Aunque gran parte de Australia es desértica o semiárida, existe en ella una gran diversidad de hábitats, desde brezales alpinos a selvas lluviosas tropicales. Debido a la gran edad del continente, la poca fertilidad de sus suelos, sus diferentes climas extremadamente variables y su prolongado aislamiento del resto de los continentes, la biota australina es única y diversa. Alrededor del 85% de las plantas con flor, el 84% de los mamíferos, más del 45% de las aves, y el 90% de los peces de zonas costeras templadas son endémicos.
Muchas de las ecorregiones de Australia y de las especies autóctonas que viven en ellas están amenazadas por las actividades humanas y por la introducción de especies exóticas. El Acta de Protección del Ambiente y Conservación de la Biodiversidad de 1999 es un marco legal utilizado para la protección de las especies amenazadas. Numerosas áreas protegidas han sido creadas por el Plan de Acción de la Biodiversidad para proteger y conservar los ecosistemas únicos del continente; 64 humedales están registrados bajo el Convenio de Ramsar y existen además 16 sitios declarados Patrimonio Mundial de la Humanidad. Australia ocupa el puesto número 13 en el mundo en el Índice de Sustentabilidad Ambiental de 2005.
La mayor parte de las plantas leñosas australianas son perennifolias y están adaptadas al fuego y la sequía, incluyendo muchas especies de eucalyptus y acacias. Existe una muy rica variedad de especies endémicas de legumbres que prosperan aún en suelos pobres en nutrientes gracias a su simbiosis con la bacteria Rhizobia y hongos que hacen posible la micorriza. Las especies animales autóctonas conocidas incluyen los monotremas (el ornitorrinco y los equidnas); marsupiales, incluyendo los canguros, el koala y los wombats; y aves como el emú y las cucaburras. El dingo fue introducido por los asiáticos que comerciaban con los aborígenes australianos hacia el 4000 a.C. Muchas especies animales y vegetales se extinguieron después del asentamiento humano, incluyendo la megafauna australiana; otras se han ido extinguiendo desde el asentamiento europeo, como por ejemplo el tilacino.
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