La struttura e le condizioni di un ecosistema non sono identiche in ogni sua parte: alla periferia ci sono zone di contatto e di passaggio con ecosistemi vicini e in esse le condizioni sono meno uniformi. L’ecosistema può essere suddiviso in zone concentriche, man mano più uniformi venendo dalla periferia. Le aree di contatto fra due ecosistemi, le quali condividono le proprietà dell’uno e dell’altro e dipendono dall’uno e dall’altro, sono chiamate ecotone.

Oltre a questo differenziamento orizzontale si può considerare una stratificazione, in senso verticale. Così in mare le può abiotiche e le specie viventi sono diverse a seconda che si consideri lo strato superficiale, in cui arriva la luce e vivono i vegetali, lo strato sottostante buio e le grandi profondità dove regna il buio, la temperatura è costante e la pressione altissima. In un bosco si riconoscono: il suolo, lo strato di foglie morte, l’erba, i cespugli, gli alberi. Nell’ambito di un ecosistema ci sono piccole comunità a sé, non indipendenti, transitorie e prive di influenza sul mondo circostante: tali sono per esempio, un mucchio di escrementi o un tronco marcescente. Un ecosistema è caratterizzato da una sua individualità e autonomia (benché questa non sia assoluta). Ha un proprio metabolismo, con una fase anabolica e una catabolica. La prima è sostenuta dagli organismi autotrofi: le piante capaci di fotosintesi e i batteri chemiosintetici. Essi sintetizzano tutta la sostanza organica e immagazzinano tutta l’energia della comunità. Tutti gli altri organismi usano e consumano le sostanze organiche costruite dai primi. Gli animali erbivori si nutrono delle piante, i carnivori di primo ordine mangiano gli erbivori, i carnivori di secondo ordine si nutrono dei carnivori di primo ordine e così via. Alla fine di questa catena ci sono gli organismi (soprattutto batteri) che disgregano la sostanza organica liberando sostanze inorganiche, che potranno poi essere assorbite e usate dagli autotrofi. L’ultimo anello si ricollega, quindi, con il primo: la materia (l’ossigeno, l’idrogeno, il carbonio, l’azoto, ecc.) compie un ciclo nel mondo vivente passando da un individuo all’altro fino a ritornare nel mondo inorganico. In una comunità esistono numerosissime catene alimentari connesse fra loro, tanto che si parla di «membrana alimentare».

Mentre la materia «circola», l’energia necessaria per mantenere il sistema proviene dall’esterno. La fornisce il sole, in modo costante e in quantità enorme: fissata e trasformata in energia chimica dalle piante con la fotosintesi, anche l’energia passa da un organismo all’altro, ma in ogni passaggio una parte si disperde. La vita è mantenuta dall’apporto continuo di energia solare che «fluisce» attraverso gli organismi, si trasforma e si disperde. In una comunità è possibile fare un calcolo del numero di individui appartenenti ad ogni livello alimentare (produttori, consumatori di primo ordine, di secondo ordine, ecc.) e anche della loro massa complessiva. Si osserva come i produttori siano in numero molto maggiore e abbiano nell’insieme una massa molto maggiore dei consumatori di primo ordine e questi siano più numerosi (con una massa maggiore) dei consumatori di secondo ordine. I valori si dispongono secondo una piramide, che riduce la sua sezione molto rapidamente: la piramide dei numeri, o delle biomasse (masse complessive degli organismi). La massa, cioè, delle alghe microscopiche è molto maggiore della massa degli animali erbivori e questa è maggiore della massa dei piccoli carnivori e questa ancora maggiore della massa dei grossi carnivori. Ciò si spiega con la molto maggiore attività del metabolismo degli individui di piccole dimensioni. Le alghe microscopiche possono raddoppiare la propria massa in poche ore, mentre un pesce, per fare ciò, impiega un tempo tanto più lungo quanto maggiore è il suo peso. Ci sono ecosistemi che hanno raggiunto un equilibrio e mantengono costanti le proprie caratteristiche per lunghi periodi di tempo: le specie, e il numero di individui, viventi in quel determinato clima e sul quel terreno, creano le condizioni adatte alla vita delle altre specie e nello stesso tempo ne limitano una moltiplicazione eccessiva.

Lo stadio di equilibrio è detto climax. In esso la comunità non è statica: ci sono oscillazioni nel numero di individui, variazioni nell’attività delle singole popolazioni e della comunità stessa; ma i cambiamenti non si allontanano mai dai valori medi. Il climax è una condizione stabile che viene rag-giunta col tempo attraverso una successione di stadi transitori chiamati stadi serali o seri. La successione può essere studiata per esempio in un lago appena formato per la costruzione di una diga o su una colata lavica su cui incomincia la colonizzazione o in una zona della foresta distrutta dal fuoco o in un campo abbandonato o confrontando zone che si trovano in 44 stadi successivi dell’evoluzione geologica. La durata di ogni sere è molto diversa a seconda dei casi e dell’ampiezza della regione studiata. In un tempo abbastanza lungo, di secoli, si osserva una convergenza nell’evoluzione delle piccole comunità e dei piccoli sistemi verso un unico grande sistema comprendente una regione. Sulla Terra si riconoscono alcune grandi formazioni ecologiche, che si estendono su vaste regioni caratterizzate da un clima particolare e comprendono comunità minori.

Sono, per esempio, la foresta equatoriale, la foresta decidua, il deserto, la prateria, la steppa, la tundra, ecc. L’ecologia ha una grande importanza pratica. Anche l’uomo fa parte delle comunità biotiche ed è estremamente attivo nel modificare l’ambiente naturale, tanto da distruggerne l’equilibrio. Alcuni fenomeni a cui assistiamo sono dovuti proprio all’azione violenta e non consapevole dell’uomo: la scomparsa di intere popolazioni animali e vegetali; la scomparsa del manto boschivo e la conseguente erosione e impoverimento del suolo; la diffusione di malattie parassitarie delle piante e degli animali. Lo studio dell’ecologia fornisce la spiegazione di tali fatti e suggerimenti di enorme utilità per l’agricoltura, lo sfruttamento delle risorse naturali, la medicina: permette di trarre il massimo vantaggio dal mondo naturale senza turbarne l’equilibrio fino a renderlo sterile, ma mantenendone costante la produttività.