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Die Ökologie untersucht die Wechselwirkungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt, wobei das Zusammenspiel von abiotischen Faktoren, biotischen Beziehungen und Energieflüssen die Stabilität von Ökosystemen bestimmt.
Die Ökologie ist die Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt. Man kann sie sich als die Lehre vom 'Haushalt der Natur' vorstellen, in dem jedes Element eine spezifische Funktion erfüllt. Ein zentrales Konzept ist das Ökosystem, welches aus zwei untrennbaren Komponenten besteht: dem Biotop (dem unbelebten Lebensraum) und der Biozönose (der Lebensgemeinschaft aller Organismen in diesem Raum).
Abiotische Faktoren sind Einflüsse der unbelebten Umwelt, wie Licht, Temperatur, Wasserverfügbarkeit oder der pH-Wert des Bodens. Jeder Organismus besitzt bezüglich dieser Faktoren einen spezifischen Toleranzbereich. Innerhalb dieses Bereichs liegt das Optimum, bei dem die Lebensvorgänge am besten ablaufen. Erreicht ein Faktor die Grenzbereiche (Pessimum), kann das Individuum zwar überleben, sich aber nicht mehr erfolgreich fortpflanzen.
Biotische Faktoren hingegen gehen von anderen Lebewesen aus. Hierzu zählen die Konkurrenz um Ressourcen, Räuber-Beute-Beziehungen sowie engere Verflechtungen wie die Symbiose (eine Beziehung mit gegenseitigem Nutzen) und der Parasitismus (ein Partner profitiert auf Kosten des anderen). Diese Interaktionen regulieren die Dichte von Populationen und fördern die biologische Vielfalt.
Die ökologische Nische ist oft ein missverstandener Begriff. Sie ist kein physischer Ort, sondern beschreibt die Gesamtheit aller Ansprüche, die eine Art an ihre Umwelt stellt (biotisch und abiotisch). Eine hilfreiche Analogie ist der Vergleich mit einem 'Beruf' oder einer 'Rolle' im Ökosystem, während das Habitat lediglich die 'Adresse' (der Wohnort) der Art darstellt.
Eine Population umfasst alle Individuen einer Art, die in einem zusammenhängenden Gebiet leben und sich untereinander fortpflanzen können. Die Dynamik einer Population wird durch Geburten- und Sterberaten sowie durch die Tragfähigkeit des Lebensraums begrenzt. Wenn zwei Arten die exakt gleiche ökologische Nische besetzen wollen, tritt das Konkurrenzausschlussprinzip in Kraft: Die konkurrenzstärkere Art verdrängt die schwächere.
Der Energiefluss in einem Ökosystem ist eine Einbahnstraße. Er beginnt bei den Produzenten (meist Pflanzen), die durch Photosynthese Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. Über verschiedene Stufen von Konsumenten (Pflanzen- und Fleischfresser) wird diese Energie weitergegeben. Dabei gehen auf jeder Stufe etwa 90 % der Energie als Wärme verloren (10-Prozent-Regel), weshalb Nahrungsketten meist auf vier bis fünf Glieder begrenzt sind.
Im Gegensatz zur Energie bewegen sich chemische Elemente in einem Stoffkreislauf. Destruenten (Zersetzer wie Bakterien und Pilze) spielen hierbei eine Schlüsselrolle: Sie bauen totes organisches Material ab und wandeln es wieder in anorganische Nährstoffe um. Diese stehen den Produzenten erneut zur Verfügung, wodurch der Kreislauf geschlossen wird und das System nachhaltig funktioniert.
