微生物
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生態学
詳細は「微生物生態学」を参照
微生物は、北極や南極のような過酷な環境、砂漠、間欠泉、岩石など、自然界に存在するほぼすべての生息環境で発見されている。また、海洋や深海に生息するすべての海洋微生物も含まれる。微生物の中には極限環境に適応し、群体を維持する種類もあり、極限環境微生物と呼ばれている。極限環境微生物は、地表から7キロメートル下の岩石からも単離されており[75]、地表下に生息する生物の量は、地表または地表上に生息する生物の量に匹敵することが示唆されている[54]。好極限環境微生物は真空中で長時間生存することが知られており、紫外線に対しても非常に耐性があるため、宇宙空間でも生存できる可能性がある[76]。多くの種類の微生物は、他の大型生物と密接な共生関係を持っており、その中には、相互に利益をもたらすもの（相利共生）もあれば、宿主生物に害を与えるもの（寄生）もある。微生物が宿主に病気を引き起こす場合、それらは病原体（pathogens）として知られ、病原菌（microbes）と呼ばれることもある。微生物は、分解（腐敗）や窒素固定を担っており、地球の生物地球化学的サイクルにおいて重要な役割を果たしている[77]。
細菌は、地球上のほとんどすべての環境ニッチに適応できるような遺伝子制御ネットワークを使用している[78][79]。細菌は、DNA、RNA、タンパク質、代謝産物など、さまざまな種類の分子間の相互作用ネットワークを利用して遺伝子発現を調節している。細菌にとって、制御ネットワークの主な機能は、栄養状態や環境ストレスなどの環境変化への応答を制御することである[80]。複雑なネットワークの構成により、微生物は複数の環境信号（環境シグナル）を調整し、統合することができる[78]。
極限環境微生物
詳細は「極限環境微生物」を参照
「宇宙で実験された微生物のリスト」も参照
極限環境微生物（extremophiles、好極限性細菌）とは通常、ほとんどの生命体にとって致命的な極限環境で生存し、さらには繁栄できるよう適応した微生物である。好熱菌（thermophile）や超好熱菌（hyperthermophiles）は高温度で増殖する。好冷菌（psychrophile）は極低温で増殖する。ハロバクテリウム・サリナルム（Halobacterium salinarum、古細菌の一種）などの好塩菌（halophile）は、最高130°C (266°F)[81]、最低-17°C (1°F)[82]の温度でも、飽和状態までの高塩濃度環境で繁殖する[83]。好アルカリ菌（alkaliphile）は、pH 8.5-11程度のアルカリ性条件で繁殖する[84]。好酸性菌（acidophile）はpH 2.0以下で繁殖する[85]。好圧性細菌（piezophiles）は、最高で1,000-2,000気圧という高圧下で、最低で宇宙空間の真空のような0気圧で増殖する[86]。デイノコッカス・ラディオデュランス（Deinococcus radiodurans）など、一部の極限環境微生物は放射線抵抗性があり[87]、5k Gyまでの放射線曝露に耐える。極限環境微生物はさまざまな意味で重要である。地球上の水圏、地殻、大気圏の大部分にまで地上の生命を広げていること、極限環境に対する特異的な進化的適応機構をバイオテクノロジーに利用することができること、そして極限環境下での存在そのものが地球外生命体の可能性を示していること、などである[88]。
植物と土壌
詳細は「土壌生物」を参照
土壌の窒素循環は空中窒素の固定に依存している。それは多くの窒素固定菌（diazotrophs、ジアゾ栄養細菌）によって行われている。そのひとつがマメ科植物の根粒に存在する、リゾビウム属（Rhizobium）、メソリゾビウム属（Mesorhizobium）、シノリゾビウム属（Sinorhizobium）、ブラディリゾビウム属（Bradyrhizobium）、およびアゾリゾビウム属（Azorhizobium）などの共生細菌である[89]。
植物の根は、根圏（こんけん）と呼ばれる狭い領域を形成し、多くの微生物を保持する根圏マイクロバイオームとして知られている[90]。
根圏マイクロバイオームに含まれるこれらの微生物は、信号や合図を通じてお互いに、また周囲の植物と相互作用することができる。たとえば、菌根菌は、植物と真菌類との間で化学信号を通じて、多くの植物の根系と情報を伝達することができる。その結果、両者の間に相利共生が生れる。ただし、これらの信号は、他の細菌を捕食する土壌細菌であるミクソコッカス・キサンサス（Myxococcus xanthus）のような他の微生物によって盗聴される可能性がある。盗聴つまり植物や微生物などの意図しない受信者による信号の傍受は、進化的に大規模な影響をもたらす可能性がある。たとえば、植物と微生物の組のような発信者と受信者の組は、盗聴者のばらつきによって、近隣の個体群と連絡する能力を失う可能性がある。局所的な盗聴者を回避しようと適応する際、信号の発散が起こり、その結果、植物や微生物が他の個体群と情報伝達できなくなって、孤立してしまう可能性がある[91]。
共生
地衣類（ちいるい）は、巨視的な真菌類と光合成微生物の藻類または藍藻との共生である[92][93]。
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