Mangfoldigheden af mikrobielle populationer, viser at de drager fordel af eventuelle nicher, der findes i deres miljø. Forskellige mængder af oxygen, lys eller næringsstoffer, kan eksistere inden for få millimeter i jorden. Som en population af aerobe organismer opbruger det tilgængelige oxygen, bliver anaerobe organismer i stand til at vokse. Hvis jorden bliver forstyrret ved pløjning, regnorme eller anden aktivitet, vil aerobe organismer igen kunne vokse og gentage denne rækkefølge.
Mikroorganismer, der lever under ekstreme forhold af temperatur, surhedsgrad, alkalinitet eller saltholdighed, kaldes ekstremofiler. De fleste er medlemmer af Archaea, Enzymerne (ekstremozymer), der gør vækst mulig under disse betingelser, har været af stor interesse for industrien, fordi de kan tåle ekstreme temperaturer, saltholdighed og pH, der ellers ville inaktivere andre enzymer.
Mikroorganismer lever i et stærkt konkurrencepræget miljø og skal udnytte enhver fordel de kan. De kan metaboliserer fælles næringsstoffer hurtigere, eller bruge næringsstofferne, så konkurrerende organismer ikke kan metabolisere. Nogle, som for eksempel mælkesyrebakterierne der er nyttige i fremstillingen af mælkeprodukter, kan lave en ugæstfri miljømæssig niche, for konkurrerende organismer. Mælkesyrebakterierne kan ikke anvende oxygen som en elektronacceptor og er kun i stand til at fermentere sukkere til mælkesyre, hvorefter det meste af energien er opbrugt. Men surhedsgraden af mælkesyren, hæmmer væksten af mere effektive, konkurrerende mikroorganismer.
17.1.1 Symbiose
Symbiose, er en tæt forbindelse mellem to forskellige organismer, der er til gavn for den ene eller dem begge. Økonomisk, er det vigtigste eksempel på en dyre-mikroorganisme symbiose, de drøvtyggende dyr, der har et tanklignende fordøjelsesorgan, kaldet vommen. Drøvtyggere, som for eksempel kvæg og får, græsser på cellulose-rige planter. Bakterierne i vommen, gærer cellulosen til forbindelser, der absorberes i dyrets blod og efterfølgende anvendes som kulstof- og energikilde. Vommens protozoer, holder bakteriepopulationen under kontrol ved at spise dem.
Et andet vigtigt eksempel på symbiose, er forholdet mellem planterødder og visse svampe, kaldet mycorrhiza eller mycorrhizale symbionter (myco = svampe; rhiza = rødder). Der er to primære typer af disse svampe; endomycorrhizae, også kendt som arbuskulære mycorrhizae; og ectomycorrhizae. Begge typer fungerer som rodhårrene på planter; det vil sige, de strækker overfladearealet hvorigennem planten kan optage næringsstoffer, især phosphor, der ikke er særligt mobilt i jord.
De fleste græsser og andre planter, er overraskende afhængige af disse svampe for korrekt vækst og deres tilværelse er næsten universel i planteriget. Medarbejdere i kommercielle fyrretræsplantager, skal for eksempel sikre, at frøplanter podes med jord indeholdende effektive mycorrhiza (se figur 17.1.1.1a).
Trøfler, kendt som en fødevaredelikatesse, er ectomycorrhizae, sædvanligvis fra egetræer (se figur 17.1.1.1b). Biologer anser dem for en ”underjordisk champignon”, der har udviklet en anden, ikke-luftbåren metode til fordeling af deres sporer. Denne fordeling afhænger af trøflernes evne til at tiltrække sig opmærksomhed fra dyr, der vil indtage dem og derefter deponere ufordøjede sporer på nye steder.