Bacteriën consumeren organisch materiaal en andere verbindingen en recyclen deze tot stoffen die door andere organismen kunnen worden gebruikt. Bacteriën kunnen overal leven waar water is. Ze zijn talrijker, kunnen zich sneller voortplanten en kunnen zwaardere omstandigheden overleven dan enig ander organisme op aarde. Hun enorme biomassa, veelzijdigheid en het vermogen om de chemische elementen te recyclen, maken ze tot een belangrijk onderdeel van ecosystemen. Dit geldt met name in extreme omgevingen, waar bacteriën werk uitvoeren dat normaal door een reeks organismen wordt gedaan.
Bacteriële spijsvertering
Chemoheterotrofe bacteriën halen de koolstof en energie die ze nodig hebben om te overleven uit organisch materiaal. Deze bacteriën zijn ontbinders en verteren hun voedsel door enzymen af te geven in de omgeving om hen heen. De enzymen breken organisch materiaal af tot eenvoudige verbindingen, zoals glucose en aminozuren, die door de bacteriën kunnen worden opgenomen. Omdat de spijsvertering buiten de bacteriecel plaatsvindt, staat het bekend als extracellulaire spijsvertering. Andere bacteriën, chemoautotrofen genaamd, halen hun energie uit anorganische chemicaliën en hun koolstof uit koolstofdioxide, of een verwante verbinding. Fotoautotrofen halen energie uit licht. Deze bacteriën breken geen organisch materiaal af, maar zijn belangrijk voor de nutriëntenkringloop.
Koolstof- en nutriëntenkringloop
Bacteriën zijn een belangrijk onderdeel van de koolstof- en stikstofkringlopen. Net als planten nemen foto-autotrofen en chemoautotrofen koolstofdioxide uit de lucht en zetten het om in cellulaire koolstof. Dit betekent dat koolstof wordt gefixeerd of gesekwestreerd in bacteriën. Chemoheterotrofen spelen een tegenovergestelde rol in de koolstofcyclus, doordat ze koolstofdioxide in het milieu afgeven wanneer ze organisch materiaal afbreken. Stikstofbindende bacteriën, zoals cyanobacteriën, nemen stikstof uit de omgeving op in aminozuren en ander celmateriaal. Sommige stikstofbinders vormen een symbiotische relatie met planten, waarbij ze stikstof krijgen en in ruil daarvoor koolstof ontvangen. Chemoheterotrofen spelen een vitale rol in de stikstofcyclus omdat extracellulaire vertering van organisch materiaal geeft oplosbare stikstof af aan het milieu, waar het kan worden opgenomen door planten en stikstofbindend bacteriën.
Biofilm
Microben zijn beter toegerust om taai plantaardig materiaal af te breken dan andere soorten afbraakproducten. Bacteriën vormen kolonies, ook wel biofilms genoemd, met andere bacteriesoorten, schimmels en algen. Leven in een biofilm biedt bescherming en maakt het delen van voedingsstoffen en genetisch materiaal mogelijk. Biofilms starten het afbraakproces in veel ecosystemen. In beken en meren kunnen veel ongewervelde zoetwaterdieren geen bladeren gebruiken totdat ze zijn "geconditioneerd" door biofilm. Microbiële conditionering verzacht bladeren door complexe chemische verbindingen, zoals lignine en cellulose, af te breken. Dit maakt bladeren gemakkelijker te verteren voor ongewervelde dieren. Biofilms bieden hetzelfde type dienst in terrestrische ecosystemen.
Anaërobe omstandigheden
De meeste organismen hebben zuurstof nodig om te overleven, maar zuurstof is niet altijd beschikbaar in de omgeving. Omgevingen zonder zuurstof staan bekend als anaëroob. Omgevingen die anaëroob kunnen zijn, zijn de oceaanbodem, de bladafvallaag op bosbodems en de bodem. Anaërobe omgevingen kunnen ontstaan wanneer zuurstof niet door materiaal kan bewegen, bijvoorbeeld in dicht opeengepakte grond, of wanneer microben zuurstof sneller verbruiken dan het kan worden vervangen. Gelukkig kunnen afbraak en nutriëntenkringloop doorgaan in afwezigheid van zuurstof. Veel microben kunnen zuurstof ruilen voor andere stoffen, zoals nitraat- en sulfaationen. Sommige groepen, zoals de methanogenen, die methaan produceren, kunnen helemaal niet tegen zuurstof.
