Az alábbiakban olyan környezeteket tekintünk át, amelyek fizikai, kémiai paramétereik szempontjából eltérnek az általunk, emberek által megszokottól, ezért extrémnek nevezzük őket. Az élőlények itt megfigyelt viselkedésének tanulmányozása átvezet az élet lehetőségének vizsgálatához más égitesteken.

Fekete füstölgők

A fekete füstölgők tenger alatti vulkanikus központok, ahol forró vulkáni anyagok törnek fel, főleg ún. utóvulkáni tevékenység keretében. Itt tehát elsősorban már nem lávákkal, hanem forróvizes oldatokkal van dolgunk, amelyekből a hideg tengervízbe érve sok anyag kiválik. Emiatt jön létre az általában vas-szulfid ásványoktól sötét, kavargó füstre emlékeztető jelenség, mint az a mellékelt felvételen látható. A forrás felett a 300-400 Celsius-fokon kiváló anyagok általában több méter magas kürtőt is alkothatnak. Az eddig megfigyelt legnagyobb fekete füstölgő 150 m átmérőjű, és 50 m magas volt. Naponta több cm-t is növekedhetnek, és egy-egy fekete füstölgő akár 100 ezer évig aktív maradhat.

Egy fekete füstölgő (NOAA)

Az első fekete füstölgőt 1977-ben az Alvin tengeralattjáróval fedezték fel a Galapagos-hátságnál, ahol több száz fajt tartalmazó ökoszisztémát találtak, többnyire addig ismeretlen élőlényekkel. A tápláléklánc alján egyszerű, részben kemoszintetizáló élőlények (baktériumok) találhatók, amelyekre puhatestűek, csigák, csőférgek, kagylók, rákok alkotta életközösség épül. A környezet meleg, sötét, általában savas kémhatású, mérgező gázok és nehézfémek, valamint hatalmas hidrosztatikus nyomás jellemző rá.

A földi fekete füstölgőkhöz részben hasonló környezetek elméletileg előfordulhatnak az Europa nevű Jupiter-hold jégpáncélja alatti óceán aljzatán, amelyeket az árapályhatáskor felszabaduló energia fűthet. Emellett talán hasonló, de nem tenger alatti vulkáni hőforrások létezhetnek a Marson, mélyen a felszín alatt, ahol vulkáni hő és jég együttesen fordul elő.

Fehér füstölgők

Ezek a fentieknél kevésbé ismert, alacsonyabb hőmérsékletű képződmények, amelyek gyakorlatilag vulkanikus hő nélküli hidrotermális (azaz repedésekben keringő meleg víz alkotta) rendszereknek tekinthetők. A bennük zajló folyamatokhoz az energiát a bazaltos-peridotitos kőzetanyag, azaz a földfelszíni vulkanitok között kevéssé átalakult kőzetek és a tengervíz kölcsönhatásakor bekövetkező reakciók, részben az olivinásvány szerpentinesedése (víz felvételével történő átalakulása) biztosítják.

A hőmérséklet többnyire 40-75°C közötti, helyenként eléri a 150°C-ot. Az áramló víz sokkal tisztább, mint a fekete füstölgők esetében. A fehér füstölgők alatt oldódás, bennük pedig ásványi kiválás zajlik. A fekete füstölgőkhöz képest itt kisebb az anyagkibocsátás, a kiváló ásványok fémekben szegényebbek, főleg szfalerit (ZnS), markazit (FeS2), alacsony hőmérsékleten jellemző nyomelemek (Zn, Cd, Pb, Ga) találhatók, és gyakori a kalcium-karbonát. Leghíresebb képviselőik a Lost City nevű térségben fordulnak elő az Atlanti-óceánban, ahol egyes fehér füstölgők többször 10 m magasak és több ezer évesek lehetnek. Az eddigi vizsgálatok alapján sokkal szegényesebb életközösségek jellemzők itt, mint a fekete füstölgőknél.

Permafroszt (örökké fagyott talaj)

Asztrobiológiai jelentősége miatt kiemelten vizsgálják a permafrosztot. Permafrosztnak nevezik Földünk állandóan fagyott területeit, ahol legalább két egymást követő évben nem emelkedik a hőmérséklet fagypont fölé. A permafroszt felett gyakran található egy 0,2-6 méter vastag ún. aktív réteg, amelyben a hőmérséklet a helyi nyár idején nulla fok fölé emelkedhet. Az ez alatti örökfagy a kőzetszemcsék és a közöttük lévő jég együttese, amelynek hőmérséklete 0 és -16°C közötti. Vastagsága helyenként az 1000 métert is elérheti. Kora néhol több millió év, a szárazföldek területének kb. hatodán fordul elő, és helyenként a tengerszint alá került selfterületeken is megtalálható.

Az állandóan fagyott, nulla foknál hidegebb permafrosztban a H₂O (főként vízjég) aránya 10 és 50% közötti. A H₂O nulla fok alatt sem szilárd teljes mértékben, 8-3%-a főleg az ásványszemcsék felületén vékony hártyaként, ritkábban nagyobb zárványokban folyékony halmazállapotban van. A vékony vízhártyák mentén lassan tápanyagok áramlanak. Minél finomabb, kisebb szemcsék találhatók a permafrosztban, annál nagyobb lehet a folyékony fázis aránya.

A permafroszt egyik előnye a benne élő életformák számára, hogy rendkívül stabil környezetet biztosít. A hideg konzerválja a sejteket, és erősen lassítja a kémiai és életfolyamatokat. A vizsgálatok alapján a sugárzást is jobban bírják az élőlények a permafroszt hidegében. A sejtekben a víz itt jócskán nulla fok alatt fagy meg, részben mert a sejtplazmában sok egyéb molekula is megtalálható, amelyek nehezítik a víz megfagyását. A permafrosztban jellemző élőlénycsoportok a kemoszintetizáló (napfény nélkül élő, kémiai energiaforrást használó) és nitrifikáló (ammóniát nitritté és nitráttá alakító) baktériumok, valamint metanogén (metánt termelő) archeák. Ezek az élőlények legalább -10°C-ig aktívak, és sok közülük kb. +30°C felett nem is növekszik.

Az állandóan fagyott talajnak egy jégben gazdag része (Michigan State University)

Amennyiben a hőmérséklet túl alacsonyra ereszkedik, sok faj inaktív állapotba kerül vagy elpusztul. Mivel a hidegben rendkívül lassúak a kémiai átalakulások, a fagyott, tetszhalott élőlények sokáig közel változatlan állapotban maradnak. Ha idővel ismét enyhül a hideg, újból feléledhetnek. A permafrosztban eddig azonosított és életképessé vált legidősebb élőlények 2-3 millió évesek - és van néhány, egyelőre vitatott eredmény közel 20 millió éve megfagyott, majd feléledt élőlényekről is. A permafroszt, pontosabban a kőzetanyaggal kevert fagyott vízjég gyakori környezet lehet más égitesteken is.

A földi permafroszthoz hasonló környezet a Marson a felszín alatt, az összefagyott kőzet-jég keverékben lehet. Ez azonban a legtöbb helyen valószínűleg lényegesen hidegebb, mint földi megfelelője.

Jég alatti tavak

Az Antarktiszon egyes tavakat állandó jégtakaró borít, némelyiket csak néhány méter, másokat kilométer vastagságban. A vékonyabb jéggel borított tavak viszonylag fiatal, néhány száz vagy ezer éves képződmények. Többségük feltehetőleg a gleccserek visszahúzódása nyomán maradt az egykori jégárak vájta medencékben. A vastagabb jéggel fedett, idősebb tavak kora millió években mérhető. E sorok írásakor legalább 145 jég alatti tavat ismerünk az Antarktiszon. A bennük zajló folyamatok és az itt található élőlények élettevékenysége rendkívül lassú. Vizük fagyásának meggátlásában egyrészt a jégtakaró nyomása segíthet, amelytől a kilométer vastag jégpáncél alján -2- -4°C-ra süllyed a fagypont. A geotermikus hő alulról melegíti őket, a jégtakaró gyenge hővezető képessége pedig lassítja a lehűlésüket. Emellett az is lehetséges, hogy sokuknak keletkezése óta egyszerűen nem volt ideje befagyni.

A vékony jéggel borított tavak közül sokat vizsgálták az átlagosan 18 m mély Hoare-tavat, amelyet 3-6 méter vastag jég borít. Az aljzatán, ahova a felszíni fénynek csak mintegy 0,5%-a jut le, főleg cianobaktériumok és algák lakta rózsaszínes szerves réteg van, amelyben az élőlények fotoszintetizálnak. Kis diverzitású, azaz fajokban szegény ökoszisztémák jellemzők az ilyen tavakban.

Az antarktiszi, jég alatti Vosztok-tó helyzete (balra fent) és a felette lévő jégrétegen található kutatóállomás (jobbra) (NASA, Todd Sowers LDEO, Columbia University, Palisades)

A vastag jégpáncél alatti tavak leghíresebb és egyben legnagyobb képviselője a jég alatt 3710 méter mélyen kezdődő, átlagosan 400-500 m mély Vosztok-tó, amelynek kora néhány millió év lehet. A tó vizét eddig még nem vizsgálták meg, csak a felette lévő jégből, a tó teje felett 100 m-es mélységből nyerték mintát. Innen is kerültek már elő életképes sejtek, és a fúrás során sok olyan élőlényt, illetve élőlénymaradványokat találtak, amelyek nem sorolhatók be az eddig ismert fajok közé. A szeizmikus mérések alapján a tó aljzatán kb. 50 m vastag üledék halmozódott fel, amely a jég és az aljzatot alkotó kőzet közötti kölcsönhatáskor, valamint az élőlények élettevékenységekor keletkezhetett. Az új vizsgálatok arra utalnak, hogy az egyes tavakat a jég alatt keskeny csatornák kötik össze. Ezek mentén alkalmanként jelentős vízáramlások történhetnek (mint arról korábban beszámoltunk).

A földi, vastag jégréteg alatti tavakhoz részben hasonló környezet az Europa jégpáncélja alatti óceán lehet, a vékony jéggel borított tavakhoz hasonlóak pedig időnként a Marson fordulhattak elő, pl. becsapódásos kráterekben, a robbanás maradványhője miatt.