尽管地球的大气层中含有充足的氧气，但水分饱和或部分饱和的多孔介质（如含水层、湖泊/海洋沉积物和土壤）通常受到氧气限制。这种限制主要由于氧气在水中的溶解度较低和沉积物及土壤中颗粒的无序排列，这些因素物理上阻碍了氧气的扩散和从外部大气中的供应。因此，随着深度的增加，地下环境中的氧气可用性通常会减少。
在这些多孔介质中，氧气是最常见的热力学上最有利的电子受体，其在地下环境中的空间分布显著影响着这些自然环境中多种细菌的活动。尽管浅表地下环境通常氧气充足，但研究表明，在这些看似氧气充足的区域，也存在使用其他电子受体（如硝酸盐、铁氧化物、硫酸盐和二氧化碳）进行代谢的非好氧代谢过程。这个现象通常被解释为由细菌呼吸与孔隙水中溶解氧运输耦合生成的小尺度缺氧微环境所导致。这些微环境允许兼性厌氧细菌在有氧环境中繁殖。
然而，由于难以直接观察沉积物基质中微观尺度上的生物量和氧气分布，这些微环境的动态变化仍然知之甚少。为了克服这些限制，研究团队结合使用微流控设备和透明的氧气平面光学传感器，通过时间分辨显微镜测量溶解氧浓度和生物量分布的时间变化，从而深入探讨细菌群落形态和大小对缺氧微环境形成的控制作用。
这篇文章主要探讨了细菌群落的形态和大小如何控制多孔介质中的缺氧微环境形成。研究发现，即使在氧气充足的环境中，细菌代谢过程中使用的其他电子受体（如甲烷生成和发酵）也在元素循环和天然污染物衰减/动员中起重要作用。这一现象通常通过细菌呼吸与孔隙水中溶解氧运输的耦合生成的小尺度缺氧微环境来解释。
文章的实验方法结合了微流控设备和透明的氧气平面光学传感器，利用时间分辨显微镜测量溶解氧浓度和生物量分布的时间变化。结果显示，细菌群落的形态高度可变，控制了缺氧微环境的形成。研究通过菌落尺度的Damköhler数来比较溶解氧的扩散和细菌的氧气吸收速率，并通过该数值预测在给定细菌组织下系统中缺氧微环境所占的孔隙空间比例。
文章还强调了不同菌落形态（如放射状生长和沿流动方向的延伸结构）对局部氧含量的影响。此外，提出了一种新的特征长度尺度（λ），用于区分具有相似面积但形状不同的菌落，并表明圆形菌落的λ接近等效半径REQ，而延长的菌落则具有更小的λ值。实验结果表明，细菌活动对整体氧气的影响较小，即使在细菌快速生长阶段，系统仍保持高氧状态。
