Многие микроорганизмы, характерные для океанов и морей, обитают и в пресных водах.
Группа автотрофных фотосинтезирующих микроорганизмов весьма многочисленна и высокопродуктивна, представлена разнообразными водорослями, хитиновыми и фотосинтезирующими бактериями. Они распространены в эвфотических зонах, мощность которых в открытом океане достигает 150 м, в прибрежных водах с повышенной мутностью уменьшается до метров и даже нескольких десятков сантиметров. В донных осадках на мелководье фотосинтезирующие организмы могут жить в песке до глубины 10 мм одиночно или плотными «циновками». Морские хемосинтезирующие автотрофы обитают локально, в анаэробной среде, например, в Черном море на границе зоны сероводородного заражения или в районах действующих подводных вулканов.
Многолетние исследования А. Е. Крисса (1945—1976), проведенные в Мировом океане, позволили вскрыть основные закономерности экологического и географического распределения гетеротрофов (в основном сапрофитных бактерий) в толще воды во всех поясах от Северного полюса до Антарктиды. В водах океана живут микобактерии (Mycobacterium filiforme, Mycob. lacticolum, Mycob. luteum); неспороносные палочки, основную массу которых образуют Bacterium agile (особенно обильные в экваториально-тропических водах), Bact. candicans, Pseudobacterium biforme, Ps. liquida, Ps. sinuosa. Из спорообразующих бактерий наиболее распространены Bacillus cate — nula, Вас. idosus, Вас. filaris, а также кокки (Micrococcus albicans, M. radiatus, Sarcina subflava, S. luteola). Широки ареалы некоторых видов дрожжей, из спорообразующих — Debaryomyces globosus, D. guilliermondii, из неспороносных — Torulopsis aeria, Rhodotorula mucilaginosa, Rh. glutinis.
Метод капиллярной микроскопии Б. В. Перфильева и Д. Р. Габе (1961) в модификации Мицкевича позволил подсчитать численность микробного населения не только в поверхностных горизонтах, но и на больших глубинах (до 5000— 7000 м), где она очень мала.
Общая численность бактерий в воде различных географических поясов и областей Мирового океана варьирует в широких пределах. Наиболее богата бактериальным населением экваториально-тропическая область, где в 55% проб насчитывались десятки тысяч клеток в 1 мл воды, затем — субтропическая; самые бедные — субантарктическая и арктическая области, здесь более 75% проб содержали лишь сотни и тысячи клеток в 1 мл. Такие же различия отмечены для бактериальной биомассы и продукции.
Плотность географического распределения микробного населения в Мировом океане такая же, как и на суше: концентрация жизни увеличивается от полярных областей к экватору. Обилие сапрофитов в экваториально-тропических водах обусловлено богатством в них аллохтонного органического вещества, поступающего с речным стоком с континентальной и островной суши. Для вертикального их распределения характерна перемежаемость слоев, обедненных бактериальным населением или обогащенных, что может быть индикатором стратификации вод, в различной степени обогащенных аллохтонным органическим веществом. Микробиологические исследования показали, что экваториально-тропические воды проникают в полярные области, и, наоборот, воды высокоширотные обнаруживаются в тропической зоне и пересекают экватор.
Микроорганизмы населяют всю толщу воды, включая и донные отложения, даже на больших глубинах (6000—8000 м), где 1 г грунта содержит сотни и тысячи клеток; аэробов здесь больше, чем анаэробов. В шельфовой зоне численность микроорганизмов в донных осадках увеличивается до n•103 — n•104 на 1 г. Коралловые рифы — биотоп, в котором сосредоточена обильная бактериальная и грибная микрофлора (до n•106 — n•109 клеток в 1 г).
Современная океанология еще не оценила количественное и качественное значение взвешенных частиц для водных толщ Мирового океана, они создают огромные поверхности раздела твердой и жидкой фаз, имеющие в суммарном выражении не меньшее, а может быть большее значение, чем поверхность раздела «природная и иловая вода — донные отложения» (Крисс, 1976).
На поверхности твердых взвешенных частиц протекают абсорбционные процессы, способствующие концентрации и каталитическим превращениям различных органических и минеральных соединений, находящихся в воде океана. Бактерии широко используют границы фаз как экологическую нишу, осуществляя на поверхности раздела в результате своей жизнедеятельности сложные биокаталитические реакции.
Значительную долю в биомассе гетеротрофов составляют микроскопические простейшие животные из класса корненожек: радиолярии, имеющие подобно диатомовым водорослям, кремневый скелет, и фораминиферы, скелет которых состоит из углекислого кальция, иногда из сернокислого стронция или из подобных хитину органических веществ. По отмирании эти организмы опускаются на дно и образуют радиоляриевые илы, обогащенные кремнеземом, и глобигериновые — известковые илы. Первые распространены в более широком диапазоне глубин, чем вторые, так как при прохождении через большие толщи насыщенной углекислотой морской воды маленькие известковые раковины целиком растворяются, поэтому глобигериновые илы, дающие начало известковым породам, залегают на глубине 3500—4000 м, а радиоляриевые — глубже.