微生物生態学
これらの化学栄養生物は、呼吸のために酸素以外の物質を電子受容体として利用することで、酸素がない環境でも生息することができる。
他の微生物は分解者であり、他の生物に由来する廃棄物(生物遺体や排泄物)を栄養塩などの物質に変換し循環させる事が出来る。これらの微生物は生物地球化学的サイクルにおいて重要な役割を果たし、特に動植物には不可能な窒素循環や硫黄循環の一環を担っている(詳しい説明は物質循環と代謝の多様性を参照)。窒素循環、リン循環、硫黄循環、炭素循環はすべて、微生物に何らかの形で依存している。たとえば、地球の大気の78%を構成する窒素ガスは、微生物による窒素固定プロセスによって生物学的に利用可能な形態に変換されるまで、ほとんどの生物が利用することができない。
また、微生物群集間では遺伝子の水平遺伝子が起きる頻度が高いため、進化学の観点からも、微生物生態学は重要である。
微生物、特に真正細菌は他の生物と共生し、その関係が生態系に影響を与えている。生物史学上で最も重要と考えられている共生の例は、真核生物への共生微生物が葉緑体・ミトコンドリアとなったという学説、いわゆる細胞内共生説である。葉緑体の起源はシアノバクテリアの共生体だと考えられている。一説によれば、葉緑体を持つ真核生物の発生は大気中酸素が急激に増加した時期(古原生代)と一致し、その増加に貢献した。急激な大気中酸素の増加が「スノーボールアース」と呼ばれる地球全土を覆った氷河期を引き起こしたという説がある。
微生物はすべての生態系の基礎であるが、特に光が届かず光合成が行われない環境においては重要である。このような環境では、化学合成独立栄養性の微生物(栄養的分類を参照)が食物連鎖の開始の生産者として寄与し、他の生物にエネルギーと炭素を供給する。
微生物生態学における相利共生は、微生物種間や微生物種とヒトとの関係であり、双方に利益を与える形での共生形態を指す。例えば、化学相利共生(syntrophy)(または相互給餌(cross-feeding)としても知られる)が挙げられる。古典的な例としては、Methanobacterium omelianskiiがある。このコンソーシアムは、エタノール発酵微生物とメタン生成菌によって形成される。エタノール発酵微生物は、古細菌のパートナーにH2を提供する。H2は、このメタン生成菌が成長してメタンを生成するために必要である。このような化学相利共生は、さまざまな機能的特性を持つ微生物群集が生き残り、成長し、最大量のエネルギーを生産するのを助け、例えば深い地下などのエネルギー源が制限された環境で特に重要になると考えられている。嫌気的メタン酸化(AOM)は、硫酸還元菌と嫌気性メタン酸化古細菌の共生によって行われる。細菌パートナーがH2の生成に使用する反応は吸エルゴン反応であり、熱力学的には不利である。ただし、古細菌のパートナーが持つ反応系と組み合わせることで、全体的な反応は発エルゴン過程性になる。したがって、この相利共生的な関係にある2つの生物は、どちらの種だけではこの極限的な環境で成長し繁栄することができない。他の例としては、苔癬などが知られている。
一部の金属、特に銅と銀には、抗菌特性がある。人との接触面に抗菌性銅合金を使用することは、細菌の伝染を防ぐために使用され始めた21世紀の技術である。同様に、銀ナノ粒子を建物の表面や布地に組み込む応用も広くなされているが、小さな銀粒子が人間の健康に及ぼす潜在的な副作用については懸念が提起されている。