L’estanyol del Cisó, del sistema càrstic de Banyoles, mostra la capa de bacteris fototròfics anaeròbics del sofre (Chromatium spp.), que pot arribar a la superfície a causa de l’excés de sulfhídric i a l’absència d’oxigen. Aquest petit estanyol (a penes 500 m2 de superfície) és conegut pels limnòlegs de tot el món i va ser el punt de partida per a estudiar l’enorme diversitat microbiana de les aigües dolces dels Països Catalans.
Ricard Guerrero.
En l’estudi dels bacteris i els arqueus, l’avaluació de la diversitat (microorganismes presents), la distribució (heterogeneïtat espacial i temporal de les comunitats en el seu ambient) i l’activitat (funcions dels microorganismes) han estat limitades durant molts anys a la microbiota que pot ser cultivada en laboratori (cultius axènics). Les tècniques d’enriquiment i aïllament de microorganismes estableixen unes condicions ambientals artificials que solament permeten el desenvolupament dels microorganismes més adaptats a aquest ambient fabricat. Recentment, la utilització de tècniques moleculars ha obert unes perspectives insospitades en la detecció, la identificació i l’estudi funcional d’una gran varietat de microorganismes, dels quals, fins fa poc, no se sabia quasi res. Tot i la dificultat de definir què és una espècie en els procariotes, per a facilitar la seva ordenació i descripció, encara s’utilitza aquest concepte. Malgrat que el nombre d’"espècies" registrades en el Manual de Bergey no passa de sis mil, el nombre total d’"espècies" de bacteris i arqueus que existeixen realment en l’actualitat pot estar a prop dels trenta milions.
Des de l’aparició de la seqüenciació completa d’un bacteri (Haemophilus influenzae), al juliol del 1995, fins a l’abril del 2010, s’han publicat els genomes de 1.062 bacteris, 82 arqueus i 129 eucaris. Els estudis genòmics han posat de manifest les diferències entre microorganismes estretament relacionats i la variabilitat del contingut genètic. La seqüència total del genoma ajuda a conèixer el repertori complet de gens d’una espècie bacteriana determinada. Aquest conjunt de gens de l’espècie s’ha denominat pangenoma, i inclou els gens "centrals" (core), presents en totes les soques, i els gens "variables" (disposable), que poden canviar d’una soca a una altra (molts dels quals en plasmidis, en bacteriòfags, etc.). Hi ha dos possibles models d’aplicació del concepte de pangenoma: el model tancat i el model obert. En el primer cas, s’aplica a bacteris que mantenen un estil de vida únic; en aquest cas el bacteri conté un genoma central i un nombre petit de gens variables. En el segon cas, els bacteris contenen un genoma central i un de variable, però el nombre de gens del genoma variable és difícil de determinar, ja que aquests microorganismes poden estar en múltiples ambients i tenen més oportunitats d’intercanviar gens amb altres espècies. L’única manera de comprendre un genoma és conèixer el seu hàbitat natural i el complex entramat d’interaccions biòtiques i abiòtiques de què participa. L’ambient és el context en què funciona i evoluciona un material genètic; és el que es denomina aproximació o enfocament eco-evo.
D’altra banda, les poblacions microbianes no estan soles en la natura, sinó que formen comunitats complexes. Una comunitat és constituïda per poblacions microbianes heterogènies que comparteixen el mateix hàbitat. La distribució i la funció de les poblacions estan fortament influïdes per diversos factors ambientals. Els canvis temporals dels factors ambientals tenen lloc en un ampli marge de temps, des d’escales que comprenen dècades (canvis climàtics a llarg termini) fins a estacionals (canvis anuals en l’estratificació tèrmica en una columna d’aigua), dies (esdeveniments meteorològics locals) i minuts (conseqüència de la barreja vertical turbulenta de la columna d’aigua). Mentre que els processos fisiològics, com la incorporació de nutrients, poden respondre a canvis ambientals que tenen lloc en escales de temps de minuts o dies, els canvis en la composició de la comunitat haurien de reflectir canvis ambientals que es produirien en períodes de setmanes o mesos.
Les propietats de les comunitats microbianes corresponen a dues categories: estructurals i funcionals. Les propietats estructurals descriuen la composició i com els seus membres varien en funció de certes condicions ambientals. Les propietats funcionals defineixen el comportament de la comunitat, és a dir, com una comunitat processa els substrats (donadors i acceptors d’electrons), i com respon a les pertorbacions (com ara la invasió d’altres microorganismes, la presència d’un tòxic, els canvis de les variables ambientals, etc.). La descripció de l’estructura de la comunitat és un prerequisit per a entendre la funcionalitat de la comunitat, encara que l’una sense l’altra són difícils d’establir. L’estructura de la comunitat reuneix tant la composició de la comunitat com l’abundància dels seus membres individuals. Sembla que existeix una correlació positiva entre biodiversitat i estabilitat de l’ecosistema; en aquest cas la biodiversitat no fa referència a individus o a "espècies" determinats, sinó a la funció (gremi, guild) que realitzen dins del sistema. És a dir, que el sistema roman estable fent front a la pertorbació, encara que els seus membres (poblacions) siguin diferents.