علم البيئة

علم البيئة

يتناول علم البيئة النطاق الكامل للحياة، من البكتيريا الصغيرة إلى العمليات التي تمتد على كوكب الأرض بأكمله. يدرس علماء البيئة العديد من العلاقات المتنوعة والمعقدة بين الأنواع، مثل الافتراس والتلقيح . يتم تنظيم تنوع الحياة في مواطن مختلفة ، من النظم البيئية الأرضية إلى المائية .

جزء من سلسلة عن
علم الأحياء
علم الحياة
فِهرِس مخطط تفصيلي المصطلحات التاريخ ( الخط الزمني )
المكونات الرئيسية نظرية الخلية النظام البيئي تطور نسالة خصائص الحياة التكيف معالجة الطاقة نمو طلب أنظمة التكاثر الاستجابة للبيئة مجالات وممالك الحياة​ أركيا البكتيريا حقيقيات النوى ( الحيوانات ، الفطريات ، النباتات ، الأوليات )
الفروع التولد التلقائي علم الأحياء الجوية علم الزراعة علم الزراعة تشريح علم الأحياء الفلكي علم الجراثيم الكيمياء الحيوية الجغرافيا الحيوية علم الأحياء الجيولوجي المعلوماتية الحيوية الهندسة البيولوجية الميكانيكا الحيوية الفيزياء الحيوية علم العلامات الحيوية الإحصاء الحيوي التكنولوجيا الحيوية علم النبات علم الأحياء الخلوي علم الأحياء الدقيقة الخلوية الكيمياء الحيوية كرونوبيولوجيا علم الأحياء المعرفي علم الأحياء الحاسوبي علم الأحياء الحفظي علم الأحياء بالتبريد علم الوراثة الخلوية علم الشجر علم الأحياء التنموي علم الوراثة البيئية علم البيئة علم الأجنة علم الأوبئة علم الوراثة فوق الجينية علم الأحياء التطوري علم الأحياء في المياه العذبة علم الأحياء التوليدي علم الوراثة علم الجينوميات علم الأحياء الجيولوجية علم الشيخوخة علم الزواحف علم الأنسجة علم الأحياء البشري علم الأسماك علم المناعة علم الدهون علم الثدييات علم الأحياء البحرية علم الأحياء الرياضي علم الأحياء الدقيقة علم الأحياء الجزيئي علم الفطريات علم الأطفال حديثي الولادة علم الأعصاب تَغذِيَة علم الطيور علم العظام علم الحفريات علم الطفيليات علم الأمراض علم الأدوية علم الأحياء الضوئية علم الطحالب علم الوراثة التطوري علم وظائف الأعضاء علم زراعة الفاكهة علم الرئيسيات تحليل البروتينات علم الأوليات علم الأحياء الكمي علم الأحياء العلائقي علم الأحياء التناسلي علم الاجتماع الحيوي علم الأحياء البنيوي علم الأحياء الاصطناعي علم التصنيف علم الأحياء النظمي التصنيف علم التشوهات الخلقية علم السموم علم الفيروسات الفيزياء الفيروسية علم الأحياء الغريبة علم الحيوان
بحث عالم الأحياء ( قائمة) قائمة جوائز علم الأحياء قائمة المجلات قائمة طرق البحث قائمة المشاكل التي لم يتم حلها
التطبيقات العلوم الزراعية العلوم الطبية الحيوية تكنولوجيا الصحة الصيدلة
بوابة الأحياء  فئة
ف ت هـ

علم البيئة (من اليونانية القديمة οἶκος ( oîkos )  "منزل" و- λογία ( -logía )  "دراسة") ^[أ] هو العلم الطبيعي للعلاقات بين الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر ، وبيئتهم المادية . يدرس علم البيئة الكائنات الحية على مستوى الفرد والسكان والمجتمع والنظام البيئي والمحيط الحيوي . يتداخل علم البيئة مع العلوم ذات الصلة الوثيقة بالجغرافيا الحيوية وعلم الأحياء التطوري وعلم الوراثة وعلم السلوك والتاريخ الطبيعي .

علم البيئة هو أحد فروع علم الأحياء ، وهو دراسة الوفرة والكتلة الحيوية وتوزيع الكائنات الحية في سياق البيئة. وهو يشمل العمليات الحيوية والتفاعلات والتكيفات ؛ وحركة المواد والطاقة عبر المجتمعات الحية؛ والتطور المتعاقب للأنظمة البيئية؛ والتعاون والمنافسة والافتراس داخل الأنواع وفيما بينها ؛ وأنماط التنوع البيولوجي وتأثيره على عمليات النظام البيئي.

لعلم البيئة تطبيقات عملية في علم الأحياء الحفاظي ، وإدارة الأراضي الرطبة ، وإدارة الموارد الطبيعية ( علم البيئة الزراعية ، والزراعة ، والغابات ، والزراعة الحراجية ، ومصايد الأسماك ، والتعدين ، والسياحة )، والتخطيط الحضري ( علم البيئة الحضرية )، وصحة المجتمع ، والاقتصاد ، والعلوم الأساسية والتطبيقية ، والتفاعل الاجتماعي البشري ( علم البيئة البشرية ).

تم صياغة كلمة علم البيئة ( بالألمانية : Ökologie ) في عام 1866 من قبل العالم الألماني إرنست هيكل . بدأ علم البيئة كما نعرفه اليوم مع مجموعة من علماء النبات الأمريكيين في تسعينيات القرن التاسع عشر. ^{[1] المفاهيم} التطورية المتعلقة بالتكيف والانتقاء الطبيعي هي حجر الزاوية للنظرية البيئية الحديثة .

النظم البيئية هي أنظمة متفاعلة ديناميكيًا من الكائنات الحية والمجتمعات التي تشكلها والمكونات غير الحية ( غير الحيوية ) لبيئتها. تنظم عمليات النظام البيئي، مثل الإنتاج الأولي ودورة المغذيات وبناء المنافذ ، تدفق الطاقة والمادة عبر البيئة. تحتوي النظم البيئية على آليات ردود فعل بيوفيزيائية تعمل على إدارة العمليات التي تؤثر على المكونات الحية ( الحيوية ) وغير الحيوية للكوكب. تحافظ النظم البيئية على الوظائف الداعمة للحياة وتوفر خدمات النظام البيئي مثل إنتاج الكتلة الحيوية (الغذاء والوقود والألياف والأدوية) وتنظيم المناخ والدورة البيوكيميائية العالمية وتنقية المياه وتكوين التربة ومكافحة التآكل والحماية من الفيضانات والعديد من السمات الطبيعية الأخرى ذات القيمة العلمية أو التاريخية أو الاقتصادية أو الجوهرية.

يشتمل نطاق علم البيئة على مجموعة واسعة من مستويات التفاعل التنظيمي التي تمتد من المستوى الصغير (على سبيل المثال، الخلايا ) إلى الظواهر الكوكبية (على سبيل المثال، المحيط الحيوي ) . تحتوي النظم البيئية، على سبيل المثال، على موارد غير حيوية وأشكال حياة متفاعلة (أي الكائنات الحية الفردية التي تتجمع في مجموعات تتجمع في مجتمعات بيئية متميزة). نظرًا لأن النظم البيئية ديناميكية ولا تتبع بالضرورة مسارًا خطيًا للخلافة، فقد تحدث التغييرات بسرعة أو ببطء على مدى آلاف السنين قبل أن تحدث مراحل خلافة غابات محددة من خلال العمليات البيولوجية. يمكن أن تختلف مساحة النظام البيئي بشكل كبير، من صغيرة إلى شاسعة. لا تشكل الشجرة الواحدة أهمية كبيرة لتصنيف النظام البيئي للغابات، ولكنها ذات صلة بالغة بالكائنات الحية التي تعيش فيها وعليها. ^[2] يمكن أن توجد عدة أجيال من حشرات المن على مدار عمر ورقة واحدة. كل من هذه الحشرات، بدورها، تدعم مجتمعات بكتيرية متنوعة. ^[3] لا يمكن تفسير طبيعة الاتصالات في المجتمعات البيئية من خلال معرفة تفاصيل كل نوع على حدة، لأن النمط الناشئ لا يتم الكشف عنه ولا يمكن التنبؤ به حتى تتم دراسة النظام البيئي ككل متكامل. ^[4] ومع ذلك، فإن بعض المبادئ البيئية تظهر خصائص جماعية حيث يوضح مجموع المكونات خصائص الكل، مثل معدلات المواليد في مجموعة سكانية تساوي مجموع المواليد الأفراد خلال فترة زمنية محددة. ^[5]

تظهر الفروع الرئيسية لعلم البيئة، علم البيئة السكانية (أو المجتمعية ) وعلم بيئة النظم الإيكولوجية ، اختلافًا ليس فقط في الحجم ولكن أيضًا في نموذجين متناقضين في هذا المجال. يركز الأول على توزيع الكائنات الحية ووفرتها، بينما يركز الثاني على تدفقات المواد والطاقة. ^[6]

يمكن أن يعمل مقياس الديناميكيات البيئية كنظام مغلق، مثل هجرة المن على شجرة واحدة، وفي الوقت نفسه يظل مفتوحًا بشأن التأثيرات على نطاق أوسع، مثل الغلاف الجوي أو المناخ. وبالتالي، يصنف علماء البيئة النظم البيئية بشكل هرمي من خلال تحليل البيانات التي تم جمعها من وحدات مقياس أدق، مثل ارتباطات الغطاء النباتي ، والمناخ، وأنواع التربة ، ودمج هذه المعلومات لتحديد الأنماط الناشئة للتنظيم والعمليات الموحدة التي تعمل على المقاييس المحلية والإقليمية والمناظر الطبيعية والزمنية.

من أجل هيكلة دراسة علم البيئة في إطار يمكن إدارته مفاهيميًا، يتم تنظيم العالم البيولوجي في تسلسل هرمي متداخل ، يتراوح في الحجم من الجينات ، إلى الخلايا ، إلى الأنسجة ، إلى الأعضاء ، إلى الكائنات الحية ، إلى الأنواع ، إلى السكان ، إلى النقابات ، إلى المجتمعات ، إلى النظم البيئية ، إلى المناطق الأحيائية ، وحتى مستوى المحيط الحيوي . ^[8] يشكل هذا الإطار نظامًا شاملاً ^[9] ويظهر سلوكيات غير خطية ؛ وهذا يعني أن "التأثير والسبب غير متناسبين، بحيث يمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة في المتغيرات الحرجة، مثل عدد مثبتات النيتروجين ، إلى تغييرات غير متناسبة، وربما لا رجعة فيها، في خصائص النظام". ^{[10] : 14}

يصف التنوع البيولوجي (اختصار لـ "التنوع البيولوجي") تنوع الحياة من الجينات إلى النظم البيئية ويمتد إلى كل مستوى من مستويات التنظيم البيولوجي. المصطلح له عدة تفسيرات، وهناك العديد من الطرق لفهرسة وقياس وتوصيف وتمثيل تنظيمه المعقد. ^{[12] [ 13] [14]} يشمل التنوع البيولوجي تنوع الأنواع وتنوع النظم البيئية والتنوع الجيني ويهتم العلماء بالطريقة التي يؤثر بها هذا التنوع على العمليات البيئية المعقدة التي تعمل على هذه المستويات وفيما بينها. ^{[13] [15] [16]} يلعب التنوع البيولوجي دورًا مهمًا في خدمات النظم البيئية التي تحافظ على جودة حياة الإنسان وتحسنها بحكم التعريف. ^{[14] [17] [18]} تتطلب أولويات الحفظ وتقنيات الإدارة مناهج واعتبارات مختلفة لمعالجة النطاق البيئي الكامل للتنوع البيولوجي. رأس المال الطبيعي الذي يدعم السكان أمر بالغ الأهمية للحفاظ على خدمات النظم البيئية ^{[19] [20] وقد تم إشراك} هجرة الأنواع (على سبيل المثال، جريان الأسماك النهرية ومكافحة الحشرات الطيرية) كآلية واحدة يتم من خلالها تجربة خسائر الخدمة هذه. ^[21] إن فهم التنوع البيولوجي له تطبيقات عملية بالنسبة لمخططي الحفاظ على الأنواع والنظم البيئية أثناء تقديمهم توصيات إدارية لشركات الاستشارات والحكومات والصناعة. ^[22]

يصف موطن النوع البيئة التي يُعرف أن النوع يعيش فيها ونوع المجتمع الذي يتكون نتيجة لذلك. ^[24] وبشكل أكثر تحديدًا، "يمكن تعريف الموائل على أنها مناطق في الفضاء البيئي تتكون من أبعاد متعددة، يمثل كل منها متغيرًا بيئيًا حيويًا أو غير حيوي؛ أي أي مكون أو سمة من سمات البيئة مرتبطة بشكل مباشر (مثل الكتلة الحيوية للعلف والجودة) أو بشكل غير مباشر (مثل الارتفاع) باستخدام موقع من قبل الحيوان." ^{[25] : 745} على سبيل المثال، قد يكون الموطن بيئة مائية أو برية يمكن تصنيفها بشكل أكبر على أنها نظام بيئي جبلي أو جبال الألب . توفر تحولات الموطن دليلاً مهمًا على المنافسة في الطبيعة حيث يتغير أحد السكان بالنسبة للموائل التي يشغلها معظم الأفراد الآخرين من النوع. على سبيل المثال، يتمتع أحد سكان نوع من السحالي الاستوائية ( Tropidurus hispidus ) بجسم مسطح بالنسبة للسكان الرئيسيين الذين يعيشون في السافانا المفتوحة. إن السكان الذين يعيشون في نتوء صخري معزول يختبئون في الشقوق حيث يوفر جسمهم المسطح ميزة انتقائية. تحدث تحولات الموائل أيضًا في تاريخ الحياة التنموية للبرمائيات، وفي الحشرات التي تنتقل من الموائل المائية إلى الموائل الأرضية. تُستخدم البيئة والموائل أحيانًا بالتبادل، لكن الأول ينطبق على بيئة المجتمع، بينما ينطبق الأخير على بيئة النوع. ^{[24] [26] [27]}

يعود تاريخ تعريفات المكانة إلى عام 1917، ^[30] ولكن ج. إيفلين هاتشينسون أحرزت تقدمًا مفاهيميًا في عام 1957 ^{[31] [32]} من خلال تقديم تعريف تم تبنيه على نطاق واسع: "مجموعة الظروف الحيوية وغير الحيوية التي يكون فيها النوع قادرًا على الاستمرار والحفاظ على أحجام سكانية مستقرة." [ ^{30] : 519} المكانة البيئية هي مفهوم مركزي في علم بيئة الكائنات الحية وتنقسم إلى المكانة الأساسية والمحققة . المكانة الأساسية هي مجموعة الظروف البيئية التي يكون فيها النوع قادرًا على الاستمرار. المكانة المحققة هي مجموعة الظروف البيئية بالإضافة إلى الظروف البيئية التي يظل فيها النوع قائمًا. ^{[30] [32] [33]} يتم تعريف المكانة هاتشينسونية بشكل أكثر تقنية على أنها " فضاء إقليدي يتم تعريف أبعاده كمتغيرات بيئية وحجمه دالة لعدد القيم التي قد تفترضها القيم البيئية والتي يتمتع الكائن الحي بملاءمة إيجابية لها ." [ 34 ^{] : 71}

يتم تفسير الأنماط الجغرافية الحيوية وتوزيعات النطاق أو التنبؤ بها من خلال معرفة سمات الأنواع ومتطلبات مكانها. ^[35] تتمتع الأنواع بسمات وظيفية تتكيف بشكل فريد مع المكانة البيئية. السمة هي خاصية قابلة للقياس أو نمط ظاهري أو سمة للكائن الحي قد تؤثر على بقائه. تلعب الجينات دورًا مهمًا في التفاعل بين التطور والتعبير البيئي عن السمات. ^[36] تطور الأنواع المقيمة سمات تتناسب مع ضغوط الانتقاء في بيئتها المحلية. يميل هذا إلى منحها ميزة تنافسية ويثبط عزيمة الأنواع المتكيفة بشكل مماثل عن وجود نطاق جغرافي متداخل. ينص مبدأ الاستبعاد التنافسي على أنه لا يمكن لنوعين التعايش إلى أجل غير مسمى من خلال العيش على نفس المورد المحدود ؛ سيتفوق أحدهما دائمًا على الآخر. عندما تتداخل الأنواع المتكيفة بشكل مماثل جغرافيًا، يكشف الفحص الدقيق عن اختلافات بيئية دقيقة في بيئتها أو متطلباتها الغذائية. ^[37] ومع ذلك، تشير بعض النماذج والدراسات التجريبية إلى أن الاضطرابات يمكن أن تعمل على استقرار التطور المشترك والاحتلال المشترك للمكانة بين الأنواع المماثلة التي تسكن مجتمعات غنية بالأنواع. ^[38] يُطلق على الموطن بالإضافة إلى المكانة اسم " البيئة البيئية" ، والتي تُعرَّف بأنها النطاق الكامل للمتغيرات البيئية والبيولوجية التي تؤثر على نوع بأكمله. ^[24]

تخضع الكائنات الحية للضغوط البيئية، ولكنها تعدل أيضًا مواطنها. يمكن أن تؤثر التغذية الراجعة التنظيمية بين الكائنات الحية وبيئتها على الظروف من المحلية (على سبيل المثال، بركة القندس ) إلى المقاييس العالمية، بمرور الوقت وحتى بعد الموت، مثل جذوع الأشجار المتحللة أو رواسب هياكل السيليكا من الكائنات البحرية. ^[39] ترتبط عملية ومفهوم هندسة النظم الإيكولوجية ببناء المنافذ ، لكن الأولى تتعلق فقط بالتعديلات المادية للموائل بينما تنظر الأخيرة أيضًا في الآثار التطورية للتغيرات المادية على البيئة والتغذية الراجعة التي تسببها على عملية الانتقاء الطبيعي. يتم تعريف مهندسي النظم الإيكولوجية على أنهم: "الكائنات الحية التي تعدل بشكل مباشر أو غير مباشر توافر الموارد لأنواع أخرى، عن طريق التسبب في تغييرات في الحالة المادية في المواد الحيوية أو غير الحيوية. وبذلك يقومون بتعديل وصيانة وإنشاء الموائل." ^{[40] : 373}

لقد حفز مفهوم هندسة النظم الإيكولوجية تقديرًا جديدًا للتأثير الذي تخلفه الكائنات الحية على النظام الإيكولوجي والعملية التطورية. يُستخدم مصطلح "بناء المنافذ" في كثير من الأحيان في إشارة إلى آليات التغذية الراجعة غير المقدرة للانتقاء الطبيعي التي تنقل القوى إلى المنافذ غير الحيوية. ^{[28] [41]} يحدث مثال على الانتقاء الطبيعي من خلال هندسة النظم الإيكولوجية في أعشاش الحشرات الاجتماعية ، بما في ذلك النمل والنحل والدبابير والنمل الأبيض. هناك توازن داخلي ناشئ أو توازن داخلي في بنية العش ينظم ويحافظ ويدافع عن وظائف أعضاء المستعمرة بأكملها. على سبيل المثال، تحافظ تلال النمل الأبيض على درجة حرارة داخلية ثابتة من خلال تصميم مداخن تكييف الهواء. يخضع هيكل الأعشاش نفسها لقوى الانتقاء الطبيعي. علاوة على ذلك، يمكن للعش أن يبقى على قيد الحياة على مدى أجيال متعاقبة، بحيث يرث النسل كل من المادة الوراثية والمنافذة الموروثة التي تم بناؤها قبل وقتهم. ^{[5] [28] [29]}

البيئات الحيوية هي وحدات تنظيمية أكبر تصنف مناطق النظم البيئية للأرض، وذلك وفقًا لبنية وتكوين الغطاء النباتي بشكل أساسي. ^[42] هناك طرق مختلفة لتحديد الحدود القارية للبيئات الحيوية التي تهيمن عليها أنواع وظيفية مختلفة من المجتمعات النباتية التي تقتصر في توزيعها على المناخ وهطول الأمطار والطقس والمتغيرات البيئية الأخرى. تشمل البيئات الحيوية الغابات المطيرة الاستوائية والغابات عريضة الأوراق والمختلطة المعتدلة والغابات المتساقطة الأوراق المعتدلة والتايغا والتندرا والصحراء الحارة والصحراء القطبية . ^[43] قام باحثون آخرون مؤخرًا بتصنيف بيئات حيوية أخرى، مثل الميكروبات البشرية والمحيطية . بالنسبة للميكروب ، فإن جسم الإنسان هو موطن ومناظر طبيعية. ^[44] تم اكتشاف الميكروبات إلى حد كبير من خلال التقدم في علم الوراثة الجزيئي ، والذي كشف عن ثراء خفي للتنوع الميكروبي على الكوكب. يلعب الميكروبيوم المحيطي دورًا مهمًا في الكيمياء الحيوية البيئية لمحيطات الكوكب. ^[45]

إن أكبر مقياس للتنظيم البيئي هو المحيط الحيوي: وهو مجموع النظم البيئية على الكوكب. وتنظم العلاقات البيئية تدفق الطاقة والمغذيات والمناخ على طول الطريق حتى النطاق الكوكبي. على سبيل المثال، تأثر التاريخ الديناميكي لتكوين ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الغلاف الجوي الكوكبي _{بالتدفق} الحيوي للغازات القادمة من التنفس والتمثيل الضوئي، مع تقلب المستويات بمرور الوقت فيما يتعلق ببيئة وتطور النباتات والحيوانات. ^[46] كما تم استخدام النظرية البيئية لشرح الظواهر التنظيمية الناشئة ذاتيًا على نطاق الكوكب: على سبيل المثال، تعد _فرضية جايا مثالاً على الكلية المطبقة في النظرية البيئية. ^[47] تنص فرضية جايا على وجود حلقة تغذية مرتدة ناشئة تولدها عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية التي تحافظ على درجة حرارة قلب الأرض والظروف الجوية ضمن نطاق ضيق من التسامح التنظيمي الذاتي. ^[48]

تدرس بيئة السكان ديناميكيات مجموعات الأنواع وكيفية تفاعل هذه المجموعات مع البيئة الأوسع. ^[5] يتكون السكان من أفراد من نفس النوع يعيشون ويتفاعلون ويهاجرون عبر نفس المكان والموئل. ^[49]

القانون الأساسي لعلم البيئة السكانية هو نموذج النمو المالتوسي ^[50] والذي ينص على أن "السكان سوف ينموون (أو يتراجعون) بشكل كبير طالما ظلت البيئة التي يعيشها جميع الأفراد في السكان ثابتة". ^{[50] : 18} تبدأ نماذج السكان المبسطة عادةً بأربعة متغيرات: الوفاة والولادة والهجرة والهجرة الخارجية .

يصف أحد الأمثلة على نموذج السكان التمهيدي سكانًا مغلقين، مثل سكان جزيرة، حيث لا تحدث الهجرة والنزوح. يتم تقييم الفرضيات بالإشارة إلى فرضية العدم التي تنص على أن العمليات العشوائية تخلق البيانات المرصودة. في نماذج الجزيرة هذه، يتم وصف معدل تغير السكان من خلال:

${\displaystyle {\frac {\اسم المشغل {d} N(t)}{\اسم المشغل {d} t}}=bN(t)-dN(t)=(bd)N(t)=rN(t),}$

حيث N هو العدد الإجمالي للأفراد في السكان، و b و d هما معدل المواليد والوفيات للفرد على التوالي، و r هو معدل التغير السكاني للفرد. ^{[50] [51]}

وباستخدام تقنيات النمذجة هذه، تم تحويل مبدأ نمو السكان لمالثوس لاحقًا إلى نموذج يُعرف باسم المعادلة اللوجستية بواسطة بيير فيرهولست :

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} N(t)}{\operatorname {d} t}}=rN(t)-\alpha N(t)^{2}=rN(t)\left({\frac {KN(t)}{K}}\right),}$

حيث N(t) هو عدد الأفراد المقاسين ككثافة للكتلة الحيوية كدالة للوقت، t ، r هو أقصى معدل تغير للفرد والمعروف باسم معدل النمو الجوهري، و هو معامل الازدحام، والذي يمثل الانخفاض في معدل نمو السكان لكل فرد مضاف. تنص الصيغة على أن معدل التغير في حجم السكان ( ) سوف ينمو ليقترب من التوازن، حيث ( )، عندما تكون معدلات الزيادة والازدحام متوازنة، . يحدد نموذج مشابه شائع التوازن، مثل K ، والذي يُعرف باسم "القدرة الاستيعابية". ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \mathrm {d} N(t)/\mathrm {d} t}$${\displaystyle \mathrm {d} N(t)/\mathrm {d} t=0}$${\displaystyle r/\alpha }$${\displaystyle r/\alpha }$

يعتمد علم البيئة السكانية على هذه النماذج التمهيدية لفهم العمليات الديموغرافية بشكل أكبر في مجموعات الدراسة الحقيقية. تشمل أنواع البيانات المستخدمة بشكل شائع تاريخ الحياة والخصوبة والبقاء على قيد الحياة، ويتم تحليلها باستخدام تقنيات رياضية مثل الجبر المصفوفي . تُستخدم المعلومات لإدارة مخزونات الحياة البرية وتحديد حصص الحصاد. ^{[51] [52]} في الحالات التي تكون فيها النماذج الأساسية غير كافية، قد يتبنى علماء البيئة أنواعًا مختلفة من الأساليب الإحصائية، مثل معيار معلومات أكايكي ، ^[53] أو استخدام نماذج يمكن أن تصبح معقدة رياضيًا حيث "تواجه العديد من الفرضيات المتنافسة البيانات في وقت واحد". ^[54]

تم تعريف مفهوم التجمعات السكانية في عام 1969 ^[55] على أنه "مجموعة من السكان الذين ينقرضون محليًا ويعيدون الاستعمار". ^{[56] : 105} علم البيئة السكانية هو نهج إحصائي آخر يستخدم غالبًا في أبحاث الحفاظ على البيئة . ^[57] تبسط نماذج التجمعات السكانية المناظر الطبيعية إلى بقع ذات مستويات متفاوتة من الجودة، ^[58] وترتبط التجمعات السكانية بالسلوكيات المهاجرة للكائنات الحية. تتميز هجرة الحيوانات عن أنواع الحركة الأخرى لأنها تنطوي على المغادرة والعودة الموسمية للأفراد من الموائل. ^[59] الهجرة هي أيضًا ظاهرة على مستوى السكان، كما هو الحال مع طرق الهجرة التي تتبعها النباتات أثناء احتلالها للبيئات الشمالية بعد العصر الجليدي. يستخدم علماء البيئة النباتية سجلات حبوب اللقاح التي تتراكم وتنتشر في الأراضي الرطبة لإعادة بناء توقيت هجرة النباتات وانتشارها بالنسبة للمناخات التاريخية والمعاصرة. تضمنت طرق الهجرة هذه توسعًا في النطاق مع توسع مجموعات النباتات من منطقة إلى أخرى. هناك تصنيف أوسع للحركة، مثل التنقل والبحث عن الطعام والسلوك الإقليمي والثبات والتنقل. وعادة ما يتم التمييز بين التشتت والهجرة لأنه يتضمن الحركة الدائمة في اتجاه واحد للأفراد من مجموعتهم الأصلية إلى مجموعة أخرى. ^{[60] [61]}

في مصطلحات السكان الميتابوليون، يتم تصنيف الأفراد المهاجرين كمهاجرين (عندما يغادرون منطقة) أو مهاجرين (عندما يدخلون منطقة)، ويتم تصنيف المواقع إما كمصدر أو مصارف. الموقع هو مصطلح عام يشير إلى الأماكن التي يأخذ فيها علماء البيئة عينات من السكان، مثل البرك أو مناطق أخذ العينات المحددة في الغابة. البقع المصدرة هي مواقع منتجة تولد إمدادًا موسميًا من الأحداث التي تهاجر إلى مواقع بقع أخرى. البقع المنبعية هي مواقع غير منتجة لا تستقبل سوى المهاجرين؛ سيختفي السكان في الموقع ما لم يتم إنقاذهم بواسطة بقعة مصدر مجاورة أو تصبح الظروف البيئية أكثر ملاءمة. تدرس نماذج السكان الميتابوليون ديناميكيات البقعة بمرور الوقت للإجابة على الأسئلة المحتملة حول البيئة المكانية والديموغرافية. إن بيئة السكان الميتابوليون هي عملية ديناميكية للانقراض والاستعمار. يتم الحفاظ على البقع الصغيرة ذات الجودة الأقل (أي المصارف) أو إنقاذها من خلال تدفق موسمي للمهاجرين الجدد. يتطور هيكل التجمعات السكانية الديناميكي من عام إلى آخر، حيث تكون بعض البقع عبارة عن أحواض في سنوات الجفاف ومصادر عندما تكون الظروف أكثر ملاءمة. يستخدم علماء البيئة مزيجًا من النماذج الحاسوبية والدراسات الميدانية لشرح هيكل التجمعات السكانية. ^{[62] [63]}

علم البيئة المجتمعية هو دراسة التفاعلات بين مجموعة من الأنواع التي تعيش في نفس المنطقة الجغرافية. يدرس علماء البيئة المجتمعية العوامل التي تحدد الأنماط والعمليات لنوعين أو أكثر من الأنواع المتفاعلة. قد يقيس البحث في علم البيئة المجتمعية تنوع الأنواع في المراعي فيما يتعلق بخصوبة التربة. قد يشمل أيضًا تحليل ديناميكيات الحيوانات المفترسة والفريسة، والمنافسة بين الأنواع النباتية المتشابهة، أو التفاعلات التكافلية بين السرطانات والشعاب المرجانية.

قد تكون النظم البيئية عبارة عن موائل داخل المناطق الأحيائية التي تشكل كلاً متكاملاً ونظامًا متجاوبًا ديناميكيًا يحتوي على مجمعات فيزيائية وبيولوجية. علم بيئة النظم البيئية هو علم تحديد تدفقات المواد (مثل الكربون والفوسفور) بين مجموعات مختلفة (مثل الكتلة الحيوية للأشجار والمواد العضوية في التربة). يحاول علماء بيئة النظم البيئية تحديد الأسباب الكامنة وراء هذه التدفقات. قد يقيس البحث في علم بيئة النظم البيئية الإنتاج الأولي (جم كربون/م2) في الأراضي الرطبة فيما يتعلق بمعدلات التحلل والاستهلاك (جم كربون/م2/سنة). يتطلب هذا فهمًا للروابط المجتمعية بين النباتات (أي المنتجين الأساسيين) والمحللات (مثل الفطريات والبكتيريا). ^[66]

يمكن إرجاع المفهوم الأساسي للنظام البيئي إلى عام 1864 في العمل المنشور لجورج بيركنز مارش ("الإنسان والطبيعة"). ^{[67] [68]} داخل النظام البيئي، ترتبط الكائنات الحية بالمكونات الفيزيائية والبيولوجية لبيئتها التي تتكيف معها. ^[65] النظم البيئية هي أنظمة تكيفية معقدة حيث يشكل تفاعل العمليات الحيوية أنماطًا ذاتية التنظيم عبر مقاييس مختلفة من الزمان والمكان. ^[69] يتم تصنيف النظم البيئية على نطاق واسع على أنها برية أو مياه عذبة أو جوية أو بحرية . تنبع الاختلافات من طبيعة البيئات الفيزيائية الفريدة التي تشكل التنوع البيولوجي داخل كل منها. إضافة أحدث إلى علم بيئة النظام البيئي هي النظم البيئية التكنولوجية ، والتي تتأثر بالنشاط البشري أو تكون في المقام الأول نتيجة له. ^[5]

الشبكة الغذائية هي الشبكة البيئية النموذجية . تلتقط النباتات الطاقة الشمسية وتستخدمها لتخليق السكريات البسيطة أثناء عملية التمثيل الضوئي . ومع نمو النباتات، تتراكم فيها العناصر الغذائية وتأكلها الحيوانات العاشبة التي ترعى ، وتنتقل الطاقة عبر سلسلة من الكائنات الحية عن طريق الاستهلاك. تسمى مسارات التغذية الخطية المبسطة التي تنتقل من الأنواع الغذائية الأساسية إلى المستهلك الأعلى بالسلسلة الغذائية . تخلق سلاسل الغذاء في المجتمع البيئي شبكة غذائية معقدة. الشبكات الغذائية هي نوع من خرائط المفاهيم التي تستخدم لتوضيح ودراسة مسارات تدفقات الطاقة والمواد. ^{[7] [70] [71]}

تقتصر القياسات التجريبية عمومًا على موطن محدد، مثل الكهف أو البركة، ويتم استقراء المبادئ المستقاة من الدراسات الصغيرة النطاق إلى أنظمة أكبر. ^[72] تتطلب العلاقات الغذائية تحقيقات مكثفة، على سبيل المثال في محتويات أمعاء الكائنات الحية، والتي قد يكون من الصعب فك شفرتها، أو يمكن استخدام النظائر المستقرة لتتبع تدفق الأنظمة الغذائية المغذية والطاقة عبر شبكة الغذاء. ^[73] وعلى الرغم من هذه القيود، تظل شبكات الغذاء أداة قيمة في فهم النظم البيئية المجتمعية. ^[74]

توضح شبكات الغذاء مبادئ مهمة في علم البيئة : فبعض الأنواع لديها العديد من الروابط الغذائية الضعيفة (على سبيل المثال، آكلات اللحوم والنباتات ) في حين أن بعضها أكثر تخصصًا مع عدد أقل من الروابط الغذائية الأقوى (على سبيل المثال، الحيوانات المفترسة الأولية ). تشرح مثل هذه الروابط كيف تظل المجتمعات البيئية مستقرة بمرور الوقت ^{[75] [76]} ويمكنها في النهاية توضيح شبكة "كاملة" للحياة. ^{[71] [77] [78] [79]}

قد يكون لتعطيل شبكات الغذاء تأثير كبير على بيئة الأنواع الفردية أو النظم البيئية بأكملها. على سبيل المثال، ثبت أن استبدال نوع من النمل بنوع آخر (غازي) من النمل يؤثر على كيفية تقليص الأفيال لغطاء الأشجار وبالتالي افتراس الأسود على الحمير الوحشية . ^{[80] [81]}

المستوى الغذائي (من الكلمة اليونانية troph ، τροφή، trophē، وتعني "طعام" أو "تغذية") هو "مجموعة من الكائنات الحية تكتسب غالبية كبيرة من طاقتها من المستوى المجاور الأدنى (وفقًا للأهرامات البيئية ) الأقرب إلى المصدر غير الحيوي". ^{[82] : 383} تربط الروابط في شبكات الغذاء في المقام الأول علاقات التغذية أو التغذية بين الأنواع. يمكن تنظيم التنوع البيولوجي داخل النظم البيئية في أهرامات غذائية، حيث يمثل البعد الرأسي علاقات التغذية التي تصبح أبعد عن قاعدة السلسلة الغذائية نحو الحيوانات المفترسة العليا، ويمثل البعد الأفقي الوفرة أو الكتلة الحيوية في كل مستوى. ^[83] عندما يتم فرز الوفرة النسبية أو الكتلة الحيوية لكل نوع في مستواه الغذائي الخاص، يتم فرزها بشكل طبيعي في "هرم من الأرقام". ^[84]

تصنف الأنواع على نطاق واسع إلى كائنات ذاتية التغذية (أو منتجين أوليين )، وغيرية التغذية (أو مستهلكين )، وآكلات الحطام (أو محللات ). الكائنات ذاتية التغذية هي كائنات حية تنتج طعامها بنفسها (الإنتاج أكبر من التنفس) عن طريق التمثيل الضوئي أو التمثيل الكيميائي . أما غيرية التغذية فهي كائنات حية يجب أن تتغذى على الآخرين للحصول على الغذاء والطاقة (يتجاوز التنفس الإنتاج). ^[5] يمكن تقسيم غيرية التغذية إلى مجموعات وظيفية مختلفة، بما في ذلك المستهلكون الأساسيون (الحيوانات العاشبة الصارمة)، والمستهلكون الثانويون ( الحيوانات المفترسة آكلة اللحوم التي تتغذى حصريًا على الحيوانات العاشبة)، والمستهلكون من الدرجة الثالثة (الحيوانات المفترسة التي تتغذى على مزيج من الحيوانات العاشبة والحيوانات المفترسة). ^[85] لا تندرج الحيوانات آكلة اللحوم والنباتات في فئة وظيفية لأنها تأكل كلًا من الأنسجة النباتية والحيوانية. وقد اقترح أن الحيوانات آكلة اللحوم والنباتات لها تأثير وظيفي أكبر كحيوانات مفترسة لأنها مقارنة بالحيوانات العاشبة، فهي غير فعالة نسبيًا في الرعي. ^[86]

المستويات الغذائية هي جزء من النظرة الشاملة أو المعقدة للأنظمة البيئية. ^{[87] [88]} يحتوي كل مستوى غذائي على أنواع غير ذات صلة يتم تجميعها معًا لأنها تشترك في وظائف بيئية مشتركة، مما يعطي رؤية شاملة للنظام. ^[89] في حين أن مفهوم المستويات الغذائية يوفر نظرة ثاقبة لتدفق الطاقة والتحكم من أعلى إلى أسفل داخل شبكات الغذاء، إلا أنه منزعج من انتشار آكلات اللحوم والنباتات في النظم البيئية الحقيقية. وقد دفع هذا بعض علماء البيئة إلى "تكرار أن فكرة أن الأنواع تتجمع بوضوح في مستويات غذائية منفصلة ومتجانسة هي خيال". ^{[90] : 815} ومع ذلك، أظهرت الدراسات الحديثة أن المستويات الغذائية الحقيقية موجودة، ولكن "فوق المستوى الغذائي للحيوانات العاشبة، يمكن وصف شبكات الغذاء بشكل أفضل بأنها شبكة متشابكة من الحيوانات آكلة اللحوم والنباتات". ^{[91] : 612}

الأنواع الرئيسية هي الأنواع التي ترتبط بعدد كبير بشكل غير متناسب من الأنواع الأخرى في شبكة الغذاء . تتمتع الأنواع الرئيسية بمستويات أقل من الكتلة الحيوية في الهرم الغذائي نسبة إلى أهمية دورها. تعني الروابط العديدة التي تتمتع بها الأنواع الرئيسية أنها تحافظ على تنظيم وبنية مجتمعات بأكملها. يؤدي فقدان النوع الرئيسي إلى مجموعة من التأثيرات المتتالية الدرامية (تسمى الشلالات الغذائية ) التي تغير ديناميكيات التغذية والاتصالات الأخرى في شبكة الغذاء ويمكن أن تتسبب في انقراض أنواع أخرى. ^{[92] [93]} صاغ روبرت باين مصطلح الأنواع الرئيسية في عام 1969 وهو إشارة إلى السمة المعمارية الرئيسية حيث أن إزالة النوع الرئيسي يمكن أن يؤدي إلى انهيار المجتمع تمامًا كما يمكن أن يؤدي إزالة الحجر الأساسي في القوس إلى فقدان القوس لاستقراره. ^[94]

يُستشهد عادةً بثعالب البحر ( Enhydra lutris ) كمثال على الأنواع الرئيسية لأنها تحد من كثافة قنافذ البحر التي تتغذى على أعشاب البحر . إذا تمت إزالة ثعالب البحر من النظام، فإن القنافذ ترعى حتى تختفي أسرّة أعشاب البحر، وهذا له تأثير كبير على بنية المجتمع. ^[95] يُعتقد أن صيد ثعالب البحر، على سبيل المثال، أدى بشكل غير مباشر إلى انقراض بقرة البحر ستيلر ( Hydrodamalis gigas ). ^[96] في حين تم استخدام مفهوم الأنواع الرئيسية على نطاق واسع كأداة للحفاظ على البيئة ، فقد تعرض لانتقادات لكونه غير محدد بشكل جيد من وجهة نظر عملية. من الصعب تحديد الأنواع التي قد تلعب دورًا رئيسيًا في كل نظام بيئي تجريبيًا. علاوة على ذلك، تشير نظرية شبكة الغذاء إلى أن الأنواع الرئيسية قد لا تكون شائعة، لذلك من غير الواضح مدى عمومية تطبيق نموذج الأنواع الرئيسية. ^{[95] [97]}

يُفهَم التعقيد باعتباره جهدًا حسابيًا كبيرًا مطلوبًا لتجميع أجزاء متفاعلة عديدة تتجاوز سعة الذاكرة التكرارية للعقل البشري. الأنماط العالمية للتنوع البيولوجي معقدة. ينبع هذا التعقيد البيولوجي من التفاعل بين العمليات البيئية التي تعمل وتؤثر على الأنماط على مقاييس مختلفة تتدرج في بعضها البعض، مثل المناطق الانتقالية أو المناطق البيئية التي تمتد عبر المناظر الطبيعية. ينبع التعقيد من التفاعل بين مستويات التنظيم البيولوجي كطاقة، ويتم دمج المادة في وحدات أكبر تتراكب على الأجزاء الأصغر. "ما كان كليًا على مستوى ما يصبح أجزاءً على مستوى أعلى." ^{[98] : 209} لا تفسر الأنماط الصغيرة الحجم بالضرورة الظواهر الكبيرة الحجم، والتي تم التقاطها بخلاف ذلك في التعبير (الذي صاغه أرسطو) "المجموع أكبر من الأجزاء". ^{[99] [100] [E]}

"التعقيد في علم البيئة له ستة أنواع مميزة على الأقل: مكاني، وزمني، وبنيوي، وعملي، وسلوكي، وهندسي." ^{[101] : 3} ومن خلال هذه المبادئ، حدد علماء البيئة الظواهر الناشئة والتنظيم الذاتي التي تعمل على مقاييس بيئية مختلفة للتأثير، تتراوح من الجزيئي إلى الكوكبي، وتتطلب تفسيرات مختلفة في كل مستوى تكاملي . ^{[48] [102]} يرتبط التعقيد البيئي بالمرونة الديناميكية للنظم البيئية التي تنتقل إلى حالات ثابتة متعددة متغيرة موجهة بتقلبات عشوائية للتاريخ. ^{[9] [103]} توفر الدراسات البيئية طويلة الأجل سجلات مهمة لفهم تعقيد النظم البيئية ومرونتها بشكل أفضل على نطاقات زمنية أطول ومقاييس مكانية أوسع. تتم إدارة هذه الدراسات بواسطة الشبكة البيئية الدولية طويلة الأجل (LTER). ^[104] أطول تجربة موجودة هي تجربة عشب الحديقة ، والتي بدأت في عام 1856. ^[105] مثال آخر هو دراسة هوبارد بروك ، والتي كانت قيد التشغيل منذ عام 1960. ^[106]

تظل الكلية جزءًا أساسيًا من الأساس النظري للدراسات البيئية المعاصرة. تتناول الكلية التنظيم البيولوجي للحياة الذي ينظم نفسه في طبقات من الأنظمة الكاملة الناشئة التي تعمل وفقًا لخصائص غير قابلة للاختزال. وهذا يعني أن الأنماط ذات الترتيب الأعلى لنظام وظيفي كامل، مثل النظام البيئي ، لا يمكن التنبؤ بها أو فهمها من خلال الجمع البسيط للأجزاء. ^[107] "تظهر الخصائص الجديدة لأن المكونات تتفاعل، وليس لأن الطبيعة الأساسية للمكونات تتغير." ^{[5] : 8}

الدراسات البيئية هي بالضرورة كلية على عكس الاختزالية . ^{[36] [102] [108]} الكلية لها ثلاثة معاني أو استخدامات علمية تحدد البيئة: 1) التعقيد الميكانيكي للنظم البيئية، 2) الوصف العملي للأنماط بمصطلحات اختزالية كمية حيث يمكن تحديد الارتباطات ولكن لا يتم فهم أي شيء عن العلاقات السببية دون الرجوع إلى النظام بأكمله، مما يؤدي إلى 3) التسلسل الهرمي الميتافيزيقي حيث يتم فهم العلاقات السببية للأنظمة الأكبر دون الرجوع إلى الأجزاء الأصغر. تختلف الكلية العلمية عن التصوف الذي استولى على نفس المصطلح. تم تحديد مثال للكلية الميتافيزيقية في اتجاه زيادة السُمك الخارجي في أصداف الأنواع المختلفة. يمكن فهم سبب زيادة السُمك من خلال الإشارة إلى مبادئ الانتقاء الطبيعي عبر الافتراس دون الحاجة إلى الرجوع إلى أو فهم الخصائص الجزيئية الحيوية للأصداف الخارجية. ^[109]

تعتبر البيئة وعلم الأحياء التطوري من التخصصات الشقيقة لعلوم الحياة. الانتقاء الطبيعي وتاريخ الحياة والتطور والتكيف والسكان والوراثة هي أمثلة على المفاهيم التي تتداخل بشكل متساوٍ في النظرية البيئية والتطورية. على سبيل المثال ، يمكن رسم السمات المورفولوجية والسلوكية والوراثية على الأشجار التطورية لدراسة التطور التاريخي لنوع ما فيما يتعلق بوظائفه وأدواره في ظروف بيئية مختلفة. في هذا الإطار، تتداخل الأدوات التحليلية لعلماء البيئة والتطور أثناء تنظيمهم وتصنيفهم والتحقيق في الحياة من خلال مبادئ منهجية مشتركة، مثل علم الوراثة أو نظام لينيوس للتصنيف . ^[110] غالبًا ما يظهر التخصصان معًا، كما هو الحال في عنوان مجلة Trends in Ecology and Evolution . ^[111] لا توجد حدود حادة تفصل علم البيئة عن التطور، ويختلفان أكثر في مجالات تركيزهما التطبيقي. يكتشف كلا التخصصين ويشرحان الخصائص والعمليات الناشئة والفريدة التي تعمل عبر مقاييس مكانية أو زمنية مختلفة للتنظيم. ^{[36] [48]} في حين أن الحدود بين علم البيئة والتطور ليست واضحة دائمًا، يدرس علماء البيئة العوامل الحيوية وغير الحيوية التي تؤثر على العمليات التطورية، ^{[112] [113]} ويمكن أن يكون التطور سريعًا، ويحدث في فترات زمنية بيئية قصيرة تصل إلى جيل واحد. ^[114]

يمكن لجميع الكائنات الحية أن تظهر سلوكيات. حتى النباتات تعبر عن سلوك معقد، بما في ذلك الذاكرة والتواصل. ^[116] علم البيئة السلوكي هو دراسة سلوك الكائن الحي في بيئته وتداعياته البيئية والتطورية. علم السلوك هو دراسة الحركة أو السلوك الملحوظ لدى الحيوانات. يمكن أن يشمل هذا التحقيقات في الحيوانات المنوية المتحركة للنباتات، والعوالق النباتية المتنقلة ، والعوالق الحيوانية التي تسبح نحو البيضة الأنثوية، وزراعة الفطريات بواسطة السوس ، ورقصة التزاوج للسلمندر ، أو التجمعات الاجتماعية للأميبا . ^{[117] [118] [119] [120] [121]}

التكيف هو المفهوم المركزي الموحد في علم البيئة السلوكية. ^[122] يمكن تسجيل السلوكيات كصفات وتوارثها بنفس الطريقة التي يمكن بها توارث لون العين والشعر. يمكن أن تتطور السلوكيات عن طريق الانتقاء الطبيعي كصفات تكيفية تمنح فوائد وظيفية تزيد من اللياقة الإنجابية. ^{[123] [124]}

التفاعلات بين المفترس والفريسة هي مفهوم تمهيدي لدراسات شبكة الغذاء وكذلك علم البيئة السلوكية. ^[126] يمكن أن تظهر أنواع الفرائس أنواعًا مختلفة من التكيفات السلوكية للحيوانات المفترسة، مثل تجنبها أو الفرار منها أو الدفاع عنها. تواجه العديد من أنواع الفرائس العديد من الحيوانات المفترسة التي تختلف في درجة الخطر الذي تشكله. للتكيف مع بيئتها ومواجهة التهديدات المفترسة، يجب على الكائنات الحية موازنة ميزانيات الطاقة الخاصة بها أثناء استثمارها في جوانب مختلفة من تاريخ حياتها، مثل النمو أو التغذية أو التزاوج أو التنشئة الاجتماعية أو تعديل موطنها. تستند الفرضيات المطروحة في علم البيئة السلوكية عمومًا إلى المبادئ التكيفية للحفاظ أو التحسين أو الكفاءة. ^{[33] [112] [127]} على سبيل المثال، "تتنبأ فرضية تجنب الحيوانات المفترسة الحساسة للتهديد بأن الفريسة يجب أن تقيم درجة التهديد التي تشكلها الحيوانات المفترسة المختلفة وتطابق سلوكها وفقًا لمستويات الخطر الحالية" ^[128] أو " تحدث مسافة بدء الطيران المثلى حيث يتم تعظيم اللياقة البدنية المتوقعة بعد اللقاء، والتي تعتمد على اللياقة البدنية الأولية للفريسة، والفوائد التي يمكن الحصول عليها من عدم الفرار، وتكاليف الهروب النشطة، وفقدان اللياقة البدنية المتوقع بسبب خطر الافتراس." ^[129]

إن العروض الجنسية المعقدة والوضعيات المتقنة موجودة في علم البيئة السلوكية للحيوانات. على سبيل المثال، تغني طيور الجنة وتعرض زخارف معقدة أثناء المغازلة . تخدم هذه العروض غرضًا مزدوجًا يتمثل في الإشارة إلى الأفراد الأصحاء أو المتكيفين جيدًا والجينات المرغوبة. يتم دفع العروض من خلال الانتقاء الجنسي كإعلان عن جودة السمات بين الخاطبين . ^[130]

يدمج علم البيئة المعرفية النظرية والملاحظات من علم البيئة التطوري وعلم الأعصاب ، وهو في المقام الأول علم الإدراك ، من أجل فهم التأثير الذي يحدثه تفاعل الحيوانات مع بيئتها على أنظمتها الإدراكية وكيف تحد هذه الأنظمة من السلوك داخل إطار بيئي وتطوري. ^[131] "ومع ذلك، حتى وقت قريب، لم ينتبه العلماء المعرفيون بشكل كافٍ إلى الحقيقة الأساسية المتمثلة في أن السمات المعرفية تطورت في ظل ظروف طبيعية معينة. مع مراعاة ضغط الانتقاء على الإدراك، يمكن لعلم البيئة المعرفية أن يساهم في التماسك الفكري للدراسة متعددة التخصصات للإدراك." ^{[132] [133]} كدراسة تتضمن "الاقتران" أو التفاعلات بين الكائن الحي والبيئة، فإن علم البيئة المعرفية وثيق الصلة بالتفاعلية ، ^[131] وهو مجال قائم على الرأي القائل بأن "... يجب أن نرى الكائن الحي والبيئة مرتبطين معًا في تحديد متبادل واختيار...". ^[134]

السلوكيات الاجتماعية البيئية ملحوظة في الحشرات الاجتماعية والعفن المخاطي والعناكب الاجتماعية والمجتمع البشري وفئران الخلد العارية حيث تطورت الاشتراكية . تشمل السلوكيات الاجتماعية سلوكيات مفيدة متبادلة بين الأقارب وزملاء العش ^{[119] [124] [135]} وتتطور من اختيار الأقارب والجماعة. يفسر اختيار الأقارب الإيثار من خلال العلاقات الجينية، حيث يتم مكافأة السلوك الإيثاري الذي يؤدي إلى الموت ببقاء النسخ الجينية الموزعة بين الأقارب الباقين على قيد الحياة. تُدرس الحشرات الاجتماعية، بما في ذلك النمل والنحل والدبابير ، بشكل مشهور لهذا النوع من العلاقة لأن الذكور من الذكور هي استنساخات تشترك في نفس التركيبة الجينية مثل كل ذكر آخر في المستعمرة. ^[124] على النقيض من ذلك، يجد أنصار الانتقاء الجماعي أمثلة على الإيثار بين الأقارب غير الجينيين ويفسرون ذلك من خلال الانتقاء الذي يعمل على المجموعة؛ وبالتالي، يصبح مفيدًا بشكل انتقائي للمجموعات إذا عبر أعضاؤها عن سلوكيات إيثارية لبعضهم البعض. إن المجموعات التي تضم أعضاءً إيثاريين في الغالب تظل على قيد الحياة بشكل أفضل من المجموعات التي تضم أعضاءً أنانيين في الغالب. ^{[124] [136]}

يمكن تصنيف التفاعلات البيئية على نطاق واسع إلى علاقة مضيف وعلاقة شريك. المضيف هو أي كيان يؤوي آخر يسمى الشريك. ^[137] العلاقات بين الأنواع التي تكون مفيدة للطرفين أو بشكل متبادل تسمى التكافل . تشمل أمثلة التكافل النمل الذي ينمو الفطريات باستخدام التكافل الزراعي، والبكتيريا التي تعيش في أمعاء الحشرات والكائنات الحية الأخرى، ومجمع تلقيح دبور التين وعثة اليوكا ، والأشنة مع الفطريات والطحالب الضوئية ، والشعاب المرجانية مع الطحالب الضوئية. ^{[138] [139]} إذا كان هناك اتصال مادي بين المضيف والشريك، تسمى العلاقة التكافل . على سبيل المثال، حوالي 60٪ من جميع النباتات لها علاقة تكافلية مع الفطريات الفطرية الشجرية التي تعيش في جذورها وتشكل شبكة تبادل للكربوهيدرات للحصول على العناصر الغذائية المعدنية . ^[140]

تحدث التكافل غير المباشر حيث تعيش الكائنات الحية منفصلة. على سبيل المثال، توفر الأشجار التي تعيش في المناطق الاستوائية من الكوكب الأكسجين للغلاف الجوي الذي يدعم الأنواع التي تعيش في المناطق القطبية البعيدة من الكوكب. تسمى هذه العلاقة بالتكافل لأن العديد من الآخرين يتلقون فوائد الهواء النظيف دون تكلفة أو ضرر للأشجار التي تزود الأكسجين. ^{[5] [141]} إذا استفاد الشريك بينما يعاني المضيف، تسمى العلاقة التطفل . على الرغم من أن الطفيليات تفرض تكلفة على مضيفها (على سبيل المثال، من خلال إتلاف أعضائها التناسلية أو التكاثر ، وحرمانها من خدمات شريك مفيد)، فإن تأثيرها الصافي على لياقة المضيف ليس بالضرورة سلبيًا، وبالتالي يصبح من الصعب التنبؤ به. ^{[142] [143]} كما أن التطور المشترك مدفوع بالمنافسة بين الأنواع أو بين أعضاء نفس النوع تحت لواء العداء المتبادل، مثل الأعشاب التي تتنافس على مساحة النمو. على سبيل المثال، تفترض فرضية الملكة الحمراء أن الطفيليات تتعقب وتتخصص في أنظمة الدفاع الجينية المحلية المشتركة لمضيفها والتي تدفع تطور التكاثر الجنسي لتنويع المجموعة الجينية للسكان الذين يستجيبون للضغوط المعادية. ^{[144] [145]}

الجغرافيا الحيوية (مزيج من علم الأحياء والجغرافيا ) هي الدراسة المقارنة للتوزيع الجغرافي للكائنات الحية والتطور المقابل لسماتها في المكان والزمان. ^[146] تأسست مجلة الجغرافيا الحيوية في عام 1974. [ 147 ^] تشترك الجغرافيا الحيوية وعلم البيئة في العديد من جذورهما التخصصية. على سبيل المثال، تعتبر نظرية الجغرافيا الحيوية للجزر ، التي نشرها روبرت ماك آرثر وإدوارد أو. ويلسون في عام 1967 ^[148] واحدة من أساسيات النظرية البيئية. ^[149]

الجغرافيا الحيوية لها تاريخ طويل في العلوم الطبيعية فيما يتعلق بالتوزيع المكاني للنباتات والحيوانات. يوفر علم البيئة والتطور السياق التوضيحي للدراسات الجغرافية الحيوية. ^[146] تنشأ الأنماط الجغرافية الحيوية من العمليات البيئية التي تؤثر على توزيع النطاق، مثل الهجرة والتشتت . ^{[149] ومن العمليات التاريخية التي تقسم السكان أو الأنواع إلى مناطق مختلفة. تفسر العمليات الجغرافية الحيوية التي تؤدي إلى الانقسام الطبيعي للأنواع} الكثير من التوزيع الحديث للكائنات الحية على الأرض. يُطلق على تقسيم الأنساب في نوع ما الجغرافيا الحيوية البديلة وهي فرع من فروع الجغرافيا الحيوية. ^[150] هناك أيضًا تطبيقات عملية في مجال الجغرافيا الحيوية تتعلق بالأنظمة والعمليات البيئية. على سبيل المثال، يعد نطاق وتوزيع التنوع البيولوجي والأنواع الغازية التي تستجيب لتغير المناخ مصدر قلق خطير ومنطقة بحث نشطة في سياق الانحباس الحراري العالمي . ^{[151] [152]}

مفهوم علم البيئة السكانية هو نظرية اختيار r/K، ^[D] أحد النماذج التنبؤية الأولى في علم البيئة المستخدمة لشرح تطور تاريخ الحياة . الفرضية وراء نموذج اختيار r/K هي أن ضغوط الانتقاء الطبيعي تتغير وفقًا لكثافة السكان . على سبيل المثال، عندما يتم استعمار جزيرة لأول مرة، تكون كثافة الأفراد منخفضة. لا يقتصر الزيادة الأولية في حجم السكان على المنافسة، مما يترك وفرة من الموارد المتاحة للنمو السكاني السريع. تشهد هذه المراحل المبكرة من نمو السكان قوى انتقاء طبيعي مستقلة عن الكثافة ، والتي تسمى انتقاء r . مع ازدحام السكان، يقتربون من القدرة الاستيعابية للجزيرة، مما يجبر الأفراد على التنافس بشكل أكبر على موارد متاحة أقل. في ظل الظروف المزدحمة، يتعرض السكان لقوى انتقاء طبيعي تعتمد على الكثافة، تسمى انتقاء K. ^[153]

في نموذج الانتقاء r/K ، المتغير الأول r هو المعدل الجوهري للزيادة الطبيعية في حجم السكان والمتغير الثاني K هو القدرة الاستيعابية للسكان. ^[33] تطور الأنواع المختلفة استراتيجيات مختلفة لتاريخ الحياة تمتد على استمرارية بين هاتين القوتين الانتقائيتين. النوع المنتقى r هو النوع الذي يتمتع بمعدلات ولادة عالية ومستويات منخفضة من الاستثمار الأبوي ومعدلات عالية من الوفيات قبل أن يصل الأفراد إلى مرحلة النضج. يفضل التطور معدلات عالية من الخصوبة في الأنواع المنتقاة r . تظهر العديد من أنواع الحشرات والأنواع الغازية خصائص منتقاة r . على النقيض من ذلك، فإن النوع المنتقى K لديه معدلات خصوبة منخفضة ومستويات عالية من الاستثمار الأبوي في الصغار ومعدلات منخفضة من الوفيات مع نضوج الأفراد. البشر والأفيال من الأمثلة على الأنواع التي تظهر خصائص منتقاة K ، بما في ذلك طول العمر والكفاءة في تحويل المزيد من الموارد إلى عدد أقل من النسل. ^{[148] [154]}

العلاقة المهمة بين علم البيئة والوراثة الوراثية تسبق التقنيات الحديثة للتحليل الجزيئي. أصبح البحث البيئي الجزيئي أكثر جدوى مع تطوير التقنيات الوراثية السريعة والمتاحة، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) . أدى ظهور التقنيات الجزيئية وتدفق أسئلة البحث في هذا المجال البيئي الجديد إلى نشر علم البيئة الجزيئي في عام 1992. ^{[155] يستخدم} علم البيئة الجزيئي تقنيات تحليلية مختلفة لدراسة الجينات في سياق تطوري وبيئي. في عام 1994، لعب جون أفيس أيضًا دورًا رائدًا في هذا المجال من العلوم بنشر كتابه، العلامات الجزيئية والتاريخ الطبيعي والتطور . ^[156] فتحت التقنيات الأحدث موجة من التحليل الجيني للكائنات الحية التي كان من الصعب دراستها من وجهة نظر بيئية أو تطورية، مثل البكتيريا والفطريات والديدان الخيطية . ولّد علم البيئة الجزيئي نموذجًا بحثيًا جديدًا للتحقيق في الأسئلة البيئية التي كانت تعتبر مستعصية على الحل. كشفت التحقيقات الجزيئية عن تفاصيل كانت غامضة سابقًا في التعقيدات الدقيقة للطبيعة وتحسنت الدقة في الأسئلة الاستقصائية حول علم البيئة السلوكي والجغرافي الحيوي. ^[156] على سبيل المثال، كشف علم البيئة الجزيئي عن سلوك جنسي عشوائي وشركاء ذكور متعددين في طيور السنونو الشجرية التي كان يُعتقد سابقًا أنها أحادية الزواج اجتماعيًا . ^[157] في سياق جغرافي حيوي، أدى الزواج بين علم الوراثة وعلم البيئة والتطور إلى ظهور تخصص فرعي جديد يسمى علم الجغرافيا الطبيعية . ^[158]

إن علم البيئة هو علم بيولوجي بقدر ما هو علم إنساني. ^[5] إن علم البيئة البشرية هو بحث متعدد التخصصات في علم بيئة جنسنا البشري. "يمكن تعريف علم البيئة البشرية: (1) من وجهة نظر بيئية حيوية كدراسة الإنسان باعتباره المسيطر البيئي في مجتمعات وأنظمة النبات والحيوان؛ (2) من وجهة نظر بيئية حيوية كحيوان آخر يؤثر ويتأثر ببيئته المادية؛ و(3) كإنسان، مختلف بطريقة ما عن الحياة الحيوانية بشكل عام، يتفاعل مع البيئات المادية والمعدلة بطريقة مميزة وإبداعية. من المرجح أن يتناول علم البيئة البشرية متعدد التخصصات حقًا الثلاثة." ^{[160] : 3} تم تقديم المصطلح رسميًا في عام 1921، لكن العديد من علماء الاجتماع والجغرافيين وعلماء النفس وغيرهم من التخصصات كانوا مهتمين بالعلاقات البشرية بالأنظمة الطبيعية قبل قرون، وخاصة في أواخر القرن التاسع عشر. ^{[160] [161]}

إن التعقيدات البيئية التي يواجهها البشر من خلال التحول التكنولوجي للنظم الإحيائية الكوكبية قد جلبت عصر الأنثروبوسين . وقد أدت مجموعة الظروف الفريدة إلى خلق الحاجة إلى علم موحد جديد يسمى النظم البشرية والطبيعية المقترنة التي تبني على مجال علم البيئة البشرية ولكنها تتجاوزه. ^[107] ترتبط النظم البيئية بالمجتمعات البشرية من خلال الوظائف الحيوية الشاملة التي تدعم الحياة والتي تدعمها. وفي إدراك لهذه الوظائف وعدم قدرة أساليب التقييم الاقتصادي التقليدية على رؤية القيمة في النظم البيئية، كان هناك زيادة في الاهتمام برأس المال الاجتماعي والطبيعي ، والذي يوفر الوسائل لوضع قيمة على مخزون واستخدام المعلومات والمواد الناتجة عن سلع وخدمات النظم الإيكولوجية . تنتج النظم البيئية وتنظم وتحافظ على وتوفر خدمات ضرورية للغاية ومفيدة لصحة الإنسان (الإدراكية والفسيولوجية) والاقتصادات، بل إنها توفر وظيفة معلوماتية أو مرجعية كمكتبة حية تتيح فرصًا للعلوم والتنمية المعرفية للأطفال المنخرطين في تعقيد العالم الطبيعي. ترتبط النظم البيئية بشكل مهم بالبيئة البشرية لأنها تشكل الأساس النهائي للاقتصاد العالمي مثل كل سلعة، والقدرة على التبادل تنبع في نهاية المطاف من النظم البيئية على الأرض. ^{[107] [162] [163] [164]}

علم البيئة هو علم يستخدم في ترميم وإصلاح المواقع المضطربة من خلال التدخل البشري، وفي إدارة الموارد الطبيعية، وفي تقييمات الأثر البيئي . تنبأ إدوارد ويلسون في عام 1992 أن القرن الحادي والعشرين "سيكون عصر الترميم في علم البيئة". ^[166] ازدهرت العلوم البيئية في الاستثمار الصناعي لاستعادة النظم البيئية وعملياتها في المواقع المهجورة بعد الاضطراب. مديرو الموارد الطبيعية، في مجال الغابات ، على سبيل المثال، يستخدمون علماء البيئة لتطوير وتكييف وتنفيذ أساليب تعتمد على النظم البيئية في مراحل التخطيط والتشغيل والاستعادة لاستخدام الأراضي. يوجد مثال آخر للحفاظ على البيئة على الساحل الشرقي للولايات المتحدة في بوسطن، ماساتشوستس. نفذت مدينة بوسطن مرسوم الأراضي الرطبة، ^[167] مما أدى إلى تحسين استقرار بيئات الأراضي الرطبة من خلال تنفيذ تعديلات التربة التي من شأنها تحسين تخزين المياه الجوفية وتدفقها، وتقليم أو إزالة النباتات التي يمكن أن تسبب ضررًا لجودة المياه. ^{[ بحاجة لمصدر ]} يتم استخدام العلوم البيئية في أساليب الحصاد المستدام، وإدارة الأمراض واندلاع الحرائق، وإدارة مخزون مصايد الأسماك، ودمج استخدام الأراضي مع المناطق والمجتمعات المحمية، والحفاظ على المناظر الطبيعية الجيوسياسية المعقدة. ^{[22] [165] [168] [169]}

تشمل بيئة النظم البيئية كلًا من المعايير الفيزيائية والسمات الحيوية. وهي مترابطة ديناميكيًا وتحتوي على موارد للكائنات الحية في أي وقت طوال دورة حياتها. ^{[5] [170]} مثل علم البيئة، فإن مصطلح البيئة له معاني مفاهيمية مختلفة ويتداخل مع مفهوم الطبيعة. البيئة "تشمل العالم المادي والعالم الاجتماعي للعلاقات الإنسانية والعالم المبني للإبداع البشري". ^{[171] : 62} البيئة المادية خارجية لمستوى التنظيم البيولوجي قيد التحقيق، بما في ذلك العوامل غير الحيوية مثل درجة الحرارة والإشعاع والضوء والكيمياء والمناخ والجيولوجيا. تشمل البيئة الحيوية الجينات والخلايا والكائنات الحية وأعضاء نفس النوع ( الأنواع المماثلة ) والأنواع الأخرى التي تشترك في الموطن. ^[172]

إن التمييز بين البيئات الخارجية والداخلية، مع ذلك، هو تجريد يحلل الحياة والبيئة إلى وحدات أو حقائق لا يمكن فصلها في الواقع. هناك تداخل بين السبب والنتيجة بين البيئة والحياة. قوانين الديناميكا الحرارية ، على سبيل المثال، تنطبق على علم البيئة من خلال حالتها الفيزيائية. مع فهم المبادئ الأيضية والديناميكية الحرارية، يمكن تتبع المحاسبة الكاملة لتدفق الطاقة والمواد من خلال النظام البيئي. بهذه الطريقة، تتم دراسة العلاقات البيئية والبيئية من خلال الإشارة إلى أجزاء مادية قابلة للإدارة ومعزولة مفاهيميًا . بعد فهم المكونات البيئية الفعالة من خلال الإشارة إلى أسبابها؛ ومع ذلك، فإنها ترتبط معًا مفاهيميًا ككل متكامل، أو نظام هولوكينوتي كما كان يسمى ذات يوم. وهذا ما يُعرف بالنهج الجدلي لعلم البيئة. يدرس النهج الجدلي الأجزاء ولكنه يدمج الكائن الحي والبيئة في كل ديناميكي (أو بيئة ). يمكن للتغيير في عامل بيئي أو بيئي واحد أن يؤثر في نفس الوقت على الحالة الديناميكية لنظام بيئي كامل. ^{[36] [173]}

الاضطراب هو أي عملية تغير أو تزيل الكتلة الحيوية من مجتمع ما، مثل الحرائق أو الفيضانات أو الجفاف أو الافتراس. ^[174] الاضطرابات هي سبب ونتيجة للتقلبات الطبيعية داخل المجتمع البيئي. ^{[175] [174] [176] [177]} يمكن للتنوع البيولوجي حماية النظم البيئية من الاضطرابات. ^[177]

غالبًا ما يكون من الصعب التنبؤ بتأثير الاضطراب، ولكن هناك أمثلة عديدة حيث يمكن لنوع واحد أن يزعج نظامًا بيئيًا بشكل كبير. على سبيل المثال، تمكن كائن وحيد الخلية من قتل ما يصل إلى 100٪ من قنافذ البحر في بعض الشعاب المرجانية في البحر الأحمر وغرب المحيط الهندي . تمكن قنافذ البحر النظم البيئية المعقدة للشعاب المرجانية من الازدهار من خلال أكل الطحالب التي من شأنها أن تمنع نمو المرجان. ^[178] وبالمثل، يمكن للأنواع الغازية أن تلحق الضرر بالنظم البيئية. على سبيل المثال، تسببت الثعابين البورمية الغازية في انخفاض أعداد الثدييات الصغيرة بنسبة 98٪ في منطقة إيفرجليدز . ^[179]

تشكلت الأرض منذ ما يقرب من 4.5 مليار سنة. ^[181] ومع تبريدها وتشكل القشرة والمحيطات، تحول غلافها الجوي من هيمنة الهيدروجين إلى غلاف يتكون في الغالب من الميثان والأمونيا . وعلى مدى المليار سنة التالية، حول النشاط الأيضي للحياة الغلاف الجوي إلى مزيج من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء. غيرت هذه الغازات الطريقة التي يضرب بها ضوء الشمس سطح الأرض واحتجاز الحرارة بسبب تأثيرات الاحتباس الحراري. كانت هناك مصادر غير مستغلة للطاقة المجانية داخل خليط الغازات المختزلة والمؤكسدة التي مهدت الطريق لتطور النظم البيئية البدائية، وبالتالي تطور الغلاف الجوي أيضًا. ^[182]

على مر التاريخ، كان الغلاف الجوي للأرض والدورات البيوكيميائية في حالة توازن ديناميكي مع النظم البيئية الكوكبية. يتميز التاريخ بفترات من التحول الكبير تليها ملايين السنين من الاستقرار. ^[183] ​​بدأ تطور أقدم الكائنات الحية، والتي من المحتمل أن تكون ميكروبات الميثانوجين اللاهوائية ، العملية بتحويل الهيدروجين الجوي إلى ميثان (4H ₂ + CO ₂ → CH ₄ + 2H ₂ O). أدى التمثيل الضوئي غير المؤكسج إلى تقليل تركيزات الهيدروجين وزيادة الميثان الجوي ، عن طريق تحويل كبريتيد الهيدروجين إلى ماء أو مركبات كبريتية أخرى (على سبيل المثال، 2H ₂ S + CO ₂ + h v → CH ₂ O + H ₂ O + 2S). كما أدت الأشكال المبكرة من التخمير إلى زيادة مستويات الميثان الجوي. لم يبدأ التحول إلى الغلاف الجوي الذي يهيمن عليه الأكسجين ( الأكسدة العظيمة ^{) إلا منذ ما يقرب من 2.4 إلى 2.3 مليار سنة، ولكن العمليات الضوئية بدأت قبل ذلك بنحو 0.3 إلى 1 مليار سنة. [183] ​​[184]}

تعمل بيولوجيا الحياة ضمن نطاق معين من درجات الحرارة. الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة التي تنظم درجة الحرارة. تؤثر الحرارة على معدلات النمو والنشاط والسلوك والإنتاج الأولي . تعتمد درجة الحرارة إلى حد كبير على حدوث الإشعاع الشمسي . يؤثر التباين المكاني لدرجات الحرارة على طول وعرض المناخ بشكل كبير وبالتالي على توزيع التنوع البيولوجي ومستويات الإنتاج الأولي في النظم البيئية المختلفة أو المناطق الحيوية عبر الكوكب. ترتبط الحرارة ودرجة الحرارة بشكل مهم بالنشاط الأيضي. على سبيل المثال، تتمتع الكائنات ذات الحرارة المتغيرة بدرجة حرارة الجسم التي يتم تنظيمها إلى حد كبير وتعتمد على درجة حرارة البيئة الخارجية. على النقيض من ذلك، تنظم الكائنات ذات الحرارة الثابتة درجة حرارة أجسامها الداخلية عن طريق إنفاق الطاقة الأيضية . ^{[112] [113] [173]}

توجد علاقة بين الضوء والإنتاج الأولي وميزانيات الطاقة البيئية . ضوء الشمس هو المدخل الأساسي للطاقة في النظم البيئية للكوكب. يتكون الضوء من طاقة كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة . تولد الطاقة المشعة من الشمس الحرارة وتوفر فوتونات الضوء التي يتم قياسها كطاقة نشطة في التفاعلات الكيميائية للحياة، كما تعمل كمحفز للطفرة الجينية . ^{[112] [113] [173]} تمتص النباتات والطحالب وبعض البكتيريا الضوء وتستوعب الطاقة من خلال التمثيل الضوئي . الكائنات الحية القادرة على استيعاب الطاقة عن طريق التمثيل الضوئي أو من خلال التثبيت غير العضوي لـ H ₂ S هي ذاتية التغذية . تستوعب الكائنات ذاتية التغذية - المسؤولة عن الإنتاج الأولي - طاقة الضوء التي يتم تخزينها أيضيًا كطاقة كامنة في شكل روابط إنثالبية كيميائية حيوية . ^{[112] [113] [173]}

إن انتشار ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الماء أبطأ بحوالي 10000 مرة من انتشاره في الهواء. عندما تغمر التربة، تفقد الأكسجين بسرعة، وتصبح خالية من الأكسجين (بيئة ذات تركيز O ₂ أقل من 2 مجم / لتر) وفي النهاية خالية من الأكسجين تمامًا حيث تزدهر البكتيريا اللاهوائية بين الجذور. يؤثر الماء أيضًا على شدة الضوء وتكوينه الطيفي حيث ينعكس عن سطح الماء والجسيمات المغمورة. ^[185] تُظهر النباتات المائية مجموعة واسعة من التكيفات المورفولوجية والفسيولوجية التي تسمح لها بالبقاء والتنافس والتنوع في هذه البيئات. على سبيل المثال، تحتوي جذورها وسيقانها على مساحات هوائية كبيرة ( أيرنشيما ) تنظم النقل الفعال للغازات (على سبيل المثال، _ثاني أكسيد الكربون والأكسجين ) المستخدمة في التنفس والتمثيل الضوئي _. تمتلك نباتات المياه المالحة ( النباتات الملحية ) تكيفات متخصصة إضافية، مثل تطوير أعضاء خاصة للتخلص من الملح وتنظيم تركيزات الملح الداخلية (كلوريد الصوديوم)، للعيش في البيئات المصبية أو المالحة أو المحيطية . تستخدم الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية في التربة في البيئات المائية النترات وأيونات المنغنيز وأيونات الحديديك والكبريتات وثاني أكسيد الكربون وبعض المركبات العضوية ؛ الكائنات الحية الدقيقة الأخرى هي لاهوائية اختيارية وتستخدم الأكسجين أثناء التنفس عندما تصبح التربة أكثر جفافًا. يقلل نشاط الكائنات الحية الدقيقة في التربة وكيمياء الماء من إمكانات الأكسدة والاختزال في الماء . على سبيل المثال، يتم اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى الميثان (CH ₄ ) بواسطة البكتيريا الميثانوجينية. ^[185] كما تتكيف فسيولوجيا الأسماك بشكل خاص للتعويض عن مستويات الملح البيئية من خلال التنظيم الأسموزي. تشكل خياشيمها تدرجات كهروكيميائية تتوسط إفراز الملح في المياه المالحة وامتصاصه في المياه العذبة. ^[186]

يتأثر شكل الأرض وطاقتها بشكل كبير بقوى الجاذبية. على نطاق واسع، يكون توزيع قوى الجاذبية على الأرض غير متساوٍ ويؤثر على شكل وحركة الصفائح التكتونية بالإضافة إلى التأثير على العمليات الجيومورفولوجية مثل نشوء الجبال والتآكل . تحكم هذه القوى العديد من الخصائص الجيوفيزيائية وتوزيعات البيئات البيئية عبر الأرض. على نطاق الكائنات الحية، توفر قوى الجاذبية إشارات اتجاهية لنمو النباتات والفطريات ( الجاذبية )، وإشارات توجيهية لهجرة الحيوانات، وتؤثر على الميكانيكا الحيوية وحجم الحيوانات. ^[112] تخضع السمات البيئية، مثل تخصيص الكتلة الحيوية في الأشجار أثناء النمو، لفشل ميكانيكي حيث تؤثر قوى الجاذبية على موضع وبنية الفروع والأوراق. ^[187] تتكيف الأنظمة القلبية الوعائية للحيوانات وظيفيًا للتغلب على الضغط وقوى الجاذبية التي تتغير وفقًا لخصائص الكائنات الحية (على سبيل المثال، الطول والحجم والشكل)، وسلوكها (على سبيل المثال، الغوص والجري والطيران)، والموائل التي تشغلها (على سبيل المثال، الماء والصحاري الساخنة والتندرا الباردة). ^[188]

يفرض الضغط المناخي والضغط الأسموزي قيودًا فسيولوجية على الكائنات الحية، وخاصة تلك التي تطير وتتنفس على ارتفاعات عالية، أو تغوص إلى أعماق المحيطات العميقة. ^[189] تؤثر هذه القيود على الحدود الرأسية للنظم البيئية في المحيط الحيوي، حيث أن الكائنات الحية حساسة فسيولوجيًا ومتكيفة مع اختلافات الضغط الجوي والضغط الأسموزي للمياه. ^[112] على سبيل المثال، تنخفض مستويات الأكسجين مع انخفاض الضغط وهي عامل مقيد للحياة على ارتفاعات أعلى. ^{[190] يعد} نقل المياه بواسطة النباتات عملية بيئية فسيولوجية مهمة أخرى تتأثر بتدرجات الضغط الأسموزي. ^{[191] [192] [193] يتطلب} ضغط المياه في أعماق المحيطات أن تتكيف الكائنات الحية مع هذه الظروف. على سبيل المثال، تتكيف الحيوانات الغواصة مثل الحيتان والدلافين والفقمات بشكل خاص للتعامل مع التغيرات في الصوت بسبب اختلافات ضغط المياه. ^[194] توفر الاختلافات بين أنواع سمك الهاج مثالاً آخر للتكيف مع ضغط أعماق البحار من خلال التكيفات البروتينية المتخصصة. [ ^195]

تؤثر القوى المضطربة في الهواء والماء على البيئة وتوزيع النظام البيئي وشكلها وديناميكياتها. على نطاق كوكبي، تتأثر النظم البيئية بأنماط الدورة في الرياح التجارية العالمية . يمكن لطاقة الرياح والقوى المضطربة التي تخلقها أن تؤثر على الحرارة والمغذيات والملفات الكيميائية الحيوية للنظم البيئية. ^[112] على سبيل المثال، تخلق الرياح التي تهب فوق سطح البحيرة اضطرابات، وتخلط عمود الماء وتؤثر على الملف البيئي لإنشاء مناطق ذات طبقات حرارية ، مما يؤثر على كيفية هيكلة الأسماك والطحالب وأجزاء أخرى من النظام البيئي المائي . ^{[198] [199]} تؤثر سرعة الرياح والاضطراب أيضًا على معدلات التبخر والنتح وميزانيات الطاقة في النباتات والحيوانات. ^{[185] [200]} يمكن أن تختلف سرعة الرياح ودرجة الحرارة ومحتوى الرطوبة مع انتقال الرياح عبر سمات الأرض المختلفة والارتفاعات. على سبيل المثال، تتلامس الرياح الغربية مع الجبال الساحلية والداخلية في غرب أمريكا الشمالية لإنتاج ظل مطر على الجانب المواجه للريح من الجبل. يتمدد الهواء وتتكثف الرطوبة مع زيادة ارتفاع الرياح؛ وهذا ما يسمى بالرفع الجبلي ويمكن أن يتسبب في هطول الأمطار. تنتج هذه العملية البيئية انقسامات مكانية في التنوع البيولوجي، حيث تقتصر الأنواع التي تتكيف مع الظروف الرطبة على وديان الجبال الساحلية ولا يمكنها الهجرة عبر النظم البيئية الجافة (على سبيل المثال، حوض كولومبيا في غرب أمريكا الشمالية) للاختلاط مع الأنساب الشقيقة المنعزلة عن الأنظمة الجبلية الداخلية. ^{[201] [202]}

تحول النباتات ثاني أكسيد الكربون إلى كتلة حيوية وتطلق الأكسجين في الغلاف الجوي. منذ حوالي 350 مليون سنة (نهاية العصر الديفوني )، أدت عملية التمثيل الضوئي إلى رفع تركيز الأكسجين الجوي إلى أكثر من 17٪، مما سمح بحدوث الاحتراق. ^[203] تطلق النار _ثاني أكسيد الكربون وتحول الوقود إلى رماد وقطران. النار هي معلمة بيئية مهمة تثير العديد من القضايا المتعلقة بالسيطرة عليها وقمعها. ^[204] في حين تم الاعتراف بقضية النار فيما يتعلق بالبيئة والنباتات لفترة طويلة، ^{[205] لفت} تشارلز كوبر الانتباه إلى قضية حرائق الغابات فيما يتعلق ببيئة قمع حرائق الغابات وإدارتها في الستينيات. ^{[206] [207]}

كان سكان أمريكا الشمالية الأصليون من بين أوائل من أثروا على أنظمة الحرائق من خلال التحكم في انتشارها بالقرب من منازلهم أو بإشعال الحرائق لتحفيز إنتاج الأطعمة العشبية ومواد السلال. ^[208] تخلق الحرائق عمرًا بيئيًا غير متجانس وبنية مظلة، ويفتح إمداد التربة المتغير بالمغذيات وبنية المظلة النظيفة منافذ بيئية جديدة لإنشاء الشتلات. ^{[209] [210]} تتكيف معظم النظم البيئية مع دورات الحرائق الطبيعية. النباتات، على سبيل المثال، مجهزة بمجموعة متنوعة من التكيفات للتعامل مع حرائق الغابات. لا يمكن لبعض الأنواع (على سبيل المثال، Pinus halepensis ) أن تنبت إلا بعد أن تعيش بذورها في حريق أو تتعرض لمركبات معينة من الدخان. يُطلق على إنبات البذور الناجم عن البيئة اسم serotiny . ^{[211] [212]} تلعب الحرائق دورًا رئيسيًا في استمرار النظم البيئية وقدرتها على الصمود . ^[176]

التربة هي الطبقة الحية العلوية من التراب المعدني والعضوي الذي يغطي سطح الكوكب. وهي المركز التنظيمي الرئيسي لمعظم وظائف النظام البيئي، وهي ذات أهمية بالغة في العلوم الزراعية والبيئة. يؤدي تحلل المواد العضوية الميتة (على سبيل المثال، الأوراق على أرض الغابة) إلى تربة تحتوي على معادن ومغذيات تغذي إنتاج النباتات. يُطلق على أنظمة التربة البيئية بأكملها على الكوكب اسم المجال الترابي حيث يتم تنظيم كتلة حيوية كبيرة من التنوع البيولوجي للأرض في مستويات غذائية. على سبيل المثال، تخلق اللافقاريات التي تتغذى على الأوراق الكبيرة وتمزقها أجزاء أصغر للكائنات الحية الأصغر في سلسلة التغذية. بشكل جماعي، هذه الكائنات الحية هي آكلات الحطام التي تنظم تكوين التربة. ^{[213] [214]} تعمل جذور الأشجار والفطريات والبكتيريا والديدان والنمل والخنافس والبق والعناكب والثدييات والطيور والزواحف والبرمائيات وغيرها من المخلوقات الأقل شهرة على إنشاء شبكة غذائية للحياة في أنظمة التربة البيئية. تشكل التربة أنماطًا ظاهرية مركبة حيث يتم تغليف المادة غير العضوية في فسيولوجيا المجتمع بأكمله. عندما تتغذى الكائنات الحية وتهاجر عبر التربة فإنها تحل محل المواد فعليًا، وهي عملية بيئية تسمى الاضطراب البيولوجي . هذا يعمل على تهوية التربة وتحفيز النمو والإنتاج غيري التغذية. تتأثر الكائنات الحية الدقيقة في التربة بالديناميكيات الغذائية للنظام البيئي وتتغذى عليها مرة أخرى. لا يمكن تمييز محور سببي واحد لفصل الأنظمة البيولوجية عن الجيومورفولوجية في التربة. ^{[215] [216] تضع الدراسات} البيئية القديمة للتربة أصل الاضطراب البيولوجي في وقت قبل العصر الكمبري. لعبت أحداث أخرى، مثل تطور الأشجار واستعمار الأرض في العصر الديفوني دورًا مهمًا في التطور المبكر للتغذية البيئية في التربة. ^{[214] [217] [218]}

يدرس علماء البيئة ويقيسون ميزانيات المغذيات لفهم كيفية تنظيم هذه المواد وتدفقها وإعادة تدويرها عبر البيئة. ^{[112] [113] [173]} أدى هذا البحث إلى فهم وجود ردود فعل عالمية بين النظم البيئية والمعلمات الفيزيائية لهذا الكوكب، بما في ذلك المعادن والتربة ودرجة الحموضة والأيونات والماء والغازات الجوية. تشكل ستة عناصر رئيسية ( الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين والكبريت والفوسفور ؛ H و C و N وO وS وP) تكوين جميع الجزيئات البيولوجية وتغذي العمليات الجيوكيميائية للأرض. من أصغر مقياس في علم الأحياء، يعمل التأثير المشترك لمليارات على مليارات العمليات البيئية على تضخيم وتنظيم الدورات البيوكيميائية للأرض في النهاية. إن فهم العلاقات والدورات التي تتم بوساطة هذه العناصر ومساراتها البيئية له تأثير كبير على فهم الكيمياء الحيوية العالمية. ^[219]

يقدم علم البيئة لميزانيات الكربون العالمية مثالاً واحدًا على الارتباط بين التنوع البيولوجي والكيمياء الحيوية. يُقدَّر أن محيطات الأرض تحتوي على 40000 جيجا طن من الكربون، وأن النباتات والتربة تحتوي على 2070 جيجا طن، وأن انبعاثات الوقود الأحفوري تبلغ 6.3 جيجا طن من الكربون سنويًا. ^[220] كانت هناك عمليات إعادة هيكلة كبرى في ميزانيات الكربون العالمية هذه خلال تاريخ الأرض، والتي تنظمها إلى حد كبير بيئة الأرض. على سبيل المثال، من خلال انبعاث الغازات البركانية في أوائل ومنتصف عصر الإيوسين ، أدى أكسدة الميثان المخزن في الأراضي الرطبة وغازات قاع البحر إلى زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _إلى مستويات تصل إلى 3500  جزء في المليون . ^[221]

في العصر الأوليجوسيني ، من خمسة وعشرين إلى اثنين وثلاثين مليون سنة مضت، كان هناك إعادة هيكلة أخرى كبيرة لدورة الكربون العالمية حيث طورت الأعشاب آلية جديدة للتمثيل الضوئي، التمثيل الضوئي C ₄ ، ووسعت نطاقاتها. تطور هذا المسار الجديد استجابة لانخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _إلى أقل من 550 جزء في المليون. ^[222] تعمل الوفرة النسبية وتوزيع التنوع البيولوجي على تغيير الديناميكيات بين الكائنات الحية وبيئتها بحيث يمكن للنظم البيئية أن تكون سببًا ونتيجة في علاقة بتغير المناخ. تساهم التعديلات التي يقودها الإنسان على النظم البيئية للكوكب (على سبيل المثال، الاضطراب، وفقدان التنوع البيولوجي ، والزراعة) في ارتفاع مستويات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي. من المتوقع أن يؤدي تحول دورة الكربون العالمية في القرن القادم إلى رفع درجات حرارة الكوكب، مما يؤدي إلى تقلبات أكثر تطرفًا في الطقس، وتغيير توزيع الأنواع، وزيادة معدلات الانقراض. تم بالفعل تسجيل تأثير الانحباس الحراري العالمي في ذوبان الأنهار الجليدية، وذوبان القمم الجليدية الجبلية، وارتفاع مستويات سطح البحر. وبالتالي، تتغير توزيعات الأنواع على طول الواجهة البحرية وفي المناطق القارية حيث تتبع أنماط الهجرة وأماكن التكاثر التحولات السائدة في المناخ. كما تذوب أقسام كبيرة من التربة الصقيعية لتكوين فسيفساء جديدة من المناطق المغمورة بالمياه والتي تشهد معدلات متزايدة من نشاط تحلل التربة مما يزيد من انبعاثات الميثان (CH ₄ ). هناك قلق بشأن الزيادة في الميثان الجوي في سياق دورة الكربون العالمية، لأن الميثان هو غاز دفيئة أكثر فعالية بمقدار 23 مرة في امتصاص الإشعاع الموجي الطويل من ثاني أكسيد الكربون _على مقياس زمني يبلغ 100 عام. ^[223] وبالتالي، هناك علاقة بين الانحباس الحراري العالمي والتحلل والتنفس في التربة والأراضي الرطبة مما ينتج عنه ردود فعل مناخية كبيرة ودورات كيميائية حيوية متغيرة عالميًا. ^{[107] [224] [225] [226] [227] [228]}

علم البيئة له أصل معقد، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى طبيعته متعددة التخصصات. ^[230] كان الفلاسفة اليونانيون القدماء مثل أبقراط وأرسطو من بين أوائل من سجلوا ملاحظات حول التاريخ الطبيعي. ومع ذلك، فقد نظروا إلى الحياة من حيث الجوهرية ، حيث تم تصور الأنواع على أنها أشياء ثابتة لا تتغير بينما تم اعتبار الأصناف انحرافات من نوع مثالي . يتناقض هذا مع الفهم الحديث للنظرية البيئية حيث يُنظر إلى الأصناف على أنها الظواهر الحقيقية ذات الأهمية ولها دور في أصول التكيفات عن طريق الانتقاء الطبيعي . ^{[5] [231] [232]} يمكن إرجاع المفاهيم المبكرة لعلم البيئة، مثل التوازن والتنظيم في الطبيعة إلى هيرودوت (توفي حوالي 425 قبل الميلاد)، الذي وصف أحد أقدم الروايات عن التكافل في ملاحظته لـ "طب الأسنان الطبيعي". لاحظ أن تماسيح النيل المتشمسة تفتح أفواهها لتمنح طيور الرمل إمكانية الوصول الآمن لانتزاع العلق ، مما يوفر التغذية لطيور الرمل ونظافة الفم للتمساح. ^[230] كان أرسطو مؤثرًا مبكرًا على التطور الفلسفي لعلم البيئة. لقد أجرى هو وتلميذه ثيوفراستوس ملاحظات واسعة النطاق حول هجرة النباتات والحيوانات، والجغرافيا الحيوية، وعلم وظائف الأعضاء، وسلوكياتها، مما أعطى نظيرًا مبكرًا للمفهوم الحديث للمكانة البيئية. ^{[233] [234]}

تم تطوير المفاهيم البيئية مثل سلاسل الغذاء وتنظيم السكان والإنتاجية لأول مرة في القرن الثامن عشر، من خلال الأعمال المنشورة لعالم المجهر أنطوني فان ليوينهوك (1632-1723) وعالم النبات ريتشارد برادلي (1688؟-1732). ^[5] كان عالم الجغرافيا الحيوية ألكسندر فون هومبولت (1769-1859) من أوائل رواد التفكير البيئي وكان من بين أول من أدركوا التدرجات البيئية، حيث يتم استبدال الأنواع أو تغيير شكلها على طول التدرجات البيئية ، مثل الخط المنحدر الذي يتشكل على طول ارتفاع في الارتفاع. استوحى هومبولت الإلهام من إسحاق نيوتن ، حيث طور شكلًا من أشكال "الفيزياء الأرضية". على غرار نيوتن، جلب الدقة العلمية للقياس إلى التاريخ الطبيعي وحتى أنه أشار إلى المفاهيم التي تشكل أساس قانون بيئي حديث للعلاقات بين الأنواع والمنطقة. ^{[236] [237] [238]} وضع مؤرخو الطبيعة، مثل هومبولت وجيمس هوتون وجان بابتيست لامارك (من بين آخرين)، أسس العلوم البيئية الحديثة. ^[239] صاغ إرنست هايكل مصطلح "علم البيئة" ( بالألمانية : Oekologie, Ökologie ) في كتابه Generelle Morphologie der Organismen (1866). ^[240] كان هايكل عالم حيوان وفنانًا وكاتبًا، وفي وقت لاحق من حياته أستاذًا في علم التشريح المقارن. ^{[229] [241]}

تختلف الآراء حول من كان مؤسس النظرية البيئية الحديثة. يشير البعض إلى تعريف هايكل باعتباره البداية؛ ^[242] يقول آخرون إنه كان يوجينيوس وارمنج مع كتابة علم بيئة النباتات: مقدمة لدراسة مجتمعات النباتات (1895)، ^[243] أو مبادئ كارل لينيوس حول اقتصاد الطبيعة التي نضجت في أوائل القرن الثامن عشر. ^{[244] [245]} أسس لينيوس فرعًا مبكرًا من علم البيئة أطلق عليه اقتصاد الطبيعة. ^[244] أثرت أعماله على تشارلز داروين، الذي تبنى عبارة لينيوس عن اقتصاد أو سياسة الطبيعة في أصل الأنواع . ^[229] كان لينيوس أول من وضع إطارًا لتوازن الطبيعة كفرضية قابلة للاختبار. عرّف هايكل، الذي أعجب بعمل داروين، علم البيئة في إشارة إلى اقتصاد الطبيعة، مما دفع البعض إلى التساؤل عما إذا كان علم البيئة واقتصاد الطبيعة مترادفين. ^[245]

من أرسطو حتى داروين، كان العالم الطبيعي يُعتبر في الغالب ثابتًا وغير متغير. قبل أصل الأنواع ، كان هناك تقدير أو فهم ضئيل للعلاقات الديناميكية والمتبادلة بين الكائنات الحية، وتكيفاتها، والبيئة. ^[231] الاستثناء هو منشور عام 1789 التاريخ الطبيعي لسيلبورن لجيلبرت وايت (1720-1793)، والذي يعتبره البعض أحد أقدم النصوص في علم البيئة. ^[248] في حين أن تشارلز داروين معروف بشكل أساسي بأطروحته عن التطور، ^[249] إلا أنه كان أحد مؤسسي علم بيئة التربة ، ^[250] وقد لاحظ أول تجربة بيئية في أصل الأنواع . ^[246] غيرت نظرية التطور الطريقة التي تعامل بها الباحثون مع العلوم البيئية. ^[251]

علم البيئة الحديث هو علم حديث اجتذب اهتمامًا علميًا كبيرًا لأول مرة نحو نهاية القرن التاسع عشر (في نفس الوقت تقريبًا الذي اكتسبت فيه الدراسات التطورية اهتمامًا علميًا). تبنت العالمة إلين سولاو ريتشاردز مصطلح " علم البيئة " (الذي تحول في النهاية إلى الاقتصاد المنزلي ) في الولايات المتحدة في وقت مبكر من عام 1892. ^[252]

في أوائل القرن العشرين، انتقلت البيئة من شكل أكثر وصفًا للتاريخ الطبيعي إلى شكل أكثر تحليلًا للتاريخ الطبيعي العلمي . ^{[236] [239] [253] نشر} فريدريك كليمنتس أول كتاب أمريكي عن البيئة في عام 1905، ^[254] حيث قدم فكرة المجتمعات النباتية ككائنات حية فائقة . أطلق هذا المنشور نقاشًا بين الكلية البيئية والفردية التي استمرت حتى سبعينيات القرن العشرين. اقترح مفهوم الكائن الحي الفائق لكليمنتس أن النظم البيئية تتقدم من خلال مراحل منتظمة ومحددة من التطور التسلسلي تشبه المراحل التنموية للكائن الحي. تحدى هنري جليسون النموذج الكليمنتي ، ^[255] الذي ذكر أن المجتمعات البيئية تتطور من الارتباط الفريد والمصادف للكائنات الحية الفردية. أعاد هذا التحول الإدراكي التركيز على تاريخ حياة الكائنات الحية الفردية وكيف يرتبط هذا بتطور جمعيات المجتمع. ^[256]

كانت نظرية الكائنات الحية الفائقة لكليمنتس تطبيقًا مفرطًا لشكل مثالي من أشكال الكلية. ^{[36] [109]} تم صياغة مصطلح "الكلية" في عام 1926 من قبل جان كريستيان سموتس ، وهو جنرال جنوب أفريقي وشخصية تاريخية مثيرة للجدال استوحى إلهامه من مفهوم الكائنات الحية الفائقة لكليمنتس. ^{[257] [ج]} في نفس الوقت تقريبًا، كان تشارلز إلتون رائدًا في مفهوم سلاسل الغذاء في كتابه الكلاسيكي علم البيئة الحيوانية . ^[84] عرّف إلتون ^[84] العلاقات البيئية باستخدام مفاهيم سلاسل الغذاء ودورات الغذاء وحجم الغذاء، ووصف العلاقات العددية بين المجموعات الوظيفية المختلفة ووفرتها النسبية. تم استبدال "دورة الغذاء" لإلتون بـ "شبكة الغذاء" في نص بيئي لاحق. ^[258] قدم ألفريد جيه لوتكا العديد من المفاهيم النظرية التي تطبق مبادئ الديناميكية الحرارية على علم البيئة.

في عام 1942، كتب ريموند ليندمان ورقة بحثية بارزة عن ديناميكيات التغذية في علم البيئة، والتي نُشرت بعد وفاته بعد رفضها في البداية بسبب تأكيدها النظري. أصبحت ديناميكيات التغذية الأساس لمعظم العمل الذي أعقب تدفق الطاقة والمواد عبر النظم البيئية. قدم روبرت ماك آرثر النظرية الرياضية والتنبؤات والاختبارات في علم البيئة في الخمسينيات من القرن العشرين، مما ألهم مدرسة ناشئة من علماء البيئة الرياضيين النظريين. ^{[239] [259] [260]} تطور علم البيئة أيضًا من خلال مساهمات من دول أخرى، بما في ذلك فلاديمير فيرنادسكي من روسيا وتأسيسه لمفهوم المحيط الحيوي في عشرينيات القرن العشرين ^[261] والياباني كينجي إيمانيشي ومفاهيمه عن الانسجام في الطبيعة وفصل الموائل في الخمسينيات من القرن العشرين. ^[262] إن الاعتراف العلمي بالمساهمات في علم البيئة من الثقافات غير الناطقة باللغة الإنجليزية يعوقه حواجز اللغة والترجمة. ^[261]

ازداد الاهتمام الشعبي والعلمي بعلم البيئة خلال الحركة البيئية في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين . وهناك روابط تاريخية وعلمية قوية بين علم البيئة والإدارة البيئية والحماية. ^[239] وقد اعتُبر التركيز التاريخي والكتابات الطبيعية الشعرية التي تدعو إلى حماية الأماكن البرية من قبل علماء البيئة البارزين في تاريخ علم الأحياء الحافظة ، مثل ألدو ليوبولد وآرثر تانسلي ، بعيدة كل البعد عن المراكز الحضرية حيث يُزعم أن تركيز التلوث والتدهور البيئي يقع. ^{[239] [264]} يلاحظ بالامار (2008) ^[264] طغيان التيار البيئي السائد على النساء الرائدات في أوائل القرن العشرين اللاتي قاتلن من أجل علم البيئة الصحية الحضرية (الذي كان يُسمى آنذاك علم القتل الرحيم ) ^[252] وأحدثن تغييرات في التشريعات البيئية. كانت نساء مثل إلين سولاو ريتشاردز وجوليا لاثروب ، من بين أخريات، رائدات للحركات البيئية الأكثر شهرة بعد الخمسينيات.

في عام 1962، ساعد كتاب عالمة الأحياء البحرية والبيئة راشيل كارسون بعنوان الربيع الصامت في حشد الحركة البيئية من خلال تنبيه الجمهور إلى المبيدات الحشرية السامة ، مثل مادة دي دي تي ، التي تتراكم بيولوجيًا في البيئة. استخدمت كارسون العلوم البيئية لربط إطلاق السموم البيئية بصحة الإنسان والنظام البيئي . ومنذ ذلك الحين، عمل علماء البيئة على ربط فهمهم لتدهور النظم البيئية للكوكب بالسياسات البيئية والقانون والترميم وإدارة الموارد الطبيعية. ^{[22] [239] [264] [265]}

القوائم

• مدخل "علم البيئة" بقلم ألكستيس إليوت جريفز في موسوعة ستانفورد للفلسفة
• مشروع المعرفة التعليمية للطبيعة: علم البيئة