在最佳状况下，生态系统不会偏离平衡。不管是在湖泊、土壤、瘤胃中，还是在昆虫体内，生态系统的成员都倾向于对其种群进行自我调节。上述生态系统受到了广泛的研究，是微生物学学生常用的研究模型。其他生态系统能提供的有关自身如何运行的线索很少。

20世纪70年代，人们从某些深海生物（灯笼鱼、琵琶鱼、某些海蟹以及鳗鱼）的特殊腺体中发现了会发光的细菌发光弧菌（Vibrio汕os汕oreum），那之后，人们又在阿拉斯加鲑鱼中发现了这种细菌。它们在水域生态系统中有什么作用，让科学家们困惑不已。细菌发出由色素分子荧光素所产生的蓝绿色的光，这种化合物也点亮了萤火虫，产生了水手们夜间在船的尾流中所见到的磷光。发光弧菌会有益于鱼类吗？或者，其宿主有益于这细菌吗？也许，即便宿主和细菌成双成对地生活在一起，它们两个也互不关心—这种关系叫作无关共栖（neutralism）。

微生物生态学家仅仅了解细菌与地球生态学之间相互关系的皮毛。如果考虑到那些深达地慢或者在海面数千米以下难以接近的细菌栖居地，微生物生态学家们面临的挑战就更上一层，难上加难了。

只有到了大约近十年，微生物学家的研究范围，才开始延伸至地球内部大约3千米深处，或者极地冰原接近1.6千米深处。生态学家用以描述地球上细菌功能的资料，完全都是从接近地球表面或者地球表面上的菌种得来的。地表下的微生物学试图回答这些问题：深处的细菌如何作用于地球表面的生物？这些身处黑暗之中的细菌，它们吃些什么？它们和地表的生物进化有着怎样的关联？它们和其他星球上的生物有关联吗？

1986年，美国能源部启动了一个研究地表下微生物学的项目。在钻井钻到约200米深处的蓄水层时，发现了复杂的新菌群。在地质学家和水文学家的帮助下，研究人员要么钻深深的井，要么通过已有的矿井进入地表下深处，来进行地表下微生物学的研究。随着微生物学家的探查越来越深，他们发现，越是向下，细菌的生存对无机物质的依赖越来越多，对有机化合物的依赖则越来越少。

天体物理学家，NASA的顾问托马斯•戈尔德（ThomasGold，于2004年逝世）在他的著作《地底高热生物圈》（TheDeepHotBiosphere,1999)中设想，海洋的食物链不是起源于海水里那些微小的海洋生物，而是起源于岩石圈深处。戈尔德提出，这些地表下的嗜热菌，生活在大量未被开发的石油储备（oilreserves)里的甲烷和烃类物质中，和生命的始祖的亲缘关系最近。和大多数微生物学家日常关注的问题不一样，关于生命是起源于地表，还是起源于地下深处然后向外生长来到地表的争论之声不绝于耳。生活在深海热液喷口（hydrothermalvent）处的细菌，成了这个争辩的焦点，因为还没有人能确定它们的起源。

有人计划在美国南达科他州的霍姆斯特克金矿（Homestakegoldmine）地下2.4千米深的地方建立一所地表下物理实验室。研究微生物和地质结构之间相互作用的地质微生物学家望眼欲穿。首先，实验室的建设得克服水的纯化、设备安装的问题，可能还有高于正常水平的放射性轰击问题。其次，微生物学家将要面临如何使这些特殊的细菌在实验室条件生长的问题。

微生物学家继续在认识地球上的石油和地表下微生物的关系。一些微生物生活在充满烃类物质的地方，这里有地下4千米深处的高压，并且温度达85℃——地球的油藏。最早对从油藏里收集来的菌种的研究揭示出，许多菌种和地表菌种有关，这个结果很是出人意料，因为这些石油细菌与其他生物相隔绝，已有2-5亿年之久。针对这个发现，必然有怀疑论者会指责说这结果是污染所致。为了消弹指责，科学家组装了小型的取样容器，这些容器只有在到达油藏的时候才打开，并且在返回地表之前就把样本封装起来了。

一门有关石油微生物学的新科学开始产生了。细菌将在炼油、化石燃料替代产品的开发以及溢油污染的清理上起到关键的作用。微生物学已经着手研究生活于石油中的细菌。分析收集来自石油里的细菌的基因，把它们的基因和地表土壤菌种进行对比，借此，生物学家也许就能找出新的油藏地点。两组细菌之间相似的基因排列可能表明，地表微生物生活在油苗上，油苗是从它们下面的油藏中渗漏而来。

石油和全球生态学，或者说，石油和宏观生物学的关系错综复杂。不过，细菌是石油的核心，石油生成的时候是这样，将来还是这样。