在生物个体层面之上对过去的生态系统进行整体分析，是目前古生物学界常用的研究手段。分析的内容包括生物互作、生态位、食物网以及矿物质和营养物质的影响。粪便和足迹化石可以揭示出解剖学无法发现的运动和生活方式信息。物种之间的关系有助于我们了解影响其生活和分布的重要因素，以及促使它们演化的驱动力。沉积岩的岩相及其中沙砾的化学成分是对环境的记录——这片山体是否曾经毗邻一块曲流河的三角洲？这一带的河流是否经常改道并且蜿蜒流过一片泥潭或流入一片浅海？这片浅海是不是一片障壁潟湖？这里是一块细泥沙在清水中慢慢沉底的宁静水体，还是波浪滔天？当时的气温多高？全球的海平面多高？吹哪个方向的盛行风？有了必备的知识，这些问题都可以轻而易举地解答。
并不是所有这些生物与环境的信息在任何特定场合都适用，但有的时候，众多这类的线索组合在一起，足以让一名古生物学家构建出一幅内容丰富的生态图景，从气候到地形地貌再到生活于其中的生物都包含在内。这些过去环境的图景和今天任何一处风景都同样生动，在我们了解现今的世界时常常给予重要的启示。
如今大自然中的很多景象我们都习以为常，而这些都是较晚的时期才形成的。草本植物作为今天地球上最庞大生态系统的重要组成部分，从距今不到7000万年前的白垩纪末期才开始出现，少量存在于印度和南美的丛林中。草本植物为主的生态系统直到距今大约4000万年前才开始出现。恐龙生活的时代没有草原，而且当时的北半球完全没有草。我们在构想一处景象时必然会陷入一些先入为主的印象，这是因为我们把现代生物放入了过去的时代，或是将现代生物与生活在上百万年前的早已灭绝的生物混为一谈。最后一只梁龙和第一只霸王龙之间相隔的时间，比最后一只霸王龙和你的出生日期之间间隔的时间还要长。像梁龙这样生活在侏罗纪的生物不但没见过草，也没见过一朵花——开花植物是白垩纪中期才发展起来的。
今天，栖息地的破坏和分割缩减造成了物种多样性降低的风险，环境变化的持续作用更加剧了这一危机，使得我们清楚地意识到越来越多的生物正走向灭绝。不断有人说，我们正处在第六次生物大灭绝期间。如今我们经常听到珊瑚礁的大面积毁坏、北极冰盖消融或是印度尼西亚和亚马孙盆地森林滥伐的事件。人们较少谈论然而却也极其重要的，是湿地干涸和苔原地变暖对生态环境的影响。我们所生活的世界的面貌正在发生根本性改变。这种改变的规模和所造成的后果，往往很难被人们知晓。试想一下，像大堡礁那样巨大的一处生物栖息地，有着如此丰富的物种多样性，如果说某一天它会迅速消失，这听起来是完全不可能发生的事。但化石记录告诉我们，像大堡礁消失这样的剧变不但是可能发生的，而且在整个地球的历史上已经发生了很多次。
今天的生物礁可能基本都是珊瑚所造，但在过去，双壳软体动物、带壳体的腕足动物甚至海绵（多孔动物）都是造礁动物。软体动物所造的生物礁在上一次生物大灭绝中彻底毁坏后，珊瑚才成为如今遍布世界的造礁生物。造礁的双壳类起源于侏罗纪晚期，双壳礁取代了曾经广泛分布的海绵礁。海绵礁此前也取代了二叠纪末期大灭绝中消失的腕足礁的位置。从很长的时间尺度上来看，环大陆范围的珊瑚礁可能迟早会消失，成为历史上众多一去不复返的生态系统之一。如此一来，珊瑚礁将毁于新生代的灭绝事件中，这是人类造成的生物大灭绝。今天，珊瑚礁和其他濒危生态系统的命运悬而未决。化石记录向我们展示了曾经发展鼎盛的生物如何迅速地遭到淘汰而消失，令我们缅怀，也为我们敲响了警钟。
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