メタン菌
メタン生成菌がメタン生成基質として利用する水素と酢酸は自然環境における基質として非常に重要である。そのため、嫌気環境においては幾つかの細菌とメタン生成菌は競合関係にある。また、低級脂肪酸を分解して酢酸を生成する細菌と共生しているケースもあり、この点で古細菌といえども高度好塩菌や好熱性古細菌とは異なっている。
水素は嫌気性細菌の有機酸を電子供与体とした脱水素反応の産物である。またヒドロゲノソームを有する、カビや原生動物などからも水素は発生する。深海熱水孔などからも地球科学的に水素は発生しているが、そのような特殊環境を除けば嫌気的な環境からは水素が発生していると考えてよい。酢酸は、上に述べたように低級脂肪酸からの分解を含む発酵の最終段階の反応であり、発酵で得られるエネルギーとしては最も多い(グルコースから発酵が進んだ場合、pH 7 においてモルあたりΔG' = −946 kJ/mol)。
水素と酢酸を利用する他の生物としては、二価鉄を電子受容体として生育する鉄細菌、硫酸イオンを電子受容体として生育する硫酸還元菌(硫酸塩呼吸)、そして水素と炭酸塩から酢酸を生成する酢酸生成菌がいる。モルあたりのエネルギー獲得量をそれぞれ以下に記す。
鉄細菌 水素を電子供与体とした時:ΔG’ = −914 kJ/mol 酢酸の時:ΔG’ = −809 kJ/mol
自然界の幅広い生理条件(温度、pH、NaCl濃度)の嫌気的環境に分布。具体的には湖沼、水田、海洋、ルーメン、シロアリ後腸など。至適増殖温度に関しては最低が 15 °C (Methanogenium frigidum)、最高が 105 °C (Methanopyrus kandleri Strain 116) である。淡水からも多くのメタン生成菌は分離されているが、高度好塩性のメタン生成菌としては Methanohalobium evestigatum(至適増殖NaCl濃度 4.3 M)がある。
また、メタン生成菌の生育環境によって他の生物との相互関係により利用基質が変化する。メタン生成菌の生育場所として以下の4環境をあげて説明を行う。
淡水の堆積物中(嫌気消化槽、湖沼、水田)
海洋
ルーメン
シロアリ後腸