深海微生物分布广、数量多，且有很多特殊的功能，在海底生态系统发挥着重要的作用。在深海系统中，它们参与海洋中各种营养物质的分解、利用，将其同化为自身的营养或细胞结构，而通过大型生物的捕获，这些微生物被“吃”掉，从而转化为大型生物的营养，而重新进入海洋食物链的生态过程。因此，海洋中的微生物既是分解者又是生产者，具有双重的重要作用。
深海的营养来源一般有两种方式，其一来源于上层的沉降，其次来源于海床底部深部地球，如海底的甲烷渗漏、热液口喷出的营养等。经过上层海水中物质的长期沉积，在深海海底可能会积累大量海洋动植物的粪便、尸体、上层的垃圾、灰尘等物质，然而，通过海底探测器发现海底是非常“干净的”，并没有发现我们想象中的这些东西。这是怎么回事呢？对于水层沉积下来的各种物质，深海的微生物都会当做“上天赐予的食物”，它们会发挥自己的特能，分泌各自水解酶等把沉淀下来的物品，从大物品变成小物品，大块头变成小块头，大分子变成小分子，彻底地分解，并融入海洋沉积物中。如果没有微生物作为海底分解者的角色，深海海底将被鱼、虾、海草等海洋动植物的尸体覆盖，因此，海洋微生物可以说是海洋中最“给力”的“清道夫”。
深海环境中，微生物还扮演着生产者的角色，是营养再生或回归的重要途径。首先，深海微生物作为分解者将大量废弃沉淀下来的有机体或废弃物分解产生各种明胶、鱼蛋白、蛋白胨、多肽、氨基酸、含硫蛋白质、尿素等含氮有机物，还有各种糖类、淀粉、纤维素、琼脂、褐藻酸、几丁质以及木质素等碳水化合物等，大量的有机质融入深海沉积物后，不仅为分解者自身利用，还为其他微生物、动植物等直接提供营养需要，从而实现这些营养物的重新循环利用。在深海，有一些微生物能以有毒性的硫化氢为食，或者以海底甲烷渗漏区的甲烷为食，或者以热液喷出的氢气、海底积累的二氧化碳等等为食。特别是一些化能自养微生物，它们能够富集、吸收深海中的氨、亚硝酸盐、二氧化碳、甲烷、分子氢、硫化氢等小分子，作为营养源或能源获取能量而进行生长繁殖。
深海微生物不论异养或自养，它们一代代几万年在海底大量生长繁殖，形成大面积的海底菌席。深海是一个黑暗无光的环境，无法从太阳获得能量支持生态系统初级生产者，而深海的这些菌席就如同陆地上的青草一样，是海底游动的动物如鱼、虾、蟹、蠕虫等最直接的食物，可以说海底的微生物是深海动物最最普通的粮食或面包。
因此，在深海环境中，微生物吸收或富集（同化作用）海底的营养物质，实现自身的生长繁殖，同时微生物本身作为“食物”又给大型的海底动物提供了充分的营养，最终实现了海底沉积环境营养物质的重新循环与利用。因此，国际海洋生物普查计划（CoML）综合组负责人保罗·斯奈格拉维表示：“它们在维持海洋正常运转方面发挥了重要作用。毫无疑问，如果没有微生物的参与，海洋中的生物乃至地球上的生物将很快走向灭亡。”
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