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I batteri consumano materia organica e altri composti e li riciclano in sostanze che possono essere utilizzate da altri organismi. I batteri possono vivere ovunque che abbia acqua. Sono più numerosi, possono riprodursi più velocemente e possono sopravvivere a condizioni più difficili di qualsiasi altro organismo sulla Terra. La loro enorme biomassa, la versatilità e la capacità di riciclare gli elementi chimici li rendono un componente importante degli ecosistemi. Ciò è particolarmente vero in ambienti estremi, dove i batteri svolgono il lavoro normalmente svolto da una serie di organismi.
Digestione batterica
I batteri chemioeterotrofi forniscono il carbonio e l'energia di cui hanno bisogno per sopravvivere dalla materia organica. Questi batteri sono decompositori, digeriscono il loro cibo rilasciando enzimi nell'ambiente circostante. Gli enzimi scompongono la materia organica in composti semplici, come glucosio e aminoacidi, che possono essere assorbiti dai batteri. Poiché la digestione avviene al di fuori della cellula batterica, è nota come digestione extracellulare. Altri batteri, chiamati chemioautotrofi, ottengono la loro energia dalle sostanze chimiche inorganiche e il loro carbonio dall'anidride carbonica o da un composto correlato. I fotoautotrofi ottengono energia dalla luce. Questi batteri non decompongono la materia organica ma sono importanti per il ciclo dei nutrienti.
Ciclismo di carbonio e nutrienti
I batteri sono un componente chiave dei cicli del carbonio e dell'azoto. Come le piante, i fotoautotrofi e i chemoautotrofi prendono l'anidride carbonica dall'aria e la convertono in carbonio cellulare. Ciò significa che il carbonio viene fissato o sequestrato nei batteri. I chemioeterotrofi svolgono un ruolo opposto nel ciclo del carbonio, rilasciando anidride carbonica nell'ambiente quando decompongono la materia organica. I batteri che fissano l'azoto, come i cianobatteri, incorporano l'azoto dall'ambiente negli amminoacidi e altro materiale cellulare. Alcuni fissatori di azoto formano relazioni simbiotiche con le piante, fornendo loro azoto e ricevendo carbonio in cambio. I chemioeterotrofi svolgono un ruolo vitale nel ciclo dell'azoto poiché la digestione extracellulare della materia organica rilascia azoto solubile nell'ambiente, dove può essere assorbito da piante e batteri che fissano l'azoto.
biofilm
I microbi sono meglio equipaggiati per abbattere la dura materia vegetale rispetto ad altri tipi di decompositori. I batteri formano colonie, noti come biofilm, con altre specie batteriche, funghi e alghe. Vivere in un biofilm offre protezione e consente la condivisione di nutrienti e materiale genetico. I biofilm iniziano il processo di decomposizione in molti ecosistemi. In ruscelli e laghi, molti invertebrati d'acqua dolce non possono usare le foglie fino a quando non sono stati "condizionati" dal biofilm. Il condizionamento microbico ammorbidisce le foglie abbattendo composti chimici complessi, come lignina e cellulosa. Ciò rende le foglie più facili da digerire per gli invertebrati. I biofilm offrono lo stesso tipo di servizio negli ecosistemi terrestri.
Condizioni anaerobiche
La maggior parte degli organismi richiede ossigeno per sopravvivere, ma l'ossigeno non è sempre disponibile nell'ambiente. Gli ambienti privi di ossigeno sono noti come anaerobici. Gli ambienti che possono essere anaerobici includono il fondo dell'oceano, lo strato di lettiera sui pavimenti delle foreste e il suolo. Gli ambienti anaerobici possono essere causati quando l'ossigeno non può muoversi attraverso il materiale, ad esempio in terreni densi o quando i microbi consumano ossigeno più velocemente di quanto possano essere sostituiti. Fortunatamente, la decomposizione e il ciclo dei nutrienti sono in grado di continuare in assenza di ossigeno. Molti microbi sono in grado di scambiare ossigeno con altre sostanze, come ioni nitrato e solfato. Alcuni gruppi come i metanogeni, che producono metano, non tollerano affatto l'ossigeno.