La Paleobiología es la parte de la Paleontología y de la Biología que se ocupa del estudio de los organismos del pasado (entidades paleobiológicas) que conocemos por los fósiles (Sistemática, Anatomía Comparada, Paleofisiología, etc.), así como de las relaciones que hubiera habido entre ellos y con su entorno (Paleoecología), de la distribución espacial (Paleobiogeografía) y de las relaciones filogenéticas que los vinculan (Evolución biológica). En ocasiones se usa el término neontología, como contraposición al de paleobiología, para referirse al estudio de los organismos actuales. Junto a la Tafonomía y la Biocronología, la Paleobiología es una de las tres divisiones de la Paleontología.
Los aspectos sistemáticos y taxonómicos se estudian desde diferentes especialidades, como la Paleozoología —dividida a su vez en numerosas áreas como Paleomastozoología o Paleoteriología (mamíferos), Paleoherpetología (anfibios, reptiles y dinosaurios), Paleornitología (aves), Paleoictiología (peces), Paleoentomología (insectos y otros artrópodos), etc.—, Paleobotánica, Micropaleontología (campo multidisciplinar más relacionado con las técnicas de estudio), Paleoicnología (huellas), etc.
Los estudios paleoecológicos se sustentan en la Ecología para sus presupuestos teóricos, pero necesitan la información tafonómica y de análisis de facies para su contrastación y desarrollo.
La paleobiogeografía también se apoya en la tafonomía y en otros campos como el análisis de cuencas o la tectónica de placas.
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