Variation in heat tolerance among populations can determine whether a species is able to cope with ongoing climate change. Such variation may be especially important for ectotherms whose body temperatures, and consequently, physiological processes, are regulated by external conditions. Additionally, differences in body size are often associated with latitudinal clines, thought to be driven by climate gradients. While studies have begun to explore variation in body size and heat tolerance within species, our understanding of these patterns across large spatial scales, particularly regarding the roles of plasticity and genetic differences, remains incomplete. Here, we examine body size, as measured by wing length, and thermal tolerance, as measured by the time to immobilization at high temperatures ("thermal knockdown"), in populations of the mosquito Aedes sierrensis collected from across a large latitudinal climate gradient spanning 1300 km (34-44 N). We find that mosquitoes collected from lower latitudes and warmer climates were more tolerant of high temperatures than those collected from higher latitudes and colder climates. Moreover, body size increased with latitude and decreased with temperature, a pattern consistent with James' rule, which appears to be a result of plasticity rather than genetic variation. Our results suggest that warmer environments produce smaller and more thermally tolerant populations.

Abstract Variation in heat tolerance among populations can determine whether a species is able to cope with ongoing climate change. Such variation may be especially important for ectotherms whose body temperatures, and consequently, physiological processes, are regulated by external conditions. Additionally, differences in body size are often associated with latitudinal clines, thought to be driven by climate gradients. While studies have begun to explore variation in body size and heat tolerance within species, our understanding of these patterns across large spatial scales, particularly regarding the roles of plasticity and genetic differences, remains incomplete. Here, we examine body size, as measured by wing length, and thermal tolerance, as measured by the time to immobilisation at high temperatures (“thermal knockdown”), in populations of the mosquito Aedes sierrensis collected from across a large latitudinal climate gradient spanning 1300 km (34–44° N). We find that mosquitoes collected from lower latitudes and warmer climates were more tolerant of high temperatures than those collected from higher latitudes and colder climates. Moreover, body size increased with latitude and decreased with temperature, a pattern consistent with James' rule, which appears to be a result of plasticity rather than genetic variation. Our results suggest that warmer environments produce smaller and more thermally tolerant populations.

Abstract While climate warming is expected to substantially impact the global landscape of mosquito-borne disease, impacts will vary across disease systems and regions. Understanding which diseases, and where within their distributions, these impacts are most likely to occur is critical for preparing public health interventions. While research has centered on potential warming-driven expansions in vector transmission, less is known about the potential for vectors to experience warming-driven stress or even local extirpations. In conservation biology, species risk from climate warming is often quantified through vulnerability indices such as thermal safety margins – the difference between an organism’s upper thermal limit and its habitat temperature. Here, we estimated thermal safety margins for 12 major mosquito species (including Aedes aegypti and Anopheles gambiae ) that are the major vectors of malaria, dengue, chikungunya, Zika, West Nile and other major arboviruses, across their known ranges to investigate which mosquitoes and regions are most and least vulnerable to climate warming. We find that most mosquito vector species have large positive thermal safety margins across the majority of their range, when realistic assumptions of mosquito behavioral thermoregulation are incorporated. For species with distributions spanning both hemispheres, we find the lowest climate vulnerability, in terms of both the magnitude and duration of thermal safety, just south of the equator, as well as at their northern temperate range edges, and the highest climate vulnerability in the subtropics. Underlying these broad scale patterns, we find clear biogeographical differences in vector thermal safety with regions such as the Middle East, India, northwestern Africa, southeastern Australia, and the southwestern U.S., and desert and xeric shrubland biomes having the highest climate vulnerability across vector species.

Parasites play key roles in regulating aquatic ecosystems, yet the impact of climate warming on their ecology and disease transmission remains poorly understood. Isolating the effect of warming is challenging as transmission involves multiple interacting species and potential intraspecific variation in temperature responses of one or more of these species. Here, we leverage a wide-ranging mosquito species and its facultative parasite as a model system to investigate the impact of temperature on host-parasite interactions and disease transmission. We conducted a common garden experiment measuring parasite growth and infection rates at seven temperatures using 12 field-collected parasite populations and a single mosquito population. We find that both free-living growth rates and infection rates varied with temperature, which were highest at 18-24.5°C and 13°C, respectively. Further, we find intraspecific variation in peak performance temperature reflecting patterns of local thermal adaptation-parasite populations from warmer source environments typically had higher thermal optima for free-living growth rates. For infection rates, we found a significant interaction between parasite population and nonlinear effects of temperature. These findings underscore the need to consider both host and parasite thermal responses, as well as intraspecific variation in thermal responses, when predicting the impacts of climate change on disease in aquatic ecosystems.

Abstract Land use change is an important driver of both biodiversity loss and zoonotic disease transmission in tropical countryside landscapes. Developing solutions for protecting biodiversity, public health, and livelihoods in working landscapes requires understanding the spatial scales at which habitat characteristics such as land cover shape biodiversity, especially for arthropods that transmit pathogens. A growing body of evidence shows that species richness for many taxa correlates with tree cover at small spatial scales of <100 m, indicating that local tree cover management is a promising conservation tool. To investigate whether mosquito species richness, community composition, and presence of specific disease vector species respond to tree cover— and if so, whether at spatial scales similar to other taxa—we surveyed mosquito communities along a tree cover gradient and across agricultural, residential, and forested land uses in rural southern Costa Rica. We found that tree cover was both positively correlated with mosquito species richness and negatively correlated with the presence of the common invasive dengue vector Aedes albopictus , particularly at small spatial scales of 80 – 200m. Beyond tree cover, land use type predicted community composition and Ae. albopictus presence, but not species richness. The results suggest that preservation and expansion of tree cover at local scales can protect biodiversity for a wide range of taxa and also confer protection against disease vector occurrence.

The role of infectious disease in regulating host populations is increasingly recognized, but how environmental conditions affect pathogen communities and infection levels remains poorly understood. Over three years, we compared foliar disease burden, fungal pathogen community composition, and plant tissue chemistry in the perennial bunchgrass Stipa pulchra occurring in adjacent serpentine and nonserpentine grassland habitats with distinct soil types and plant communities. We found that serpentine and nonserpentine S. pulchra experienced consistent, low disease pressure associated with distinct fungal pathogen communities with high interannual species turnover, and that plant chemistry differed with habitat type. The results indicate that this species experiences minimal foliar disease associated with diverse fungal pathogen communities that are structured across landscapes by spatially and temporally variable conditions. Highly variable conditions associated with fungal species turnover may create a refuge from disease outbreaks for S. pulchra , contributing to the low disease burden observed on this and other Mediterranean grassland species.

ABSTRACT Climate warming is expected to substantially impact the global landscape of mosquito‐borne disease, but these impacts will vary across disease systems and regions. Understanding which diseases, and where within their distributions, these impacts are most likely to occur is critical for preparing public health interventions. While research has centered on potential warming‐driven expansions in vector transmission, less is known about the potential for vectors to experience warming‐driven stress or even local extirpations. In conservation biology, species risk from climate warming is often quantified through vulnerability indices such as thermal safety margins—the difference between an organism's upper thermal limit and its habitat temperature. Here, we estimated thermal safety margins for 8 mosquito species that are the vectors of malaria, dengue, chikungunya, Zika, West Nile and other major arboviruses, across their known ranges to investigate which mosquitoes and regions are most and least vulnerable to climate warming. We find that several of the most medically important mosquito vector species, including Ae. aegypti and An. gambiae , have positive thermal safety margins across the majority of their ranges when realistic assumptions of mosquito behavioral thermoregulation are incorporated. On average, the lowest climate vulnerability, in terms of both the magnitude and duration of thermal safety, was just south of the equator and at northern temperate range edges, and the highest climate vulnerability was in the subtropics. Mosquitoes living in regions including the Middle East, the western Sahara, and southeastern Australia, which are largely comprised of desert and xeric shrubland biomes, have the highest climate vulnerability across vector species.

Abstract Whether mosquitoes can adapt apace with rapid climate warming will have a large impact on their future distributions, and consequently those of mosquito-borne diseases, but remains unknown for most species. We investigated the adaptive potential of a wide-ranging mosquito species, Aedes sierrensis , by conducting a common garden experiment measuring mosquito fitness and its component life history traits. Although field-collected populations originated from vastly different thermal environments that spanned over 1,200 km, we found that populations varied in maximum fitness, but not in the thermal performance of fitness, with upper thermal limits varying by <1°C across the species range. However, for one life history trait – pupal development rate – we found clear evidence of local thermal adaptation. The upper thermal limits of pupal development rate varied between populations by 1.6°C – five times greater than the average variation in ectotherm upper limits across the same latitudinal extent – and was significantly associated with source temperatures. Despite this evidence of local thermal adaptation, we found that for all populations, temperatures in the source environment already frequently exceed their estimated upper thermal limits, suggesting high vulnerability to additional warming. This was particularly true at the adult life stage, which had the lowest upper thermal limits across traits (31.6°C), the largest impact on mosquito fitness, and occurs during the warmest part of the year. Our results suggest that evolutionary adaptation alone may be insufficient to sustain mosquito populations, and that behavioral thermoregulation and temporary coping strategies are likely important for mosquito persistence under ongoing climate warming.

SUMMARY Predicting effects of climate change on plant disease is critical for protecting ecosystems and food production. Climate change could exacerbate plant disease because parasites may be quicker to acclimate and adapt to novel climatic conditions than their hosts due to their smaller body sizes and faster generation times. Here we show how disease pressure responds to the anomalous weather that will increasingly occur with climate change by compiling a global database (5380 plant populations; 437 unique plant–disease combinations; 2,858,795 individual plant–disease samples) of disease incidence in both agricultural and wild plant systems. Because wild plant populations are assumed to be adapted to local climates, we hypothesized that large deviations from historical conditions would increase disease incidence. By contrast, since agricultural plants have been transported globally, we did not expect the historical climate where they are currently grown to be as predictive of disease incidence. Supporting these hypotheses, we found that disease outbreaks tended to occur during periods of warm temperatures in agricultural and cool-climate wild plant systems, but also occurred in warm-adapted wild (but not agricultural) plant systems experiencing anomalously cool weather. Outbreaks were additionally associated with higher rainfall in wild systems, especially those with historically wet climates. Our results suggest that historical climate affects susceptibility to disease for wild plant–disease systems, while warming drives risks for agricultural plant disease outbreaks regardless of historical climate.

Climate change will alter interactions between parasites and their hosts. Warming may affect patterns of local adaptation, shifting the environment to favor the parasite or host and thus changing the prevalence of disease. We assessed local adaptation in the facultative ciliate parasite Lambornella clarki, which infects the western tree hole mosquito Aedes sierrensis. We conducted laboratory infection experiments with mosquito larvae and parasites collected from across a climate gradient, pairing sympatric or allopatric populations across three temperatures that were either matched or mismatched to the source environment. L. clarki parasites were locally adapted to their hosts, with 2.6x higher infection rates on sympatric compared to allopatric populations, but were not locally adapted to temperature. Infection peaked at the intermediate temperature of 13°C. Our results highlight the importance of host selective pressure on parasites, despite the impact of temperature on infection success.