由人类活动驱动的气候变化正日益重塑着地球的生存环境。气温上升、降雨量和季节性的快速变化以及海洋酸化正在改变许多动物物种的生存环境。动物如何适应这些新的且常常是极端的条件呢？动物的神经系统在促进和限制它们应对气候变化的能力上发挥了核心作用。作为一名生物学家和神经科学家，我的两个主要研究兴趣包括了解动物如何适应极端温度，以及确定塑造动物神经系统（尤其是大脑）结构和功能的因素。
这些研究兴趣之间的交集促使我开始探索气候对神经系统的影响，以及动物应对环境快速变化的可能方式。
神经系统的所有主要功能——知觉检测、思维处理和行为指导都至关重要。它们指引着动物按照有利于生存和繁衍的方式在环境中航行。气候变化可能会影响这些功能，而且往往使其变得更糟。感官世界的改变从依靠光合作用产生能量的植物到以动植物为食的动物，气温的变化改变了生态系统的能量平衡，从而改变了动物的感官世界。气候变化很可能会挑战它们所有的感官，包括视觉、味觉、嗅觉和触觉。
像哺乳动物这样的动物能够感知温度，部分是因为它们的神经系统中特有的受体蛋白可以对冷热做出反应，区分出适宜和极端的温度。这些受体蛋白帮助动物寻找合适的栖息地，并在动物应对温度变化方面发挥着关键作用。动物需要解决许多生存问题，例如选择栖息地、寻找食物和选择配偶，而气候变化扰乱了它们解决这些问题时所依赖的环境线索。一些动物，例如传播寄生虫和病原体的蚊子，依靠温度梯度来适应环境。
气温变化正在改变蚊子寻找宿主的地点和时间，导致疾病传播发生变化。
动物通过化学信号来相互交流或伤害敌人，而气候变化对化学信号影响的机制可能特别复杂，因为这些化合物对温度是高度敏感的。以前可靠的信息来源，如阳光的季节变化，会因变得不再可靠而失去效用。这可能导致日照时长与植物开花结果之间不再相关，当日照时长不再能用于预测环境中资源的丰富程度，动物诸如冬眠和迁移的行为也会受到干扰。
气温上升可能会扰乱动物大脑的发育和功能，这可能对它们有效适应新环境的能力产生负面影响。研究人员记录了极端温度在基因和结构层面对单个神经元的改变，以及改变了大脑作为一个整体的组织方式。研究人员发现，在海洋环境中，气候变化会引起水的化学变化。例如，海洋酸化会影响动物的一般认知表现和感知能力，如礁鱼和鲨鱼对气味的追踪。
动物可能通过多种方式改变栖息地来应对气候灾难，例如改变栖息地的微环境，或是改变地理位置。动物活动也会换到一天中的不同时段或换个季节，这些行为反应可能对动物面临的环境刺激产生重大影响。例如，在变暖的海洋中，鱼类已经转移到更冷、更深的水域，那里的光强度和颜色范围与它们视觉系统所习惯的大不相同。
此外，由于不是所有的物种都会像这样改变自己的行为，那些迁移到新栖息地或更换时节的物种会面临新的挑战，包括食用植物和猎物、竞争对手和捕食者以及病原体。
气候变化导致的动物行为转变将重构全球生态系统，带来复杂且不可预测的后果。动物的大脑非常灵活，能够适应不同的环境体验。它们甚至能在成年后有很大的改变。但是，通过比较不同的物种，研究发现，环境对大脑的演化有很强的影响。动物的神经系统通过演化来适应每个物种活动空间的感知环境。这些模式表明，新的气候状况将最终迫使神经系统自我演化而重塑。
遗传学对大脑发育有很大影响，这些神经系统原本对当地环境适应良好，可能会随着气候变化而失去适应优势，这可能为新的适应性解决方案铺平道路。随着感官刺激和季节线索的范围和重要性发生变化，自然选择将有利于那些具有新的感知或认知能力的生物。部分神经系统会受限于遗传适应性，而另一些则在面对环境条件时更具可塑性和灵敏度。通过深入了解动物神经系统如何适应快速变化的环境，将有助于我们预测气候变化对所有物种的影响。