Los ecosistemas no permanecen inalterables a lo largo del tiempo. Algunos cambios son recurrentes (p.e. cambios estacionales). Pero hay cambios que tienen que ver con procesos de autoorganización de los ecosistemas. Estos cambios implican la sustitución de especies y la modificación de las condiciones del medio; son cambios direccionales. A este proceso de cambio no recurrente se le denomina sucesión ecológica. A la comunidad perdurable, en la que se minimizan los cambios específicos y ambientales, se denomina comunidad climax.
Existen diferentes tipos de sucesión. Será sucesión primaria si el espacio (o volumen de agua) no ha sido previamente colonizado por organismos. Se produce en periodos de tiempo prolongados (p.e., la colonización por la vegetación de coladas de lava)
En aquellos casos en los que han existido organismos que han modificado las condiciones ambientales del territorio y pueden existir propágulos provenientes de una fase anterior, sería una sucesión secundaria .
Se considera una sucesión autogénica si depende de organismos que viven en el entorno del territorio y de su capacidad para modificar el medio. Las sucesión alogénica tiene lugar si la fuente de propágulos no se localiza en el entorno del territorio.
Se han descrito diferentes mecanismos de producción de una sucesión: facilitación , tolerancia e inhibición. Se diferencian los primeros por necesitar los organismos de fases posteriores que el territorio haya sido colonizado y modificado por especies de fases iniciales (facilitación), o que exista una sustitución secuencial, pero no la necesidad de una colonización previa (facilitación). La inhibición implica la presencia de alguna especie que inhiba la capacidad de germinación o desarrollo de las especies posteriores de la sucesión
Se han postulado dos posibilidades para la producción de la sucesión. La primera implica una sustitución de los individuos de diferentes especies. Las especies con ciclos de vida mas largos y mejores competitivamente hablando sustituirán con mayor probabilidad a individuos de especies pioneras. Se podría establecer el resultado de la sucesión mediante la construcción de matrices de transferencia.
Las visiones mas holistas inciden en características termodinámicas de los ecosistemas. Se produciría la sucesión al aparecer soluciones (comunidades) que minimizan el coste energético del ecosistema (disminuye su P/ B).
Los cambios en la sucesión implican la sustitución de especies, que tienen características diferentes. Las tasas de colonización y extinción de especies iniciales (oportunistas) cambian de forma rápida (según se incrementa el número de especies en el ecosistema), mientras que las de las especies tardías (competitivas) se modifican a una velocidad mucho menor
A medida que nos separamos del ecuador, los ecosistemas están sometidos a la estacionalidad del clima. De una estación a otra varían las horas de sol, la temperatura, las precipitaciones, el viento, las corrientes... Los organismos que habitan los ecosistemas han de hacer frente a estos cambios.
Uno de los factores que varían de una estación a otra e la producción primaria, que depende de la disponibilidad de nutrientes, de la humedad y de las horas de luz. Los consumidores han de adaptar su ciclo vital al de los productores, y acumular energía en las épocas de abundancia, a fin de sobrevivir en las de escasez.
Las estaciones son cada uno de los periodos de tiempo en que se divide el año, con una duración mayor que los meses, caracterizados por el comportamiento típico de alguna variable meteorológica (temperatura, precipitación, vientos, etc). Se presentan de manera cíclica e invertida entre un hemisferio y otro. La sucesión de las estaciones es causada por características astronómicas del planeta. Existe una idea equivocada muy extendida según la cual las estaciones se deberían a la forma elíptica de la órbita y que, en su movimiento de traslación, aleja y acerca el planeta al Sol.2 La verdadera causa de las estaciones se encuentra en la combinación del movimiento de traslación con la inclinación del eje de giro prácticamente constante a lo largo de un año. De esta manera, cualquier planeta (o incluso satélites) con inclinación axial distinta de cero tiene estaciones.
En la Tierra, distintas culturas en distintas épocas y ubicaciones geográficas, han realizado sus propias divisiones del año en estaciones, considerando distintas características astronómicas, meteorológicas y fenológicas y diversas fechas límites entre ellas. En las zonas templadas las estaciones se diferencian por el comportamiento de la altura máxima diaria del Sol sobre el horizonte, la duración de los días y las noches, la insolación diaria y la temperatura atmosférica media diaria. En la zona intertropical estos cambios son poco apreciables. Por lo que, en muchas zonas tropicales, las estaciones se definen por las precipitaciones que determinan dos estaciones: la estación seca y la estación lluviosa, relacionadas con la posición de la zona de convergencia intertropical y el cinturón de lluvias tropicales que permanece el hemisferio norte de abril a septiembre y pasa al hemisferio sur de octubre a marzo.
Otoño
La duración del día se acorta.
Las plantas dan frutos y detienen su desarrollo.
Los animales se dedican a acumular reservas alimenticias para el invierno o emigran.
Invierno
La actividad de los seres Vivos queda reducida al mínimo.
Muchos animales y semillas hibernan en espera de la primavera.
Verano
Es la época de plenitud.
Los seres vivos se dedican fundamentalmente a alimentarse y, mediante la reproducción y cría de la prole, aseguran el futuro de la especie.
Primavera
Comienza el período de máxima actividad en los ecosistemas.
Todos los seres vivos intentan aprovechar las condiciones favorables de la nueva estación para lograr su pleno desarrollo.
Cada estación en las zonas templadas del planeta tiene las siguientes características.
Otoño
El otoño se caracteriza por temperaturas que van descendiendo gradualmente y un sol de mediodía que aparece bajo en el cielo. Los días de van haciendo más cortos, los animales migran hacia el sur o se preparan para el sueño del invierno. A algunos animales les crece piel o plumas para calentar sus cuerpos, otros cambian de color para confundirse con la nieve que se avecina. Para muchas criaturas esta es temporada de apareamiento. Las hojas de los árboles de hoja caduca cambian de color y toman un aspecto apagado. En el Ártico, el sol ya no se eleva por encima del horizonte y durante los siguientes seis meses, el Ártico estará en tinieblas.
Invierno
El hemisferio norte tiene una inclinación más alejada del sol y se experimenta la estación más fría, el invierno. Esta es la temporada de temperaturas bajas o heladas, las nevadas, el viento fuerte y el hielo. Muchos animales hibernan o duermen para ahorrar energía, lo cual los ayuda a sobrevivir, ya que necesitan energía para mantener el calor y en el invierno escasean los alimentos. Después del 21 de diciembre, el sol ya empieza a subir más alto en el cielo cada día y los días se van volviendo más largos lentamente.
Primavera
La primavera se caracteriza por días más largos y el sol alto en el cielo. El hemisferio norte está inclinado hacia el sol, con el ecuador recibiendo la luz directa del sol al mediodía. A medida que los días se hacen más largos, las temperaturas aumentan y las plantas comienzan a florecer, para dar inicio a un nuevo ciclo de vida. La migración de los animales se mueve hacia el norte y aquellos que pasaron el invierno en el norte comienzan a deshacerse de sus abrigos invernales. Los pájaros construyen sus nidos, encuentran parejas y comienzan las temporadas de cría. Muchos mamíferos dan a luz a sus crías y eclosionan los huevos de insectos.
Verano
El verano es la temporada más cálida en el hemisferio norte. Las plantas crecen y proporcionan alimento para los animales herbívoros, quienes aumentan rápidamente de peso y proporcionan alimento para los carnívoros. Los mamíferos y las aves comienzan a criar a sus pequeños, los insectos experimentan su ciclo de vida y ponen sus huevos. El verano es la estación que todos los animales, incluidos los humanos, aprovechan para comer alimentos frescos.
El cambio en la duración de los días durante todo el año es el resultado de la inclinación de la Tierra, 23,5 ° sobre su eje. Si la Tierra estuviera derecha de arriba abajo, entonces tendríamos 12 horas de luz y 12 horas de noche durante todo el año y en todas partes en la Tierra.
Sol de medianoche.
El caso más extremo de cambio estacional se da cerca de los polos; en invierno es noche perpetuamente, mientras que en verano el Sol no se oculta, lo que origina el fenómeno denominado Sol de medianoche.