Мозок тварин змінюється через зміну клімату

Зміна клімату, зумовлена ​​діяльністю людини, дедалі більше впливає на середовище життя на Землі. Підвищення температури, швидкі зміни кількості опадів і сезонності, а також підкислення океану змінюють середовище існування багатьох видів тварин. Як тварини пристосовуються до цих нових, часто екстремальних умов?

Нервова система тварин відіграє центральну роль у забезпеченні та обмеженні їхньої реакції на зміну клімату. Двома з моїх головних дослідницьких інтересів як біолога та нейробіолога є розуміння того, як тварини пристосовуються до екстремальних температур, і виявлення сил, які формують структуру та функції нервових систем тварин, особливо мозку. Перетин цих інтересів спонукав мене дослідити вплив клімату на нервову систему та те, як тварини реагуватимуть на швидку зміну середовища.

Усі основні функції нервової системи – виявлення почуттів, розумова обробка та керування поведінкою – є критично важливими. Вони дозволяють тваринам орієнтуватися в навколишньому середовищі таким чином, щоб забезпечити їхнє виживання та розмноження. Зміна клімату, ймовірно, вплине на ці функції, часто в гіршу сторону.

Зміна сенсорного середовища

Змінні температури змінюють енергетичний баланс екосистем – від рослин, які виробляють енергію від сонячного світла, до тварин, які споживають рослини та інших тварин – згодом змінюючи сенсорні світи, які відчувають тварини. Цілком ймовірно, що зміна клімату вплине на всі їхні органи чуття, від зору та смаку до нюху та дотику.

Такі тварини, як ссавці, сприймають температуру частково за допомогою спеціальних рецепторних білків у своїй нервовій системі, які реагують на спеку та холод, розрізняючи помірні та екстремальні температури. Ці рецепторні білки допомагають тваринам шукати відповідні середовища проживання та можуть відігравати вирішальну роль у тому, як тварини реагують на зміну температури.

Зміна клімату порушує екологічні сигнали, на які тварини покладаються, щоб розв’язати такі проблеми, як вибір середовища існування, пошук їжі та вибір партнера. Деякі тварини, наприклад комарі, які переносять паразитів і хвороботворних мікроорганізмів, покладаються на градієнти температури, щоб орієнтуватися в навколишньому середовищі. Температурні зміни змінюють те, де і коли комарі шукають господарів, що призводить до змін у передачі хвороб.

Те, як зміна клімату впливає на хімічні сигнали, які тварини використовують для спілкування один з одним або для шкоди конкурентам, може бути особливо складним, оскільки хімічні сполуки дуже чутливі до температури.

Раніше надійні джерела інформації, такі як сезонні зміни денного світла, можуть втратити свою корисність, коли їх роз’єднати. Це може спричинити порушення зв’язку між тривалістю дня та цвітінням і плодоношенням рослин, а також переривання поведінки тварин, як-от сплячка та міграція, коли тривалість дня більше не передбачає наявності ресурсів.

Зміна мозку та пізнання

Підвищення температури може порушити розвиток і функціонування мозку тварин, що потенційно негативно вплине на їх здатність ефективно адаптуватися до нового середовища. Дослідники задокументували, як екстремальні температури можуть змінити окремі нейрони на генетичному та структурному рівнях, а також те, як мозок організований загалом.

У морському середовищі дослідники виявили, що спричинені кліматом зміни хімічного складу води, як-от підкислення океану, можуть вплинути на загальну когнітивну продуктивність і сенсорні здібності тварин, наприклад відстеження запахів у рифових риб і акул.

Порушення поведінки

Тварини можуть реагувати на несприятливі кліматичні зміни, змінюючи місце розташування, від зміни мікросередовища, яке вони використовують, до зміни свого географічного ареалу. Активність також може зміщуватися на різні періоди дня або на нові пори року. Ці поведінкові реакції можуть мати серйозні наслідки для подразників навколишнього середовища, на які тварини будуть піддаватися.

Наприклад, риби в теплих морях перемістилися в більш прохолодні, глибокі води, які мають різко іншу інтенсивність світла та діапазон кольорів, ніж звикли їхні системи зору. Щобільше, оскільки не всі види змінюють свою поведінку однаково, види, які переміщуються до нового середовища існування, часу доби чи сезону, зіткнуться з новими, включаючи харчові рослини та хижих тварин, конкурентів і хижаків, а також патогени. Поведінкові зміни, спричинені зміною клімату, реструктурують екосистеми в усьому світі зі складними та непередбачуваними результатами.

Пластичність і еволюція

Мозок тварин надзвичайно гнучкий, розроблений відповідно до індивідуального досвіду навколишнього середовища. Вони навіть здатні суттєво змінитися в дорослому віці.

Але дослідження, що порівнюють види, виявили сильний вплив навколишнього середовища на еволюцію мозку. Нервова система тварин розвивається, щоб відповідати сенсорному середовищу простору діяльності кожного виду. Ці закономірності свідчать про те, що нові кліматичні режими з часом сформують нервові системи, змусивши їх розвиватися.

Коли генетика сильно впливає на розвиток мозку, нервові системи, які добре пристосовані до місцевого середовища, можуть втратити свою адаптивну перевагу зі зміною клімату. Це може відкрити шлях для нових адаптивних рішень. Оскільки діапазон і значення сенсорних стимулів і сезонних сигналів змінюються, природний відбір надаватиме перевагу тим, хто має нові сенсорні або когнітивні здібності.

Деякі частини нервової системи обмежені генетичними адаптаціями, а інші більш пластичні та чуйні до умов навколишнього середовища. Краще розуміння того, як нервові системи тварин адаптуються до середовища, що швидко змінюється, допоможе передбачити, як зміни клімату вплинуть на всі види.