếng Latinh nghĩa là "cực hạn" và philiā (φιλία) tiếng Hy Lạp nghĩa là "yêu") là một sinh vật sinh trưởng trong điều kiện vật lý hay địa hóa học mà khắc nghiệt đến nỗi có thể dễ dàng gây hại cho đa phần sự sống trên Trái Đất.^[1][2]

Sinh vật ưa nhiệt tạo ra một số màu sắc trong Grand Prismatic Spring, vườn quốc gia Yellowstone

Phân loại

Hình ảnh hiển vi từ Hồ Tyrrell siêu mặn (độ mặn> 20% w/v), trong đó có thể xác định sơ bộ loài tảo lục nhân thực, Dunaliella salina. Dunaliella salina được nuôi thương mại để lấy carotenoid, β-carotene, được sử dụng rộng rãi làm chất tạo màu thực phẩm tự nhiên cũng như tiền chất của vitamin A. Bên cạnh đó là loài tảo haloarchaeon, Haloquadratum walsbyi, với các tế bào hình vuông phẳng chứa các túi khí cho phép nổi lên bề mặt, rất có thể là nơi hấp thụ oxy.

• Sinh vật ưa axit: sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở mức pH 3.0 hoặc thấp hơn.
• Sinh vật ưa kiềm: sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở mức pH 9.0 hoặc hơn.
• Capnophile: sinh vật phát triển mạnh trong môi trường có nồng độ Carbon dioxide cao. Một ví dụ là Mannheimia succiniciproducens, một loại vi khuẩn sống trong hệ tiêu hóa của động vật nhai lại.^[3]
• Halophile: sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở nồng độ muối hòa tan là 50 g/L (= 5% m/v) trở lên (để so sánh, độ mặn của đại dương là khoảng 35 g/L (= 3,5% m/v)).
• Hyperpiezophile: sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở áp suất thủy tĩnh trên 50 MPa (= 493 atm = 7.252 psi).
• Hyperthermophile: một sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở nhiệt độ trên 80 °C (176 °F).
• Metallotolerant: Một sinh vật có khả năng chịu đựng nồng độ cao các kim loại nặng hòa tan trong dung dịch, chẳng hạn như đồng, cadmium, asen và kẽm. Ví dụ bao gồm Ferroplasma sp., Cupriavidus metallidurans và GFAJ-1.^[4][5][6]
• Oligotroph: một sinh vật có khả năng tăng trưởng tối ưu trong môi trường dinh dưỡng hạn chế.
• Osmophile: một sinh vật có khả năng phát triển tối ưu trong môi trường có nồng độ đường cao.
• Piezophile hoặc barophile: một sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở áp suất thủy tĩnh trên 10 MPa (= 99 atm = 1.450 psi).
• Polyextremophile (một từ ghép hỗn hợp tiếng Latin/Hy Lạp để chỉ tình cảm dành cho nhiều thái cực): không phải là một phạm trù được định nghĩa rõ ràng – một sinh vật được coi là sinh vật ưa cực trong nhiều phạm trù.
• Psychrophile hoặc cryophile: một sinh vật có khả năng tăng trưởng tối ưu ở nhiệt độ 15 °C (59 °F) hoặc thấp hơn.
• Radioresistant: Sinh vật có khả năng chống chịu bức xạ ion hóa ở mức độ cao, phổ biến nhất là tia cực tím. Nhóm này cũng bao gồm các sinh vật có khả năng chống chịu bức xạ hạt nhân, đặc biệt là tia gamma.
• Sulphophile: Sinh vật có điều kiện phát triển tối ưu trong môi trường có nồng độ lưu huỳnh cao. Ví dụ như Sulfurovum epsilonproteobacteria, một loại vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh sống trong các lỗ thông hơi lưu huỳnh ở vùng nước sâu.^[7]
• Thermophile: một sinh vật có khả năng phát triển tối ưu ở nhiệt độ trên 45 °C (113 °F).
• Xerophile: một sinh vật có khả năng tăng trưởng tối ưu ở mức hoạt động của nước dưới 0,8.

Limits of known life on Earth[8]
Tác nhân	Môi trường sống	Giới hạn	Ví dụ
Nhiệt độ cao	lỗ thông thủy nhiệt dưới biển, lớp vỏ đại duơng	110 °C (230 °F) đến 122 °C (252 °F)[8][9]	Pyrolobus fumarii, Pyrococcus furiosus, Methanopyrus kandlerii, và các loài khác
Nhiệt độ thấp	Đá lạnh	−20 °C (−4 °F) đến −25 °C (−13 °F)[10]	Rhodotorula glutinis, và các loài khác
Kiềm	Hồ nhiễm kiềm	pH > 11[8]	Psychrobacter, Vibrio, Arthrobacter, Natronobacterium, Methanonatronarchaeum thermophilum, và các loài khác
Hệ thống axit	Suối núi lửa, nước thải mỏ axit	pH 0.06 to 1.0[8]	Picrophilus oshimae, Thermoplasma acidophilum, và các loài khác
Bức xạ ion hóa	Tia vũ trụ, Tia X, Phân rã phóng xạ	1,500 to 6,000 Gy[8]	Deinococcus radiodurans, Rubrobacter, Thermococcus gammatolerans
Tia UV	Ánh nắng	5,000 J/m2[8]
Áp suất cao	Rãnh Mariana	1,100 bar[8]	Pyrococcus sp., và các loài khác
Độ mặn	Nồng độ muối cao	aw ~ 0.6[8]	Halobacteriaceae, Dunaliella salina, và các loài khác
Môi trường khô hạn	Sa mạc Atacama (Chile), Thung lũng khô McMurdo(Châu Nam Cực)	độ ẩm tương đối ~60%[8]	Chroococcidiopsis, và các loài khác
Lớp vỏ sâu	được tiếp cận ở một số mỏ vàng		Desulforudis audaxviator, Halicephalobus mephisto, Mylonchulus brachyurus, động vật chân đốt chưa xác định

Polyextremophiles

Có nhiều lớp sinh vật ưa cực đoan phân bố khắp toàn cầu; mỗi lớp tương ứng với sự khác biệt về ổ sinh thái của nó so với điều kiện ưa ấm. Các phân loại này không loại trừ lẫn nhau. Nhiều sinh vật ưa cực đoan được chia thành nhiều nhóm và được phân loại là sinh vật ưa cực đoan đa cực. Ví dụ, các sinh vật sống bên trong đá nóng sâu dưới bề mặt Trái Đất là sinh vật ưa nhiệt và ưa áp, chẳng hạn như Thermococcus barophilus. ^[11]Một sinh vật ưa cực đoan đa cực sống trên đỉnh núi ở sa mạc Atacama có thể là sinh vật ưa khô kháng phóng xạ, ưa lạnh và ưa ít dinh dưỡng. Sinh vật ưa cực đoan đa cực nổi tiếng với khả năng chịu đựng cả độ pH cao và thấp.^[12]Lưu ý rằng các sinh vật "chịu đựng" hoặc "kháng" không nhất thiết là sinh vật ưa cực đoan: các sinh vật chịu đựng hoặc kháng có thể sống sót bất chấp điều kiện khắc nghiệt thay vì phát triển mạnh trong điều kiện khắc nghiệt. Ví dụ, tardigrade (Tardigrada spp.), mặc dù có khả năng chịu đựng cao với nhiều loại áp zuất, nhưng về bản chất không phải là sinh vật ưa cực đoan.^[13]