自然系统，无论是细胞、有机体、种群、群落还是生态系统都是复杂的实体，具有共同的特点，即组成多样，组成内部和之间存在动态复杂的交互作用，与其环境之间有着紧密的联系。生态系统功能也是强调多组份的关联性和互补性。生态系统某组份的缺失会造成生态系统功能性（如提供水、氧气、传粉、控害、土壤肥力等）障碍。自然系统的复杂性常常被用来解释为什么要充分了解自然系统的内部关系，并找到方法来控制自然系统是多么困难。这些复杂性来源于：1）生物实体多种多样，存在巨大的多样性以及生物体系统的内部相关性；2）这些实体之间的错综复杂的动态变化和交互关系网；3）其分布在时间和空间格局上的变化。这些都说明自然系统不是静态的，而是处于不断的演变之中。对自然系统复杂性的解释已经成为现在生物学面临的最大挑战，提高对生物复杂性的认识是人类可持续保护和管理生物多样性、控制环境污染和疾病、为人类提供充足的食物等的关键。

　　美国国家科学基金于2000年启动了环境生物复杂性研究计划，总投资7亿美元左右，其中2000年2.37亿，2001年3.2181亿，2002年0.169亿，2003年0.3586亿，2004财政年度预算为0.3986亿。因此，2000-2004年间总投入将达到6.5143亿美元。该研究计划利用交叉学科的最新科技，研究生物学、社会学和物理地学系统之间的相互作用，涉及到各生物系统内部及这些系统与物理环境动态相互作用产生的所有现象。从微生物到人类的全部有机体，从冰封的极地、火山口到温带的森林、耕地以及城市中心的社区和工业区的所有环境类型都是环境生物复杂性计划的研究对象。该计划将增加人类对从全球气候变化到新技术开发等不同领域的认识。获得的新知识将使人们更好的理解生物在生物地理化学循环包括全球碳、氮和水循环中的作用，以及人类对自然过程、环境对人类行为的影响。该计划将有助于开发新理论、新方法和新计算策略以建立复杂系统模型。该计划也将帮助科学家开发遗传学、纳米和分子水平的方法来探索环境中的复杂过程，并增加对遗传信息和生态系统功能相关性的理解。环境生物复杂性计划也将运用生物学和生物多样性设计策略来发现新材料、新传感器、新工艺过程及其他技术。
　　我国的生态系统退化严重，导致生态系统服务功能严重降低，外来入侵种日益严重地威胁到我国的生态系统和经济发展，SARS和禽流感等疾病更加频繁地爆发，已经严重阻碍着我国的经济发展和人民健康和生活质量的进一步提高。要解决生物多样性维持、可持续发展、全球气候变化、外来物种入侵、疾病爆发和城市化的影响等问题，必须要以了解它们的复杂性为前提。但是目前我国不仅在生物复杂性和生态系统功能方面研究极为缺乏，而且我国管理工作者还没有意识到生态方面的复杂性远远超过了我们目前的理解范围，对生态退化的原因，生态系统功能的基础及其和人类活动关系缺乏了解，因此在实施管理手段时未免过于简单和武断，缺乏对生态学原则的充分尊重，不能适应生物复杂性的要求，因而导致管理真空甚至误区。例如退耕还林过程中推行极为简单的单一物种（或简单几种）种植方式，并不利于生态的恢复。同时没有意识到结合生物复杂性的管理手段可能给经济发展带来的收益。例如运用符合生物复杂性的生态农业技术手段，摈弃过去简单的头痛医头，脚痛医脚的方法（有虫就用杀虫剂，缺肥就施用化肥等方法），将有效提高生产水平并减少污染。因此我国急需要积极从多个学科入手，联手开展生物复杂性方面的研究，并将这些概念引入到国家相关部门的管理之中。
　　中美生物复杂性合作项目计划对中国来说更有极为重要的意义。美国在生态学研究方面一直处于世界前列，已经开展了近百年的生态学的研究，为生物复杂性和生态系统功能的研究提供了坚实的基础，近年来开展的环境生物复杂性计划也使美国处于生物复杂性研究的前列。而我国由于战乱、文革等问题，生态学的研究只是近十年才真正开始。美国在这方面有着我们必须学习和汲取经验的内容。例如美国已经建立起了一个野生动物疾病监测体系，大部分的野生动物疾病都能从网络上获得最新的信息。美国在外来入侵种的控制方面已经建立了比较有效的国家控制策略体系。例外正在建立和完善建立国家生态系统监测网（NEON）等。因此，这样的双方合作，可以极大地提高我国在这方面的研究起点和研究水平，同时将能够更有效使这些研究和信息融入到我国的国家政策制定中，使研究结果更加有效地影响国家的政策。
　　国家基金委、中国科学院与美国基金会经多次磋商，于2002年启动了中美双方就“生物复杂性与生态系统功能（Ecological complexity and ecosystem function）”的合作计划。第一阶段，国家基金委生命科学部生态与林学学科组于振良主任、中国科学院动物研究所张知彬研究员、北京师范大学生命科学院葛剑平教授一行三人于2002年12月2～12日对美国进行了工作和学术访问。这次访美的主要收获是了解到美国基金会新的发展方向是支持那些在其他现有基金会或组织中很难得到支持的研究方向，特别是支持多学科交叉的前沿领域的研究。在生态学研究领域，生态复杂性与生态系统服务功能被确定为美国基金会生态与环境学科的优先资助方向。
　　代表“中美生态复杂性与生态系统功能计划”进入第二阶段的标志是中国科学院、国家基金委和美国基金会于2004年1月14日在北京中国科学院动物研究所举办了"中美生态复杂性与生态系统服务功能学术交流"视频会议。会议安排了8位中美两国的生态学家作学术报告。该阶段的重要活动是美方15位科学家和2位项目官员于2004年5月22日至6月6日访华，与中方生态学家交流，并实地考察若干生态研究基地和单位。此次访华期间将在北京举行为期2天的"中美生态复杂性与生态系统功能学术研讨会"，12美国和10位中国科学家作关于生态复杂性的概念和理论；异常物种干扰（入侵种和爆发性疾病及其影响）；人类和自然的关系（经济、自然资源和人类决策制定），以及保护生物学新进展（生物多样性和生态系统概念的相互融合）等方面的报告。
　　通过中美生态复杂性与生态系统功能合作研究计划的这些活动，希望在生态复杂性和生态系统服务方面，建立良好的中美青年科学家之间信息交流、互相学习、共同研究、共享信息的机制，确定一系列中美科学家们共同关心的涉及生态复杂性和生态系统服务的问题，共同促进生物复杂性理论和实践的发展。