分子生态学是一个多学科交叉的整合性研究领域，综合运用进化生物学（包括但不限于分子进化、群体遗传学和生物地理学）的理论，遗传学、分子生物学和基因组学的实验方法和技术手段，统计学和数学的分析方法，计算机与信息科学的技术和算法以及其他学科（如地学、古气候学等）的知识，从种群、群落到生态系统等各个层次探讨生物多样性进化、生物地理演化、生态适应等生态学、进化生物学、行为和保护生物学等宏观生物学问题。分子生态学使宏观生物学由传统的以观察、测量和推理为主的描述性研究转变为机制性研究（解释性研究），即从研究物种和种群的遗传构成变化、表观遗传变化和历史演化背景上着手，检验、验证科学假设，揭示生态和进化的机制和规律，使得对具有普遍科学意义的生态和进化过程、机制的探索成为可能。分子生态学打破了生态学、生理学和进化生物学之间的界限，已经广泛渗透到所有与生态、种群和进化有关的宏观生物学研究领域，成为宏观生物学不可或缺的整合性研究领域以及连接和融合很多不同学科的桥梁，是宏观生物学最具活力的研究领域之一。

分子生态学研究孕育于20世纪50年代。随着脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋结构的发现，科学家知晓了产生遗传变异的分子基础和机制，并可以直接或间接地从分子结构水平对遗传变异进行检测。1966年，英国遗传学家H.哈里斯^[注]以及美国进化生物学家和遗传学家R.C.列万廷^[注]和美国遗传学学者J.L.哈比^[注]分别发现人和果蝇自然种群中存在大量遗传变异。这些发现具有里程碑意义，表明遗传变异不仅在生物中普遍存在，而且很多变异是无害的，进而为分子进化的中性理论的建立和在遗传变异水平探讨宏观生物学问题建立了理论架构和基本技术手段，标志着分子生态学的诞生。

20世纪60年代至70年代，包括限制性内切酶酶切、分子克隆、蛋白质和DNA测序技术在内的关键分子生物学技术相继出现，使得在群体水平检测遗传变异得以实现。20世纪80年代DNA聚合酶链反应（PCR）的发明和热稳定DNA聚合酶的发现，使得研究人员从此不必通过分子克隆就可以从微量样品分离和制备大量用于后续操作的目的DNA样品，并在很短时间内进行大规模样本分析，从而使分子生态学研究开始普及；同时期溯祖理论（coalescent theory）的建立为群体遗传变异分析提供了理论后盾和统计分析手段，提高了分子生态学研究的解析能力。1992年，学术刊物《分子生态学》（Molecular Ecology）创立，分子生态学成为广为实践的研究领域。

伴随着这些进展，基于最大似然法、贝叶斯方法和马尔可夫过程的分子变异和谱系关系分析算法等数据解析方法在20世纪90年代取得突破，进一步为各种层次的进化关系研究、群体历史推断和生物地理演化分析建立了可靠的分析基础，提升了分子生态学研究的揭示力和可靠性。在21世纪之始，分子标记的建立和筛选方法已经成熟，使得分子生态学研究得以在众多非模式物种中开展；而在模式生物中，海量微卫星DNA位点和海量单核苷酸多态性（SNP）位点开始用于分子生态学研究。2010年以后，分子生态学迎来了新一代测序技术的成熟和成本的大幅度降低，全基因组变异分析逐渐成为常规，分子生态学全面进入基因组时代。分子生态学作为一个交叉学科已日趋成熟，它将继续向所有与生态、种群、行为、生理和进化有关的宏观生物学研究领域全面渗透，不断取得开拓性成果。

分子生态学的研究范畴覆盖从基础的理论和方法技术研究，到格局和模式的发现和描述，到对过程和机制的探讨，再到付诸实践的行动指导等各个层次，可划分成两方面：①理论和方法研究，包括理论、核心实验技术、数据分析方法、算法和软件等方面的研究。这些方面的创新和突破常常会更新研究理念，显著提升分子生态学的解析力和揭示力。总体来看，核心分子生物学技术的突破是推动分子生态学研究不断普及的关键，理论方面的突破则是推动分子生态学研究向更深入层次推进的关键，而保障这两个关键能够有效地发挥作用的则是数据分析方法和算法技术的突破。②生态和进化机制研究，包括种群演化历史、种群分化和物种形成的机制、寄主选择、配偶选择、繁殖行为、生殖方式、精子竞争、扩散和建群、遗传谱系地理演化、遗传分化和局部适应、生态适应的遗传基础、气候变化的生态学和进化生物学后果、生物对环境变化的响应机制、遗传多样性评估、食性鉴定、觅食行为、濒危生物贸易的监测、个体和种群鉴定、外来入侵种溯源及入侵机制、遗传修饰生物的生态风险评估、有害生物防控等。这些问题构成了解析生态和进化过程及机制的重要方面，对于生物演化趋势分析、有害生物控制、生物多样性保护、生态综合治理乃至国家发展规划和布局等都具有重要意义。因此，分子生态学几乎覆盖宏观生物学的各个方面，涉及群体遗传学（包括群体基因组学）、谱系生物地理学、生态基因组学、景观遗传学、系统发生群落生态学、环境基因组学、保护生物学、行为生物学等若干交叉学科。

分子生态学在研究方法层面呈现两个典型特征，即遗传变异检测和谱系进化分析，其方法论的核心是遗传变异检测，基于进化理论和统计算法的数据分析与结果诠释、结论验证。免疫染色、电泳、限制性内切酶分析、分子克隆、聚合酶链反应、DNA和蛋白质测序、全基因组测序等相继成为分子生态学研究的关键分子生物学技术，同工酶多态性、限制性内切酶片段多态性、线粒体/叶绿体细胞器DNA多态性、细胞核DNA多态性、小卫星DNA和微卫星DNA多态性、SNP、全基因组变异等先后成为分子生态学研究的重要分子标记，谱系进化关系重建、基于分子钟假说的分歧时间推断、种群分化分析、溯祖分析、谱系演化、统计建模及计算机模拟等分子进化和群体遗传学方法是分子生态学研究的核心理论分析方法。基于群体基因组变异的分析已经成为分子生态学的一个重要实验设计理念，也是该学科在组学时代的标志性研究方法。

与生态学的很多其他分支学科不同，分子生态学涵盖庞大的研究空间，任何研究方向，无论是理论方面还是技术方面，只要能取得实质性进展，均可成为新的热点方向，并推动学科领域的发展。

一个态势是在组学时代，分子生态学研究的重点和难点将体现在复杂宏观生物学问题的系统研究方面，如生态适应的综合机制，遗传多样性与群落及生态系统稳定性的相互关联性，大时间尺度和空间尺度下生物地理演化的规律和影响因子，物种间的相互作用，家系结构以及行为特征对种群分化和物种形成的影响，生物对环境的影响等。

另一个态势是研究领域急需基于全基因组数据的数据分析理论、算法和方法，例如灵活有效快速的适应性位点检测方法、关联位点的筛选方法、种群历史重建方法、重要种群参数的估计方法等；同时也急需关于遗传变异理论、种群分化理论、表观遗传因素的进化作用等方面的基础理论突破。

再一个态势是更加关注从表型、遗传和表观遗传水平综合研究正在发生的进化和生态适应事件，深度探索生态相互作用、生态分歧、局部适应、物种形成和多样性演化机制等核心科学问题，其中在不同层次上生态和环境因子的作用机制以及表观遗传的效应和作用（如外部因子如何通过影响发育、个体差别、个体/物种间相互作用而影响生物进化、多样性演化和生态过程等）则尤被关注。

研究热点包括：①基于古DNA和古基因组分析的分子生态学研究。②生态适应的群体遗传和基因组学机制。③物种分化与发育可塑性和环境可塑性的关联。④物种濒危的群体和生态基因组学机制。⑤肠道和根系菌群的分子生态学研究。⑥行为多样性和文化进化的群体遗传学基础。