Purpursvovlbakterier og grønne fotosyntetiserende svovlbakterier

I sedimenter med kiselalger, cyanobakterier og svovlbakterier er der ofte også dyr, hvis graveaktivitet løbende omfordeler materialerne i havbundens øverste lag. Samtidig fjerner planteædere materiale, og tilsammen forhindrer disse to forhold, at der samler sig større mængder fotosyntetiske mikroorganismer; men der kan alligevel foregå en intensiv produktion. I områder, hvor de gravende dyr derimod er fåtallige eller helt mangler – f.eks. på grund af periodisk udtørring, svingende saltholdighed og temperatur, eller giftige svovlbrintemængder i sedimentet – kan kiselalger og cyanobakterier danne tætte lagdelte mikrobielle samfund på overfladen.

Et snit ned igennem et sådant samfund vil udvise en karakteristisk zonering med forskelligt farvede lag, som skyldes tilstedeværelsen af forskellige fotosyntetiske mikroorganismer (figur). Øverst vil der være et gulligt-brunt lag af sand og kiselalger, dernæst et tæt mørkegrønt lag af trådformede cyanobakterier og endelig et rødligt lag af purpursvovlbakterier. Under de farvede overfladelag er sedimentets farve bestemt af jernmineraler og er oftest farvet sort pga. udfældninger af jernsulfid.

I visse tilfælde kan mikroorganismerne sammenvæve sedimentet i en sådan grad, at de øverste millimeter kan løftes af som en sammenhængende måtte – deraf betegnelsen mikrobiel måtte. Mængden af fotosyntetiske mikroorganismer i mikrobielle måtter er enorm. Den samlede længde af alle trådformede cyanobakterier under 1 cm² måtte kan typisk være på flere km. Men der er også mange stofnedbrydende bakterier i mikrobielle måtter. Dette medfører en meget intens stofomsætning, så koncentrationen af uorganiske og organiske forbindelser ændrer sig hurtigt ned igennem måtten. Alle de processer, som er involveret i produktion og nedbrydning af biomasse, kan således findes i en få millimeter tyk mikrobiel måtte, som derfor kan betragtes som et komplet økosystem – formodentlig verdens mindste.

Forskellige typer af mikrobielle måtter I ekstreme miljøer såsom varme kilder og saltsøer findes flerårige mikrobielle måtter. Oftest dominerer cyanobakterier, der her kan danne op til meter-tykke måtter, som næsten udelukkende består af mikroorganismer og slimstoffer og altså ikke indeholder større mængder mineralske partikler. Måtterne vokser kun et par millimeter om året, og de foregående års vækstzoner nedbrydes kun langsomt, hvorved måtterne får en karakteristisk lagdeling.

Andre steder findes pudeformede måtter, som binder sedimentet sammen, og hvor det mikrobielle samfunds aktivitet fører til en langsom forkalkning af måtten. Ganske lignende lagdelte formationer er bevaret fossilt som såkaldte stromatolitter i op til 3,5 milliarder år gamle bjergarter. Fossile celler herfra viser en slående lighed med nulevende cyanobakterier fra mikrobielle måtter. Det antages derfor, at mikrobielle måtter har været et af de allerførste og mest udbredte økosystemer på Jorden. Nulevende mikrobielle måtter kan altså i en vis udstrækning betragtes som levende fossiler.

Det er ikke nødvendigvis ekstreme miljøforhold i sig selv, der fører til intens måttevækst. Først og fremmest er det som nævnt fraværet af større dyr, som tillader mikrobielle måtter at trives. Et almindeligt dansk kystsediment kan således i løbet af nogle måneder omdannes til en veludviklet mikrobiel måtte meget lig den, man finder i saltsøer, hvis man blot sætter dyrene ud af spillet ved frysning, og derefter holder det optøede sediment i filtreret havvand under skiftevis lys og mørke. Tilsættes dyr til en sådan måtte, omdannes den i løbet af ganske kort tid til et normalt kystsediment igen.

Et lignende forløb har formodentlig fundet sted i stor skala i livets udviklingshistorie. Geologiske vidnesbyrd viser i hvert fald, at stromatolitter var vidt udbredt på Jorden, indtil flercellede organismer og dermed planteædende dyr indtog den for ca. 600 millioner år siden.