生物圏に微生物が広く分布するのは、それらが風と水によって容易に伝播されるためです。表層水、大陸棚の海底及び表面の土壌は、利用できる有機物の分解を待ちかまえる微生物で充満しています。表面からおおよそ15cmの深さまでの肥沃な土壌は、おおよそ4,000㎡あたり、2トン以上の菌類（真菌）と細菌を含むと推定されています。ひとにぎりの土壌は、多くの異なった種類の微生物を含み、時間とともに異なった微生物が増殖することのできる環境を提供します。
自然界では局地的及び一時的環境に適合した微生物だけが増殖し、環境を変えてしまったときに増殖は停止します。それらの微生物の大部分は、最終的には原生動物のような常在的な捕食者によって食べられますが、少数は生存し、それらの微生物の増殖に再び好都合な条件となると、爆発的に増殖しはじめます。
地球の表層で起こっている化学的な物質交換において、微生物が主要な役割を果たす理由は、微生物が巨大な触媒作用をもつためです。大きさが極めて小さいために、細菌と菌類は高等動物及び植物に比べて、大きな表面積容積比を持っています。このことによって、細胞と環境の間の基質と老廃物の交換速度は増大します。自然界で微生物の果たす化学的役割に影響を及ぼすより重要な因子は、好適な環境で見られるそれらの微生物の大きな増殖速度です。
微生物が種々雑多の有機化合物を分解しうるという顕著な能力を持つことから、微生物の不過誤性の原理と呼ばれる広く認められている確信が生まれました。この原理は、理論的に酸化されうるいかなる物質も適当な条件下で酸化できるある種の生物が、どこかに必ず存在すると推定することが多分非科学的ではないということを意味しています。一部の例外を別として、生きた生物の成分に属さなくなったほとんどの有機化合物は、生物圏において微生物によって急速に無機化されます。
微生物の空間的時間的分布
生物圏に微生物が広く分布するのは、それらが風と水によって容易に伝播されるためです。表層水、大陸棚の海底及び表面の土壌は、利用できる有機物の分解を待ちかまえる微生物で充満しています。表面からおおよそ15cmの深さまでの肥沃な土壌は、おおよそ4,000㎡あたり、2トン以上の菌類（真菌）と細菌を含むと推定されています。ひとにぎりの土壌は、多くの異なった種類の微生物を含み、時間とともに異なった微生物が増殖することのできる環境を提供します。
顕微鏡的大きさの根毛が死んだ場合、死んだ組織の有機化合物は、それらを消化し、酸化することのできる微生物の作用を受けます。酸素が消費されるにつれて、死んだ組織に近接する部分は嫌気的な条件となり、発酵生物が増殖します。発酵産物は酸素のまだ存在する場所へと拡散するか、または硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩を還元できる生物によって嫌気的に酸化されます。最終的に有機化合物は、CO2へ完全に酸化されるか、または同化されて、条件は再び完全に好気的になり、アンモニア、硫化水素及び水素のような還元された無機産物を利用して、独立栄養生物が増殖します。このようにして動物や植物の分解によって生じる無機物は、究極的には完全に酸化されます。
土壌中にて顕微鏡的規模で起こるこの種の一連の現象は、巨視的規模でも自然界で観察されます。樹木が湿地に倒れたとき、クジラが海岸で腐敗するときも起こる反応は本質的に同一です。季節的条件や気候条件は、物質循環を促進、あるいは遅延させます。寒冷気候のもとでは、分解は早春に最も速くなり、半乾燥地帯では、分解はほぼ雨期に限られます。
自然界では局地的及び一時的環境に適合した微生物だけが増殖し、環境を変えてしまったときに増殖は停止します。それらの微生物の大部分は、最終的には原生動物のような常在的な捕食者によって食べられますが、少数は生存し、それらの微生物の増殖に再び好都合な条件となると、爆発的に増殖しはじめます。
微生物の代謝能
地球の表層で起こっている化学的な物質交換において、微生物が主要な役割を果たす理由は、微生物が巨大な触媒作用をもつためです。大きさが極めて小さいために、細菌と菌類は高等動物及び植物に比べて、大きな表面積容積比を持っています。このことによって、細胞と環境の間の基質と老廃物の交換速度は増大します。
1gの体重あたりでは、若干の好気性細菌の呼吸速度は人の呼吸速度に比べて何百倍も大きくなります。微生物の既知の代謝速度からすると、よく施肥された1エーカーの表層6インチの中の微生物の代謝能は、数万人の代謝速度に相当すると推察されています。
自然界で微生物の果たす化学的役割に影響を及ぼすより重要な因子は、好適な環境で見られるそれらの微生物の大きな増殖速度です。
微生物の代謝的多様性
微生物が種々雑多の有機化合物を分解しうるという顕著な能力を持つことから、微生物の不過誤性の原理と呼ばれる広く認められている確信が生まれました。この原理は、理論的に酸化されうるいかなる物質も適当な条件下で酸化できるある種の生物が、どこかに必ず存在すると推定することが多分非科学的ではないということを意味しています。
プラスチック類と並んで、人工的な殺虫剤、除草剤、界面活性剤の生産が増大するにつれ、若干の物質は微生物による分解が著しく困難であり、そのため自然界に残留蓄積することが明らかとなりました。自然に存在するある種の有機化合物でさえも、微生物による分解に対していくらかの抵抗性を有しています。これらの有機物は、土壌に蓄積し、肥沃な土壌に暗褐色ないしは黒色を与える腐植と呼ばれる有機成分を構成します。腐植は農業にとって重要であるため、この複雑な難分解性有機混合物についての研究が、広範囲で行われました。腐植はかなりの程度までリグニンと呼ばれる植物の難分解性成分の分解物から成り立っています。腐植が著しく安定であることは、放射性炭素による年代測定で証明されています。ある種の土壌の腐植は何千年も経ています。
一部の例外を別として、生きた生物の成分に属さなくなったほとんどの有機化合物は、生物圏において微生物によって急速に無機化されます。
若干の非光合成微生物は、多くの異なった有機化合物を分解できますが、微生物界としての代謝的多様性は、個々の微生物の持つ代謝的多様性をそのまま反映するものではありません。どんな単一の細菌種でも無機化の上では限定された役割を果たすにすぎません。特定の有機化合物群の無機化には、生理的に高度に特殊化した微生物群が重要な役割を果たします。一例として、植物組織に最も多量に存在する構成成分であるセルロースの分解は、主として栄養的に高度に特殊化した生物によって行われます。セルロースを分解できる好気性のCytophaga群に属する最近は、この不溶性化合物を急速に溶解し、酸化することができます。そして、セルロースはそれらが炭素源として利用しうる唯一の物質です。
まとめ
生物圏に微生物が広く分布するのは、それらが風と水によって容易に伝播されるためです。表層水、大陸棚の海底及び表面の土壌は、利用できる有機物の分解を待ちかまえる微生物で充満しています。表面からおおよそ15cmの深さまでの肥沃な土壌は、おおよそ4,000㎡あたり、2トン以上の菌類（真菌）と細菌を含むと推定されています。ひとにぎりの土壌は、多くの異なった種類の微生物を含み、時間とともに異なった微生物が増殖することのできる環境を提供します。
自然界では局地的及び一時的環境に適合した微生物だけが増殖し、環境を変えてしまったときに増殖は停止します。それらの微生物の大部分は、最終的には原生動物のような常在的な捕食者によって食べられますが、少数は生存し、それらの微生物の増殖に再び好都合な条件となると、爆発的に増殖しはじめます。
地球の表層で起こっている化学的な物質交換において、微生物が主要な役割を果たす理由は、微生物が巨大な触媒作用をもつためです。大きさが極めて小さいために、細菌と菌類は高等動物及び植物に比べて、大きな表面積容積比を持っています。このことによって、細胞と環境の間の基質と老廃物の交換速度は増大します。自然界で微生物の果たす化学的役割に影響を及ぼすより重要な因子は、好適な環境で見られるそれらの微生物の大きな増殖速度です。
微生物が種々雑多の有機化合物を分解しうるという顕著な能力を持つことから、微生物の不過誤性の原理と呼ばれる広く認められている確信が生まれました。この原理は、理論的に酸化されうるいかなる物質も適当な条件下で酸化できるある種の生物が、どこかに必ず存在すると推定することが多分非科学的ではないということを意味しています。一部の例外を別として、生きた生物の成分に属さなくなったほとんどの有機化合物は、生物圏において微生物によって急速に無機化されます。
