เอ็กซ์ตรีโมไฟล์ (จากภาษาละตินextremus ' สุดขั้ว'และภาษากรีกโบราณφιλία ( philía ) ' ความรัก' ) คือสิ่งมีชีวิตที่สามารถดำรงชีวิตหรือเจริญเติบโตได้ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วเช่นอุณหภูมิ สุดขั้ว (ร้อนหรือเย็นจัด) ความดันรังสีความเค็มหรือระดับ pH [ ^{1 ] [ 2 ] เอ็กซ์}ตรีโมไฟล์ส่วนใหญ่เป็นจุลินทรีย์ – แบคทีเรียและอาร์เคียเป็นหลัก แต่ยังรวมถึงยูคาริโอตบางชนิด เช่นเชื้อรา บางชนิด และทาร์ดิเกรดด้วย^{[ 3 ]}

เนื่องจากนิยามของสภาพแวดล้อมสุดขั้วนั้นสัมพันธ์กับมาตรฐานที่กำหนดขึ้นโดยพลการ ซึ่งมักจะเป็นมาตรฐานที่มนุษย์เป็นศูนย์กลาง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงถือได้ว่ามีความโดดเด่นทางนิเวศวิทยาในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของโลก สิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วยังคงเจริญเติบโตได้ในสภาวะสุดขั้วที่สุด ทำให้พวกมันเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีจำนวนมากที่สุด^{[ 1 ]}การศึกษาสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วได้ขยายความรู้ของมนุษย์เกี่ยวกับขีดจำกัดของชีวิต และให้ข้อมูลสำหรับการคาดเดาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตนอกโลก สิ่งมีชีวิต ที่ทนต่อสภาพแวดล้อม สุดขั้วยังเป็นที่น่าสนใจเนื่องจากศักยภาพในการบำบัดทางชีวภาพของสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์เนื่องจากมลพิษหรือการปนเปื้อน^{[ 4 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 นักชีววิทยาพบว่าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กสามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ร้อนจัด หรือมีความดันอากาศไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้อต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนนักวิทยาศาสตร์บางคนถึงกับสรุปว่าชีวิตอาจเริ่มต้นบนโลกในปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลลึก^{[ 5 ]}

ตามที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Steinn Sigurdsson กล่าวไว้ว่า "มี การค้นพบ สปอร์แบคทีเรียที่มีชีวิตซึ่งมีอายุ 40 ล้านปีบนโลก และเรารู้ว่าพวกมันมีความทนทานต่อรังสี มาก " ^{[ 6 ]} พบ แบคทีเรียบางชนิด ที่อาศัยอยู่ในที่เย็นและมืดในทะเลสาบ ^ที่ฝังอยู่ใต้น้ำแข็งลึกครึ่งไมล์ในทวีปแอนตาร์กติกา [ ^{7 ]}และในร่องลึกมาเรียนาซึ่งเป็นสถานที่ที่ลึกที่สุดในมหาสมุทรของโลก^{[ 8 ] [ 9 ]}คณะสำรวจของโครงการสำรวจมหาสมุทรนานาชาติพบจุลินทรีย์ในตะกอนอุณหภูมิ 120 °C (248 °F) ซึ่งอยู่ลึก 1.2 กม. (0.75 ไมล์) ใต้พื้นทะเลในเขตมุดตัวของร่องลึกนันไก^{[ 10 ] [ 11 ]}พบจุลินทรีย์บางชนิดเจริญเติบโตอยู่ภายในหินที่ระดับความลึกถึง 1,900 ฟุต (580 เมตร) ใต้พื้นทะเลที่ระดับความลึก 8,500 ฟุต (2,600 เมตร) ของมหาสมุทรนอกชายฝั่งทางตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกา [ ^{8 ] [ 12 ] ตาม}ที่นักวิจัยคนหนึ่งกล่าวไว้ว่า "คุณสามารถพบจุลินทรีย์ได้ทุกที่ พวกมันปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดีเยี่ยม และอยู่รอดได้ทุกที่" ^{[ 8 ]}กุญแจสำคัญในการปรับตัวของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วคือองค์ประกอบของกรดอะมิโน ซึ่งส่งผลต่อความสามารถใน การพับโปรตีนภายใต้สภาวะเฉพาะ^{[ 13 ]}การศึกษาสภาพแวดล้อมสุดขั้วบนโลกสามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจขีดจำกัดของความสามารถในการอยู่อาศัยบนโลกอื่นได้^{[ 14 ]}

Tom Gheysens จากมหาวิทยาลัย Ghent ในเบลเยียมและเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าเอนโดสปอร์จาก แบคทีเรีย Bacillus สายพันธุ์หนึ่ง ยังคงมีชีวิตอยู่ได้หลังจากได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 420 °C (788 °F) ^{[ 15 ]}

• แอซิโดไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาพที่เป็นกรดสูง – ระดับ pH 3.0 หรือต่ำกว่า
• จุลินทรีย์ที่ชอบสภาพด่าง : จุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาพที่เป็นกรดต่ำ – ระดับ pH 9.0 หรือสูงกว่า
• แคปโนไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่มีสภาวะการเจริญเติบโตที่เหมาะสมในความเข้มข้นสูงของคาร์บอนไดออกไซด์ตัวอย่างเช่นMannheimia succiniciproducensซึ่งเป็นแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในระบบย่อยอาหารของสัตว์เคี้ยวเอื้อง^{[ 16 ]}
• ฮาโลไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่มีการเจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่ความเข้มข้นของเกลือละลาย 50 กรัม/ลิตร (= 5% โดยมวล/ปริมาตร) หรือสูงกว่า (เพื่อเปรียบเทียบความเค็มของมหาสมุทรอยู่ที่ประมาณ 35 กรัม/ลิตร (= 3.5% โดยมวล/ปริมาตร))
• ไฮเปอร์พีโซไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่มีการเจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่ความดันไฮโดรสแตติกสูงกว่า 50 MPa (= 493 atm = 7,252 psi)
• ไฮเปอร์เทอร์โมไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิสูงกว่า 80 องศาเซลเซียส (176 องศาฟาเรนไฮต์)
• สิ่งมีชีวิต ที่ทนต่อโลหะหนัก : สิ่งมีชีวิตที่สามารถทนต่อโลหะหนักที่ละลายในสารละลาย ในระดับสูง เช่นทองแดงแคดเมียมสารหนูและสังกะสีตัวอย่างเช่นFerroplasma sp. , Cupriavidus metalliduransและGFAJ- 1 ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}
• โอลิโกโทรฟ : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารจำกัด
• ออสโมไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของน้ำตาลสูง
• จุลินทรีย์ทนแรงดัน (Piezophileหรือ Barophile): สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาวะความดันไฮโดรสแตติกสูงกว่า 10 MPa (= 99 atm = 1,450 psi)
• โพลีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ (คำประสมภาษาละติน/กรีกที่หมายถึงความชอบในสภาวะสุดขั้วหลายอย่าง ): หมวดหมู่รวมสำหรับสิ่งมีชีวิตที่เข้าข่ายเป็นเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ในมากกว่าหนึ่งหมวดหมู่
• ไซโครไฟล์หรือ ไครโอไฟล์: สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส (59 องศาฟาเรนไฮต์) หรือต่ำกว่า
• สิ่งมีชีวิต ที่ทนต่อรังสี : สิ่งมีชีวิตที่ทนต่อ รังสีไอออนไนซ์ในระดับสูงโดยส่วนใหญ่คือรังสีอัลตราไวโอเลตกลุ่มนี้ยังรวมถึงสิ่งมีชีวิตที่สามารถทนต่อรังสีนิวเคลียร์โดยเฉพาะรังสีแกมมาด้วย
• ซัลโฟไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่มีสภาวะการเจริญเติบโตที่เหมาะสมในความเข้มข้นของกำมะถัน สูง ตัวอย่างเช่นSulfurovum epsilonproteobacteriaซึ่งเป็นแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์กำมะถันและอาศัยอยู่ในปล่องกำมะถันในน้ำลึก^{[ 20 ]}
• เทอร์โมไฟล์ : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิสูงกว่า 45 องศาเซลเซียส (113 องศาฟาเรนไฮต์)
• สิ่งมีชีวิต ที่ชอบสภาพแห้งแล้ง : สิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดเมื่อค่ากิจกรรมของน้ำต่ำกว่า 0.8

มีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์หลายประเภทที่กระจายอยู่ทั่วโลก โดยแต่ละประเภทจะสอดคล้องกับความแตกต่างของสภาพแวดล้อมเฉพาะถิ่นกับสภาวะเมโซฟิลิก การจัดประเภทเหล่านี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง เอ็กซ์ตรีโมไฟล์หลายชนิดจัดอยู่ในหลายประเภทและถูกจัดเป็นโพลีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ตัวอย่างเช่น สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ภายในหินร้อนลึกใต้พื้นผิวโลกเป็นเทอร์โมฟิลิกและพีโซฟิลิก เช่นThermococcus barophilus [ ^{23 ] โพ}ลีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ที่อาศัยอยู่บนยอดเขาในทะเลทรายอาตากามาอาจเป็น เซโรฟิลล์ ที่ทนต่อรังสี ไซโครฟิลล์และโอลิโก โทรฟ โพลีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความสามารถในการทนต่อระดับpH ทั้งสูงและต่ำ ^{[ 24 ]}โปรดทราบว่าสิ่งมีชีวิตที่ "ทนทาน" หรือ "ต้านทาน" ไม่จำเป็นต้องเป็นเอ็กซ์ตรีโมไฟล์เสมอไป สิ่งมีชีวิตที่ทนทานหรือต้านทานอาจ อยู่รอด ได้แม้ในสภาวะที่รุนแรงแทนที่จะเจริญเติบโตได้ดีในสภาวะที่รุนแรงตัวอย่างเช่นทาร์ดิเกรด ( Tardigrada spp.) แม้ว่าจะทนต่อสภาวะเครียดได้หลายอย่าง แต่ก็ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาวะสุดขั้วอย่างแท้จริง^{[ 25 ]}

ดาราชีววิทยา เป็นสาขาสหวิทยาการที่ศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น แพร่กระจาย และวิวัฒนาการในจักรวาล ได้อย่างไร ดาราชีววิทยาใช้ฟิสิกส์เคมีดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดวงอาทิตย์ชีววิทยาชีววิทยาระดับโมเลกุล นิเวศวิทยาวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ภูมิศาสตร์และธรณีวิทยาเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของสิ่งมีชีวิตบนโลกอื่นและระบุชีวภาคที่อาจแตกต่างจากบนโลก^{[ 26 ]}นัก ดารา ชีววิทยา สนใจ สิ่งมี ชีวิต ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้ว เนื่องจากช่วยให้พวกเขาสามารถทำแผนที่สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับขีดจำกัดของสิ่งมีชีวิตบนโลกไปยังสภาพแวดล้อมนอกโลกที่เป็นไปได้^{[ 2 ]}ตัวอย่างเช่น ทะเลทรายที่คล้ายคลึงกันของแอนตาร์กติกาต้องเผชิญกับรังสี UV ที่เป็นอันตราย อุณหภูมิต่ำ ความเข้มข้นของเกลือสูง และความเข้มข้นของแร่ธาตุต่ำ สภาพเหล่านี้คล้ายกับบนดาวอังคารดังนั้น การค้นพบจุลินทรีย์ที่มีชีวิตในใต้พื้นผิวของแอนตาร์กติกาจึงบ่งชี้ว่าอาจมีจุลินทรีย์ที่รอดชีวิตในชุมชนเอนโดลิธิกและอาศัยอยู่ใต้พื้นผิวของดาวอังคาร งานวิจัยระบุว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่จุลินทรีย์บนดาวอังคารจะดำรงอยู่บนพื้นผิวหรือที่ระดับความลึกตื้นๆ แต่อาจพบได้ที่ระดับความลึกใต้พื้นผิวประมาณ 100 เมตร^{[ 27 ]}

งานวิจัยล่าสุดที่ดำเนินการเกี่ยวกับจุลินทรีย์ทนสภาวะสุดขั้วในญี่ปุ่น เกี่ยวข้องกับ แบคทีเรียหลากหลายชนิดรวมถึงEscherichia coliและParacoccus denitrificansที่อยู่ภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงสูงมาก แบคทีเรียเหล่านี้ถูกเพาะเลี้ยงในขณะที่หมุนในเครื่องอัลตราเซนตริฟิวจ์ด้วยความเร็วสูงเทียบเท่ากับ 403,627 g (เช่น 403,627 เท่าของแรงโน้มถ่วงบนโลก) P. denitrificansเป็นหนึ่งในแบคทีเรียที่แสดงให้เห็นถึงการอยู่รอดและการเจริญเติบโตของเซลล์อย่างแข็งแรงภายใต้สภาวะความเร่งสูงมาก ซึ่งโดยปกติแล้วจะพบได้เฉพาะในสภาพแวดล้อมในอวกาศ เช่น บนดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก หรือในคลื่นกระแทกของซูเปอร์โนวาการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าขนาดเล็กของเซลล์โปรคาริโอตมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตที่ประสบความสำเร็จภายใต้แรงโน้มถ่วง สูงมาก งานวิจัยนี้มีนัยสำคัญต่อความเป็นไปได้ของแพนสเปอร์เมีย^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

เมื่อวันที่ 26 เมษายน 2555 นักวิทยาศาสตร์รายงานว่าไลเคนรอดชีวิตและแสดงผลลัพธ์ที่น่าทึ่งในด้านความสามารถในการปรับตัวของกิจกรรมการสังเคราะห์แสงภายในระยะเวลาจำลอง 34 วัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการที่คล้ายคลึงกับบนดาวอังคารในห้องปฏิบัติการจำลองดาวอังคาร (MSL) ซึ่งดูแลโดยศูนย์การบินและอวกาศแห่งเยอรมนี (DLR) ^{[ 31 ] [ 32 ]}

เมื่อวันที่ 29 เมษายน 2556 นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบัน Rensselaer Polytechnic Institute ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากNASAรายงานว่า ในระหว่างการบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติจุลินทรีย์ดูเหมือนจะปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมในอวกาศในรูปแบบที่ "ไม่พบเห็นบนโลก" และในรูปแบบที่ "สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการเจริญเติบโตและความรุนแรง " ^{[ 33 ]}

เมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2557 นักวิทยาศาสตร์ประกาศว่าจุลินทรีย์ บางชนิด เช่นTersicoccus phoenicisอาจทนต่อวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในห้องปลอดเชื้อสำหรับการประกอบยานอวกาศทำให้เกิดการคาดการณ์ว่าจุลินทรีย์ดังกล่าวอาจทนต่อการเดินทางในอวกาศและมีอยู่ในยานสำรวจCuriosityซึ่งขณะนี้อยู่บนดาวอังคาร^{[ 34 ]}

เมื่อวันที่ 20 สิงหาคม พ.ศ. 2557 นักวิทยาศาสตร์ยืนยันการมีอยู่ของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ลึกครึ่งไมล์ใต้น้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกา^{[ 35 ] [ 36 ]}

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2558 นักวิทยาศาสตร์จากCNR-National Research Councilของอิตาลีรายงานว่าS. soflataricusสามารถอยู่รอดได้ภายใต้รังสีของดาวอังคารที่ความยาวคลื่นซึ่งถือว่าเป็นอันตรายต่อแบคทีเรียส่วนใหญ่ การค้นพบนี้มีความสำคัญเพราะแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่สปอร์ของแบคทีเรียเท่านั้น แต่เซลล์ที่กำลังเจริญเติบโตก็สามารถทนต่อรังสี UV ที่รุนแรงได้เช่นกัน^{[ 37 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2559 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบริกแฮมยังรายงานว่าเอนโดสปอร์ของBacillus subtilisสามารถอยู่รอดได้จากการกระแทกด้วยความเร็วสูงถึง 299±28 ม./วินาที แรงกระแทกอย่างรุนแรง และการลดความเร็วอย่างรุนแรง พวกเขาชี้ให้เห็นว่าคุณสมบัตินี้อาจทำให้เอนโดสปอร์สามารถอยู่รอดและถ่ายโอนระหว่างดาวเคราะห์ได้โดยการเดินทางภายในอุกกาบาตหรือโดยการประสบกับการรบกวนของชั้นบรรยากาศ ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังแนะนำว่าการลงจอดของยานอวกาศอาจส่งผลให้เกิดการถ่ายโอนสปอร์ระหว่างดาวเคราะห์ได้เช่นกัน เนื่องจากสปอร์สามารถอยู่รอดได้จากการกระแทกด้วยความเร็วสูงในขณะที่ถูกดีดออกจากยานอวกาศลงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่รายงานว่าแบคทีเรียสามารถอยู่รอดได้จากการกระแทกด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ อย่างไรก็ตาม ความเร็วของการกระแทกที่ทำให้ตายยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และควรทำการทดลองเพิ่มเติมโดยการนำการกระแทกด้วยความเร็วสูงขึ้นมาใช้กับเอนโดสปอร์ของแบคทีเรีย^{[ 38 ]}

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2563 นักวิทยาศาสตร์รายงานว่าแบคทีเรียที่กินอากาศซึ่งค้นพบในปี พ.ศ. 2560 ในทวีปแอนตาร์กติกาอาจไม่จำกัดอยู่เฉพาะในทวีปแอนตาร์กติกาเท่านั้น หลังจากค้นพบยีนสองตัวที่เชื่อมโยงกับ "การสังเคราะห์ทางเคมีในบรรยากาศ" ของพวกมันในดินของแหล่งทะเลทรายเย็นที่คล้ายคลึงกันอีกสองแห่ง ซึ่งให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแหล่งกักเก็บคาร์บอน นี้ และเสริมความแข็งแกร่งให้กับหลักฐานของจุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วซึ่งสนับสนุนความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กบนดาวเคราะห์ต่างดาว^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

ในเดือนเดียวกันนั้น นักวิทยาศาสตร์รายงานว่าแบคทีเรียจากโลก โดยเฉพาะDeinococcus radioduransพบว่าสามารถอยู่รอดได้นานถึงสามปีในอวกาศโดยอิงจากการศึกษาบนสถานีอวกาศนานาชาติผลการค้นพบเหล่านี้สนับสนุนแนวคิดเรื่องแพนสเปอร์เมีย^{[ 42 ] [ 43 ]}

จุลินทรีย์ทนสภาพแวดล้อม สุดขั้วยังสามารถมีบทบาทสำคัญในการบำบัดทางชีวภาพของพื้นที่ปนเปื้อนได้ เนื่องจากบางชนิดสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงเกินกว่าที่จุลินทรีย์บำบัดทางชีวภาพแบบดั้งเดิมจะทำได้ กิจกรรมของมนุษย์ทำให้เกิดการปล่อยสารมลพิษที่อาจตกตะกอนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่นเดียวกับกากแร่และตะกอนที่ปล่อยออกมาจากกิจกรรมการทำเหมืองในทะเลลึก^{[ 44 ]}ในขณะที่แบคทีเรียส่วนใหญ่จะถูกบดขยี้ด้วยแรงดันในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ แต่จุลินทรีย์ทนแรงดันสามารถทนต่อความลึกเหล่านี้ได้และสามารถเผาผลาญสารมลพิษที่น่าเป็นห่วงได้หากพวกมันมีศักยภาพในการบำบัดทางชีวภาพ

หลังจากน้ำมันรั่วไหลและกระแสน้ำพัดพาไฮโดรคาร์บอนไปยังแหล่งต่างๆ ที่เป็นไปได้หลายแห่ง พบว่าฟองก๊าซมีเทนที่เกิดจากการรั่วไหลของน้ำมัน Deepwater Horizonอยู่ที่ระดับความลึก 1.1 กิโลเมตรใต้ผิวน้ำ และมีความเข้มข้นสูงถึง 183 ไมโครโมลต่อกิโลกรัม^{[ 45 ]} การรวมกันของอุณหภูมิต่ำและความดันสูงในสภาพแวดล้อมนี้ส่งผลให้กิจกรรมของจุลินทรีย์ต่ำ อย่างไรก็ตาม พบว่าแบคทีเรียที่มีอยู่ ได้แก่ สายพันธุ์Pseudomonas , AeromonasและVibrioสามารถบำบัดทางชีวภาพได้ แม้ว่าจะช้ากว่าที่ระดับความดันน้ำทะเลถึงหนึ่งในสิบก็ตาม^{[ 46 ]}ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวง จะ ละลายได้ดีขึ้นและมีชีวภาพพร้อมใช้งานมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สายพันธุ์ ThermusและBacillus ที่ทนความร้อน ได้แสดงให้เห็นการแสดงออกของยีนที่สูงขึ้นสำหรับเอนไซม์อัลเคนโมโนออกซิเจเนสalkBที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 °C (140 °F) การแสดงออกของยีนนี้เป็นสารตั้งต้นที่สำคัญของกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ เชื้อราที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมด้วยเอนไซม์ที่ปรับตัวเข้ากับความเย็นเพื่อทนต่อระดับ pH และอุณหภูมิที่แตกต่างกันได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการบำบัดการปนเปื้อนของไฮโดรคาร์บอนในสภาวะเยือกแข็งในทวีปแอนตาร์กติกา^{[ 47 ]}

Acidithiobacillus ferrooxidansได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการบำบัดปรอทในดินที่เป็นกรดเนื่องจาก ยีน merA ของมัน ทำให้ทนต่อปรอทได้ ^{[ 48 ]}น้ำเสียจากอุตสาหกรรมมีโลหะในระดับสูงซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และระบบนิเวศ ^{[ 49 ] [ 50 ]}ในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูง จุลินทรีย์ทนสภาวะสุดขั้ว Geobacillus thermodenitrificansได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถจัดการความเข้มข้นของโลหะเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในสิบสองชั่วโมงหลังจากนำเข้า ^{[ 51 ]}จุลินทรีย์ที่ชอบกรดบางชนิดมีประสิทธิภาพในการบำบัดโลหะในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเนื่องจากโปรตีนที่พบในเพริพลาสม์ ซึ่งไม่มีอยู่ในจุลินทรีย์ที่ชอบอุณหภูมิปานกลาง ทำให้พวกมันสามารถปกป้องตัวเองจากความเข้มข้นของโปรตอนสูงได้ ^{[ 52 ]}นาข้าวเป็นสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเดชันสูงซึ่งสามารถผลิตตะกั่วหรือแคดเมียมในระดับสูงได้ Deinococcus radioduransมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ดังนั้นจึงเป็นสายพันธุ์ที่เหมาะสมสำหรับการจำกัดขอบเขตของการปนเปื้อนของโลหะเหล่านี้ ^{[ 53 ]}

แบคทีเรียบางชนิดยังใช้ธาตุหายากในกระบวนการทางชีวภาพของพวกมันด้วย ตัวอย่างเช่นMethylacidiphilum fumariolicum , Methylorubrum extorquensและMethylobacterium radiotoleransเป็นที่ทราบกันว่าสามารถใช้แลนทานอยด์เป็นโคแฟคเตอร์เพื่อเพิ่มกิจกรรม ของ เมทานอลดีไฮโดร จีเน ส^{[ 54 ] [ 55 ]}

น้ำเสียจากเหมืองแร่ที่เป็นกรดเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับเหมืองแร่โลหะหลายแห่ง เนื่องจากน้ำที่เป็นกรดสูงนี้สามารถผสมกับน้ำใต้ดิน ลำธาร และทะเลสาบได้ น้ำเสียนี้ทำให้ค่า pH ในแหล่งน้ำเหล่านี้เปลี่ยนจากค่า pH ที่เป็นกลางไปเป็นค่า pH ที่ต่ำกว่า 4 ซึ่งใกล้เคียงกับระดับความเป็นกรดของกรดในแบตเตอรี่หรือกรดในกระเพาะอาหาร การสัมผัสกับน้ำที่ปนเปื้อนสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของพืช มนุษย์ และสัตว์ อย่างไรก็ตาม วิธีการบำบัดที่มีประสิทธิภาพคือการนำจุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วอย่างThiobacillus ferrooxidans เข้ามา ใช้ จุลินทรีย์ชนิดนี้มีประโยชน์เนื่องจากคุณสมบัติในการย่อยสลายแร่ธาตุทางชีวภาพ ช่วยย่อยสลายแร่ธาตุในน้ำเสียที่เกิดจากเหมืองแร่ โดยการย่อยสลายแร่ธาตุThiobacillus ferrooxidansจะเริ่มช่วยลดความเป็นกรดของน้ำเสีย ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและช่วยแก้ไขความเสียหายที่เกิดจากการรั่วไหลของน้ำเสียจากเหมืองแร่ที่เป็นกรด^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

จุลินทรีย์ ที่ชอบอุณหภูมิต่ำจะเผาผลาญไฮโดรคาร์บอน ซึ่งช่วยในการบำบัดมลพิษที่เป็นอันตรายจากน้ำมันในภูมิภาคอาร์กติกและแอนตาร์กติก จุลินทรีย์เฉพาะเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในภูมิภาคนี้เนื่องจากความสามารถในการทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก^{[ 60 ] [ 61 ]}

แบคทีเรียใดๆ ที่สามารถอาศัยอยู่ในตัวกลางที่มีกัมมันตรังสีได้ สามารถจัดเป็นสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อรังสีได้ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อรังสีจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการบำบัดทางชีวภาพของสารกัมมันตรังสี ยูเรเนียมเป็นสิ่งที่ยากต่อการควบคุมเป็นพิเศษเมื่อถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม และเป็นอันตรายอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์และระบบนิเวศ^{[ 62 ] [ 63 ]}โครงการ NANOBINDERS กำลังพัฒนาแบคทีเรียที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่มียูเรเนียมสูง โดยมีลำดับยีนที่ช่วยให้โปรตีนสามารถจับกับยูเรเนียมในน้ำเสียจากการทำเหมือง ทำให้สะดวกต่อการรวบรวมและกำจัดมากขึ้น^{[ 64 ]}ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่Shewanella putrefaciens , Geobacter metallireducensและสายพันธุ์บางส่วนของBurkholderia fungorum ^{[ 65 ]}

พบเชื้อราเรดิโอโทรฟิก ซึ่งใช้รังสีเป็นแหล่งพลังงานภายในและรอบๆ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล^{[ 66 ]}

นอกจากนี้ยังพบความต้านทานต่อรังสีในสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่บางชนิด ปริมาณรังสีที่ร้ายแรงที่จำเป็นต่อการฆ่าเต่าได้ถึง 50% ของประชากรเต่าคือ 40,000 โรntgenในขณะที่ต้องใช้เพียง 800 โรntgen เพื่อฆ่ามนุษย์ได้ 50% ^{[ 67 ]}ในการทดลองที่ให้แมลงเลปิโดปเทอแรน สัมผัส กับรังสีแกมมาตรวจพบความเสียหายของ DNA อย่างมีนัยสำคัญเฉพาะที่ปริมาณ 20  Gyขึ้นไปเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ของมนุษย์ที่แสดงความเสียหายที่คล้ายกันที่ปริมาณเพียง 2 Gy ^{[ 68 ]}

มีการระบุชนิดย่อยใหม่ของจุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วอยู่บ่อยครั้ง และรายการหมวดหมู่ย่อยของจุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์อาศัยอยู่ในทะเลสาบแอสฟัลต์ เหลว Pitch Lakeงานวิจัยระบุว่าจุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วอาศัยอยู่ในทะเลสาบแอสฟัลต์ในประชากรที่มีจำนวนระหว่าง 10⁶ ^ถึง 10⁷ ^{เซลล์} /กรัม^{[ 69 ] [ 70 ]}ในทำนองเดียวกัน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ความทนทาน ต่อโบรอนยังไม่เป็นที่รู้จัก แต่มีการค้นพบแบคทีเรียที่ทนต่อโบรอนได้ดี ด้วยการแยกBacillus boroniphilusออกมาเมื่อเร็วๆ นี้ ทำให้มีการพูดคุยเกี่ยวกับแบคทีเรียที่ ทนต่อโบรอน ^{[ 71 ]}การศึกษาแบคทีเรียที่ทนต่อโบรอนเหล่านี้อาจช่วยให้เข้าใจกลไกของทั้งความเป็นพิษของโบรอนและการขาดโบรอนได้ดียิ่งขึ้น

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2562 การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของเหมืองคิดด์ในแคนาดาได้ค้นพบสิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยกำมะถันซึ่งอาศัยอยู่ที่ระดับความลึก 7,900 ฟุต (2,400 เมตร) ใต้พื้นผิว และหายใจด้วยกำมะถันเพื่อความอยู่รอด สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ยังน่าทึ่งเนื่องจากกินหิน เช่น ไพไรต์ เป็นแหล่งอาหารหลัก^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]}

เอนไซม์คาตาเลสชนิดเทอร์โมอัลคาลิฟิลิกซึ่งเริ่มต้นการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นออกซิเจนและน้ำ ได้รับการแยกจากสิ่งมีชีวิตThermus brockianusที่พบในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนโดย นักวิจัยจาก ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮเอนไซม์คาตาเลสนี้ทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ 30 °C ถึงมากกว่า 94 °C และช่วง pH 6–10 เอนไซม์คาตาเลสนี้มีความเสถียรสูงมากเมื่อเทียบกับเอนไซม์คาตาเลสอื่นๆ ที่อุณหภูมิและ pH สูง ในการศึกษาเปรียบเทียบ เอนไซม์คาตาเลสจาก T. brockianusมีครึ่งชีวิต 15 วันที่ 80 °C และ pH 10 ในขณะที่เอนไซม์คาตาเลสที่ได้จากAspergillus nigerมีครึ่งชีวิต 15 วินาทีภายใต้สภาวะเดียวกัน เอนไซม์คาตาเลสนี้จะมีประโยชน์ในการกำจัดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม เช่น การฟอกเยื่อกระดาษและกระดาษ การฟอกสิ่งทอ การพาสเจอร์ไรซ์อาหาร และการฆ่าเชื้อบนพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อาหาร^{[ 75 ]}

เอนไซม์ที่ปรับเปลี่ยน DNA เช่นTaq DNA polymerase และ เอนไซม์ Bacillus บางชนิด ที่ใช้ในการวินิจฉัยทางคลินิกและการทำให้แป้งเหลวนั้น ผลิตในเชิงพาณิชย์โดยบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพหลายแห่ง^{[ 76 ]}

เป็นที่ทราบกันว่ามีโปรคาริโอตมากกว่า 65 ชนิดที่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมตามธรรมชาติ ซึ่งก็คือความสามารถในการถ่ายโอน DNA จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ตามด้วยการรวม DNA ของผู้ให้เข้ากับโครโมโซมของเซลล์ผู้รับ^{[ 77 ]}สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วหลายชนิดสามารถถ่ายโอน DNA เฉพาะสายพันธุ์ได้ ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าความสามารถดังกล่าวพบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วมากน้อยเพียงใด

แบคทีเรียDeinococcus radioduransเป็นสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อรังสีได้มากที่สุดชนิดหนึ่งเท่าที่รู้จัก แบคทีเรียชนิดนี้ยังสามารถอยู่รอดได้ในสภาวะเย็น ขาดน้ำ สุญญากาศ และกรด จึงจัดเป็นสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาวะสุดขั้วได้หลายชนิด D. radioduransมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม^{[ 78 ]}เซลล์ผู้รับสามารถซ่อมแซมความเสียหายของ DNA ใน DNA ผู้ให้ที่ได้รับรังสี UV ได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นเดียวกับการซ่อมแซม DNA ของเซลล์เมื่อเซลล์เองได้รับรังสี แบคทีเรียที่ ทนความร้อน สูงอย่าง Thermus thermophilusและ สายพันธุ์ Thermus อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ก็มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม เช่นกัน ^{[ 79 ]}

Halobacterium volcanii ซึ่งเป็นอาร์เคียที่ทนต่อ เกลือสูงมาก (halophilic) สามารถทำการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมตามธรรมชาติได้ มีการสร้างสะพานไซโตพลาสซึมระหว่างเซลล์ซึ่งดูเหมือนจะใช้สำหรับการถ่ายโอน DNA จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งในทิศทางใดก็ได้ ^{[ 80 ]}

Sulfolobus solfataricusและ Sulfolobus acidocaldariusเป็นอาร์เคียที่ทนความร้อนสูง การสัมผัสสิ่งมีชีวิตเหล่านี้กับสารที่ทำลาย DNA เช่น รังสี UV, bleomycin หรือ mitomycin C จะกระตุ้นให้เกิดการรวมกลุ่มของเซลล์แบบจำเพาะสายพันธุ์ ^{[ 81 ] [ 82 ]} การรวมกลุ่มของเซลล์ S. acidocaldariusที่เกิดจากรังสี UVจะทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนเครื่องหมายโครโมโซมด้วยความถี่สูง ^{[ 82 ]}อัตราการรวมตัวกันใหม่จะสูงกว่าอัตราการรวมตัวกันของเซลล์ที่ไม่ได้รับการกระตุ้นถึงสามเท่า Frols et al. ^{[ 81 ]}และ Ajon et al. ^{[ 82 ]}ตั้งสมมติฐานว่าการรวมกลุ่มของเซลล์จะช่วยเพิ่มการถ่ายโอน DNA แบบจำเพาะสายพันธุ์ระหว่าง เซลล์ Sulfolobusเพื่อซ่อมแซม DNA ที่เสียหายโดยวิธีการรวมตัวกันแบบโฮโมโลจัส Van Wolferen et al. ^{[ 83 ]}ตั้งข้อสังเกตว่ากระบวนการแลกเปลี่ยน DNA นี้อาจมีความสำคัญภายใต้สภาวะที่ทำลาย DNA เช่น อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ยังมีข้อเสนอแนะว่าการถ่ายโอน DNA ใน Sulfolobusอาจเป็นรูปแบบแรกของการปฏิสัมพันธ์ทางเพศที่คล้ายกับระบบการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของแบคทีเรียที่ได้รับการศึกษามาอย่างดี ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอน DNA ที่จำเพาะต่อสายพันธุ์ นำไปสู่การซ่อมแซมความเสียหายของ DNA ด้วยการรวมตัวกันของโครโมโซมที่เหมือนกัน (และดูการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม )

ถุงเมมเบรนนอกเซลล์ (MVs) อาจมีส่วนเกี่ยวข้องในการถ่ายโอน DNA ระหว่างสายพันธุ์อาร์เคียที่ทนความร้อนสูงต่างกัน^{[ 84 ]}มีการแสดงให้เห็นว่าทั้งพลาสมิด^{[ 85 ]}และจีโนม ของไวรัส ^{[ 84 ]}สามารถถ่ายโอนผ่าน MVs ได้ ที่น่าสังเกตคือ มีการบันทึกการถ่ายโอนพลาสมิดในแนวนอนระหว่าง สายพันธุ์ ThermococcusและMethanocaldococcus ที่ทนความร้อนสูง ซึ่งอยู่ในอันดับThermococcalesและMethanococcalesตาม ลำดับ ^{[ 86 ]}

• สิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกสุดที่รู้จักกัน
• จุลินทรีย์ลดโลหะแบบไม่ใช้ออกซิเจน
• เอ็กซ์ตรีโมโทรฟ
• รายชื่อจุลินทรีย์ที่ได้รับการทดสอบในอวกาศ
• เมโซฟิล (Mesophile ) คือสิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในอุณหภูมิปานกลาง
• นิวโทรฟิลคือจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตได้ดีที่สุดในระดับ pH ที่เป็นกลาง
• โครงการ RISE

• สภาพแวดล้อมสุดขั้ว - ศูนย์ทรัพยากรการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์
• งานวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วถูกเก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 18 ตุลาคม 2014 ที่Wayback Machine
• ยูคาริโอตในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว
• ศูนย์วิจัยสิ่งมีชีวิตทนสภาพแวดล้อมสุดขั้ว เก็บถาวรเมื่อวันที่ 11 มกราคม 2016 ที่Wayback Machine
• สารานุกรมด้านดาราชีววิทยา ดาราศาสตร์ และการบินอวกาศของเดฟ ดาร์ลิ่ง
• สมาคมนานาชาติเพื่อสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้ว
• ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮเก็บถาวรเมื่อวันที่ 18 ตุลาคม 2014 ที่Wayback Machine
• Polyextremophile ใน สารานุกรมด้านดาราชีววิทยา ดาราศาสตร์ และการบินอวกาศของเดวิด ดาร์ลิง
• การสำรวจขีดจำกัดที