Extrémophile

Définition de l’extrémophile

Les extrémophiles sont des organismes qui ont évolué pour survivre dans des environnements que l’on croyait autrefois totalement inhabitables. Ces environnements sont inhospitaliers, atteignant des conditions extrêmes de chaleur, d’acidité, de pression et de froid qui seraient fatales à la plupart des autres formes de vie. Parce que les extrêmophiles vivent aux extrémités du spectre, ils peuvent indiquer la gamme des conditions dans lesquelles la vie est possible.

Une chose importante à noter, cependant, est que les extrêmophiles ne sont « extrêmes » que dans une perspective anthropocentrique. Par exemple, alors que l’oxygène est indispensable à nous-mêmes et à une grande partie de la vie sur Terre, de nombreux organismes s’épanouissent dans des environnements sans oxygène du tout.

Les extrêmophiles peuvent être divisés en deux grandes catégories : les organismes extrêmophiles, et les organismes extrêmotolérants. Comme le suggère le suffixe « philic », traduit par « aimant », les organismes extrêmophiles ont besoin d’une ou plusieurs conditions extrêmes pour se développer, tandis que les organismes extrêmotolérants se développent de manière optimale dans des conditions plus « normales », mais sont tout de même capables de survivre à une ou plusieurs valeurs physiochimiques extrêmes.

La plupart des extrêmophiles sont des organismes microscopiques appartenant à un domaine de la vie connu sous le nom d’archées. Cependant, dire que les extrêmophiles sont limités à ce domaine serait incorrect. Certains extrêmophiles appartiennent au domaine des bactéries, et certains sont même des eucaryotes multicellulaires !

Importance pour la recherche

Les enzymes sécrétées par les extrêmophiles, appelées « extrémozymes », qui leur permettent de fonctionner dans des environnements aussi interdits, présentent un grand intérêt pour les chercheurs en médecine et en biotechnologie. Elles seront peut-être la clé de la création de médicaments à base génétique, ou de la création de technologies capables de fonctionner dans des conditions extrêmes.

Les astrobiologistes se sont également intéressés aux extrêmophiles pour leur remarquable résilience dans des environnements glacés. Les extrêmophiles, ou « psychrophiles », qui sont actifs dans de tels environnements soulèvent la possibilité d’une vie sur d’autres planètes, car la majorité des corps du système solaire sont gelés. En outre, les propriétés biochimiques de ces psychrophiles, comme la capacité d’utiliser l’arsenic plutôt que le phosphore pour créer de l’énergie, renforcent la possibilité d’une vie extraterrestre. Et, parce que les extrêmophiles peuvent indiquer la gamme de conditions dans lesquelles la vie est possible, ils peuvent également fournir des indices sur la façon et l’endroit où chercher la vie sur d’autres corps solaires.

Types d’extrêmophiles

Bien sûr, différentes conditions environnementales nécessitent différentes adaptations de la part des organismes qui vivent ces conditions. Les extrêmophiles sont classés en fonction des conditions dans lesquelles ils se développent. Or, généralement, les environnements sont un mélange de différentes conditions physiochimiques, ce qui oblige les extrêmophiles à s’adapter à de multiples paramètres physiochimiques. Les extrêmophiles trouvés dans de telles conditions sont appelés « polyextrémophiles ».

Acidophile

Les acidophiles sont adaptés à des conditions avec des valeurs de pH acides qui vont de 1 à 5. Ce groupe comprend certains eucaryotes, bactéries et archées que l’on trouve dans des endroits comme les piscines sulfureuses, les zones polluées par le drainage minier acide, et même nos propres estomacs !

Les acidophiles régulent leurs niveaux de pH par une variété de mécanismes spécialisés- dont certains sont passifs (n’exerçant pas d’énergie), et d’autres sont actifs (exerçant de l’énergie). Les mécanismes passifs impliquent généralement le renforcement de la membrane cellulaire contre l’environnement extérieur, et peuvent impliquer la sécrétion d’un biofilm pour empêcher la diffusion de molécules dans la cellule, ou la modification complète de leur membrane cellulaire pour incorporer des substances protectrices et des acides gras. Certains acidophiles peuvent sécréter des molécules tampons pour aider à élever leur pH interne. Les mécanismes actifs de régulation du pH impliquent une pompe à ions hydrogène qui expulse les ions hydrogène de la cellule à un taux constamment élevé.

Alakaliphiles

Les alcaliphiles sont adaptés à des conditions de pH basique de 9 ou plus. Ils maintiennent l’homéostasie par des mécanismes à la fois passifs et actifs. Les mécanismes passifs comprennent la mise en commun des polyamines cytoplasmiques à l’intérieur de la cellule. Les polyamines sont riches en groupes amino chargés positivement qui tamponnent le cytoplasme dans les environnements alcalins. Un autre mécanisme passif consiste à avoir une faible perméabilité membranaire, ce qui entrave le mouvement des protons à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. La méthode active de régulation implique un canal ionique sodique qui transporte les protons dans la cellule.

Thermophile

Les thermophiles se développent dans des températures extrêmement élevées entre 113 et 251 degrés Fahrenheit. On peut les trouver dans des endroits comme les cheminées hydrothermales, les sédiments volcaniques et les sources chaudes. Leur survie dans de tels endroits peut être attribuée à leurs extremozymes. Les acides aminés de ces types d’enzymes ne perdent pas leur forme et ne se plient pas mal à la chaleur extrême, ce qui permet de continuer à fonctionner correctement.

Psychrophile

Les psychrophiles (également connus sous le nom de Cryophiles) prospèrent à des températures extrêmement basses de 5 degrés Fahrenheit ou moins. Ce groupe appartient aux trois domaines de la vie (bactéries, archées et eucarya), et on peut les trouver dans des endroits comme les sols froids, le pergélisol, la glace polaire, l’eau froide des océans et les banquises alpines.

L’une des façons dont ils survivent dans le froid extrême peut être attribuée à leurs extremozymes, qui continuent à fonctionner à basse température, et un peu plus lentement à des températures encore plus basses. Les psychrophiles sont également capables de produire des protéines qui sont fonctionnelles à des températures froides, et contiennent de grandes quantités d’acides gras insaturés dans leurs membranes plasmatiques qui aident à tamponner les cellules du froid. Mais surtout, certains psychrophiles sont capables de remplacer l’eau de leur corps par le sucre tréhalose, empêchant la formation de cristaux de glace nocifs.

Xérophile

Les xérophiles se développent dans des conditions extrêmement sèches qui peuvent être très chaudes ou très froides. On les a trouvées dans des endroits comme le désert d’Atacama, le Grand Bassin et l’Antarctique. Comme leurs amis psychrophiles, certains xérophiles ont la capacité de remplacer l’eau par du tréhalose, ce qui peut également protéger les membranes et d’autres structures des périodes de faible disponibilité de l’eau.

Barophile (Piezophile)

Les barophiles sont des organismes qui se développent mieux sous des pressions élevées de 400 atm ou plus. Ils peuvent survivre en régulant la fluidité des phospholipides de la membrane. Cette fluidité compense le gradient de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule, et l’environnement extérieur. Les barophiles extrêmes se développent de manière optimale à 700 atm ou plus, et ne se développeront pas à des pressions inférieures.

Halophile

Les halophiles sont des organismes qui ont besoin de concentrations élevées de sel pour se développer. À des salinités supérieures à 1,5M, les bactéries procaryotes sont prédominantes. Pourtant, ce groupe appartient aux trois domaines de la vie, mais en plus petit nombre.

Surmonter les défis des environnements hypersalins commence par minimiser la perte d’eau cellulaire. Les halophiles y parviennent en accumulant des solutés dans le cytoplasme par le biais de mécanismes variés. Les archées halophiles utilisent une pompe à ions sodium-potassium pour expulser le sodium et absorber le potassium. Les bactéries halotolérantes équilibrent la pression osmotique en utilisant le glycérol comme solutés compatibles.

Exemples d’extrêmophiles

Snottite

Aussi connue sous le nom de « snoticle », les snottites sont constituées de colonies de bactéries unicellulaires extrêmophiles vivant dans des grottes. Ces colonies ressemblent à des stalactites, mais ont la consistance de, eh bien, de la morve. Ces colonies de bactéries survivent à une toxicité et une acidité extrêmes, entre autres conditions physiochimiques extrêmes. Elles survivent en utilisant la chimiosynthèse pour transformer les composés sulfurés volcaniques en énergie et en déchets d’acide sulfurique.

Le ver tubulaire géant

Le ver tubulaire géant est un extrêmophile des profondeurs que l’on trouve près des cheminées hydrothermales et qui vit dans des conditions de haute pression, de forte chaleur et sans lumière solaire. Les eaux près des évents hydrothermaux peuvent atteindre des températures de 600 degrés Fahrenheit, et la pression peut atteindre jusqu’à près de 9 000 psi ! Dépourvus de leur propre tube digestif, ils survivent dans de telles conditions grâce à leurs partenaires symbiotiques : des bactéries extrêmophiles qui vivent dans l’intestin du ver tubulaire géant. Les bactéries, qui peuvent représenter jusqu’à la moitié du poids du ver, utilisent la chimiosynthèse pour transformer l’oxygène, le sulfure d’hydrogène et le dioxyde de carbone en molécules organiques que le ver peut utiliser comme nourriture.

Tardigrades

Techniquement plus extrêmotolérantes qu’extrêmophiles, ces créatures microscopiques à huit pattes sont l’un des organismes les plus résistants connus de l’homme. Ils ont deux stratégies de survie : une en cas d’inondation, et une en cas de gel ou de sécheresse. En cas d’inondation, les tardigrades se gonflent comme des ballons, ce qui leur permet de remonter à la surface où ils ont accès à l’oxygène. En cas de sécheresse ou de gel, les tardigrades ont la remarquable capacité de remplacer plus de 97 % de l’eau contenue dans leur corps par un type de sucre appelé tréhalose. Cela réduit leur besoin en eau et empêche la formation de cristaux de glace qui, autrement, se formeraient avec l’eau et nuiraient à ces organismes. Grâce à ces techniques de survie, ces créatures ont survécu à des températures allant de -458 degrés Fahrenheit à 300 degrés Fahrenheit, à des pressions six fois supérieures à celles que l’on trouve dans les parties les plus profondes de l’océan, à des doses létales de radiations, et même au vide spatial ! Pourtant, plus les tardigrades restent longtemps dans des conditions non optimales, plus leurs chances de survie diminuent.

Loricifera

Ces organismes microscopiques ont été recueillis pour la première fois dans les profondeurs d’un bassin de la mer Méditerranée, où la saumure saturée en sel qu’ils habitent ne se mélange pas aux eaux supérieures et n’est pas arrosée par elles. Ils habitent les sédiments marins, prospérant dans cet environnement salé, sulfuré, glacial et hautement pressurisé, sans oxygène ni lumière. Cela est possible car, contrairement à nous, les Loricifera possèdent des hydrogénosomes qui ne nécessitent pas d’oxygène, à la place des mitochondries, pour produire de l’énergie !

Grylloblattidae

Les Grylloblattidae sont une famille d’insectes psychrophiles que l’on trouve dans des environnements froids comme les sommets des montagnes, les glaciers et les calottes glaciaires. Ils préfèrent des températures comprises entre 33,8 et 39,2 degrés Fahrenheit – juste au-dessus du point de congélation. Lorsque les températures descendent en dessous de zéro, ces insectes s’enfouissent dans la neige et restent près du sol – sinon ils risquent de mourir à cause des cristaux de glace qui se forment dans leur corps.

Quiz

1. Un psychrophile _________.
A. se développe dans une chaleur extrême.
B. se développe dans une salinité élevée.
C. aime le froid.
D. XXXX

2. Un organim extrémotolérant est ______________.
A. un organisme que l’on ne trouve pas sur terre.
B. adapté à des conditions extrêmes.
C. adapté à des conditions modérées et pouvant vivre dans des conditions extrêmes.
D. adapté à des conditions modérées seulement.

3. Le microbe Picrophilus torridus vit à des niveaux de pH de 0 (très acide). De quel type d’extrêmophile s’agit-il ?
A. un xérophile.
B. un barophile.
C. un alcaliphile.
D. un acidophile.

• Ressources éducatives. (2017, 10 avril). Récupéré le 18 mai 2017 sur http://serc.carleton.edu/microbelife/index.html
• Extrémophile. (2017, 15 mai). Consulté le 18 mai 2017, à partir de https://en.wikipedia.org/wiki/Extremophile
• Vers tubulaire géant. (2017, 05 mai). Récupéré le 18 mai 2017, de https://en.wikipedia.org/wiki/Giant_tube_worm
• Grylloblattidae. (2017, 10 mai). Récupéré le 18 mai 2017, de https://en.wikipedia.org/wiki/Grylloblattidae
• Loricifera. (2017, 14 mai). Consulté le 18 mai 2017, à partir de https://en.wikipedia.org/wiki/Loricifera
• Niederberger, T. (s.d.). Extremophile. Consulté le 18 mai 2017, à l’adresse https://www.britannica.com/science/extremophile
• Snottite. (2017, 14 avril). Consulté le 18 mai 2017, à partir de https://en.wikipedia.org/wiki/Snottite
• Tardigrade. (2017, 15 mai). Consulté le 18 mai 2017, à l’adresse https://en.wikipedia.org/wiki/Tardigrade

.