ความซับซ้อนมีการเข้าใจว่าเป็นความพยายามในคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการปะติดปะต่อชิ้นส่วนปฏิสัมพันธ์มากมายเกินความจุของหน่วยความจำซ้ำของจิตใจมนุษย์ รูปแบบทั่วโลกของความหลากหลายทางชีวภาพมีความซับซ้อน ความซับซ้อนทางชีวภาพนี้เกิดขึ้นจากอิทธิพลซึ่งกันและกันในหมู่กระบวนการทางนิเวศวิทยาที่ใช้งานและสร้างอิทธิพลต่อรูปแบบในระดับที่แตกต่างกันที่เกลี่ยเข้าหากัน เช่นพื้นที่ในช่วงการเปลี่ยนแปลงหรือ ecotones ที่กระจายภูมิทัศน์ ความซับซ้อนเกิดจากอิทธิพลซึ่งกันและกันในหมู่ระดับขององค์กรทางชีวภาพเมื่อพลังงานและสสารถูกรวมเข้าเป็นหน่วยที่ใหญ่กว่าที่ซ้อนทับลงบนชิ้นส่วนขนาดเล็กกว่า "สิ่งที่เป็นส่วนรวมทั้งหมด (อังกฤษ: wholes) ในระดับหนึ่งจะกลายเป็นหลายๆชิ้นส่วนของอีกระดับหนึ่งที่สูงกว่า"[131]:209 รูปแบบขนาดเล็กไม่จำเป็นต้องอธิบายปรากฏการณ์ของขนาดที่ใหญ่กว่า เพียงแต่แสดงเอาไว้ในสำนวน (ประกาศเกียรติคุณโดยอริสโตเติล) 'ผลรวมใหญ่กว่าชิ้นส่วน'[132][133][E]

"ความซับซ้อนในระบบนิเวศเป็นอย่างน้อยหกชนิดที่แตกต่าง: พื้นที่ ชั่วคราว โครงสร้าง กระบวนการ พฤติกรรม และรูปทรงเรขาคณิต"[134]:3 จากหลักการเหล่านี้ นักนิเวศวิทยาได้ระบุปรากฏการณ์การอุบัติ (อังกฤษ: emergence) และการจัดระเบียบตัวเอง (อังกฤษ: self-organizing) ที่ทำงานในระดับที่แตกต่างกันทางด้านสิ่งแวดล้อมของอิทธิพล ช่วงตั้งแต่ระดับโมเลกุลจนถึงระดับโลก และสิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องมีคำอธิบายที่แตกต่างกันในแต่ละระดับบูรณาการ[84][135] ความซับซ้อนของระบบนิเวศจะเกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นแบบไดนามิกของระบบนิเวศที่เปลี่ยนไปยังสภาวะนิ่งที่ขยับหลายชั้น (อังกฤษ: multiple shifting steady-states) ที่กำกับโดยความผันผวนแบบสุ่มของประวัติศาสตร์[47][136] การศึกษาระบบนิเวศระยะยาวได้ให้บันทึกการติดตามที่สำคัญที่จะเข้าใจได้ดีขึ้นในความซับซ้อนและความยืดหยุ่นของระบบนิเวศตลอดขนาดพื้นที่ชั่วคราวที่ยาวกว่าและกว้างกว่า การศึกษาเหล่านี้จะถูกจัดการโดย'เครือข่ายนิเวศวิทยาระยะยาวนานาชาติ' (LTER)[137] การทดลองที่ยาวที่สุดในการดำรงอยู่เป็น Park Grass Experiment ซึ่งเริ่มต้นในปี 1856[138] อีกตัวอย่างหนึ่งคือ'การศึกษาห้วยฮับบาร์ด'ที่ได้ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1960[139]

ความเป็นองค์รวม

ความเป็นองค์รวมยังคงเป็นส่วนสำคัญของพื้นฐานทางทฤษฎีในการศึกษาระบบนิเวศร่วมสมัย ความเป็นองค์รวมบอกถึงองค์กรทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตที่จัดการตัวเองเป็นชั้นๆของระบบอุบัติการณ์ทั้งมวลที่ทำงานตามคุณสมบัติที่ไม่สามารถลดลงได้ (อังกฤษ: nonreducible) ซึ่งหมายความว่ารูปแบบที่สูงกว่าของระบบการทำงานทั้งมวล เช่นระบบนิเวศหนึ่ง ไม่สามารถมีการคาดการณ์หรือทำความเข้าใจโดยการนำชิ้นส่วนต่างๆมารวมกันอย่างเรียบง่าย[140] "คุณสมบัติใหม่จะเกิดขึ้นเพราะส่วนประกอบค่างๆมีปฏิสัมพันธ์กัน ไม่ได้เป็นเพราะธรรมชาติพื้นฐานของส่วนประกอบเหล่านั้นถูกเปลี่ยนแปลง"[3]:8

การศึกษาระบบนิเวศมีความจำเป็นต้องเป็นแบบองค์รวมที่ตรงข้ามกับแบบ reductionistic[29][135][141] การเป็นองค์รวมมีสามความหมายหรือการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ที่ระบุด้วยระบบนิเวศ. 1) ความซับซ้อนของกลไกของระบบนิเวศ 2) รายละเอียดในทางปฏิบัติของรูปแบบในความหมายของ reductionist เชิงปริมาณที่ความสัมพันธ์กลางอาจมีการระบุแต่ไม่มีอะไรเป็นที่เข้าใจได้เกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงสาเหตุโดยปราศจากการอ้างอิงถึงระบบทั้งมวล ซึ่งนำไปสู่ 3) ลำดับชั้น metaphysics ที่ความสัมพันธ์เชิงสาเหตุของระบบขนาดที่ใหญ่กว่ามีความเข้าใจโดยปราศจากการอ้างอิงไปยังส่วนที่มีขนาดเล็กกว่า การเป็นองค์รวมทางวิทยาศาสตร์แตกต่างจากเวทมนตร์ (อังกฤษ: mysticism)ที่ได้จัดสรรคำศัพท์เดียวกัน ตัวอย่างหนึ่งของการเป็นองค์รวมแบบ metaphysics จะถูกระบุในแนวโน้มของความหนาด้านนอกที่เพิ่มขึ้นในเปลือกของสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน เหตุผลในการเพิ่มความหนาสามารถเข้าใจได้ผ่านการอ้างอิงถึงหลักการของการคัดเลือกโดยธรรมชาติผ่านการเป็นนักล่าโดยไม่จำเป็นต้องอ้างอิงหรือเข้าใจคุณสมบัติชีวโมเลกุลของเปลือกหอยภายนอก[30]