The impact of anthropogenic climate change on terrestrial organisms is often predicted to increase with latitude, in parallel with the rate of warming. Yet the biological impact of rising temperatures also depends on the physiological sensitivity of organisms to temperature change. We integrate empirical fitness curves describing the thermal tolerance of terrestrial insects from around the world with the projected geographic distribution of climate change for the next century to estimate the direct impact of warming on insect fitness across latitude. The results show that warming in the tropics, although relatively small in magnitude, is likely to have the most deleterious consequences because tropical insects are relatively sensitive to temperature change and are currently living very close to their optimal temperature. In contrast, species at higher latitudes have broader thermal tolerance and are living in climates that are currently cooler than their physiological optima, so that warming may even enhance their fitness. Available thermal tolerance data for several vertebrate taxa exhibit similar patterns, suggesting that these results are general for terrestrial ectotherms. Our analyses imply that, in the absence of ameliorating factors such as migration and adaptation, the greatest extinction risks from global warming may be in the tropics, where biological diversity is also greatest.

Synopsis In 1967 Daniel Janzen published an influential paper titled "Why Mountain Passes Are Higher in the Tropics." Janzen derived a simple climatic-physiological model predicting that tropical mountain passes would be more effective barriers to organismal dispersal than would temperate-zone passes of equivalent altitude. This prediction derived from a recognition that the annual variation in ambient temperature at any site is relatively low in the tropics. Such low variation within sites not only reduces the seasonal overlap in thermal regimes between low- and high-altitude sites, but should also select for organisms with narrow physiological tolerances to temperature. As a result, Janzen predicted that tropical lowland organisms are more likely to encounter a mountain pass as a physiological barrier to dispersal (hence "higher"), which should in turn favor smaller distributions and an increase in species turnover along altitudinal gradients. This synthetic hypothesis has long been at the center of discussions of latitudinal patterns of physiological adaptation and of species diversity. Here we review some of the key assumptions and predictions of Janzen's hypothesis. We find general support for many assumptions and predictions, but call attention to several issues that somewhat ameliorate the generality of Janzen's classic hypothesis.

Under what conditions might organisms be capable of rapid adaptive evolution? We reviewed published studies documenting contemporary adaptations in natural populations and looked for general patterns in the population ecological causes. We found that studies of contemporary adaptation fall into two general settings: (1) colonization of new environments that established newly adapted populations, and (2) local adaptations within the context of a heterogeneous environments and metapopulation structure. Local ecological processes associated with colonizations and introductions included exposure to: (1) a novel host or food resource; (2) a new biophysical environment; (3) a new predator community; and (4) a new coexisting competitor. The new environments that were colonized often had depauperate communities, sometimes because of anthropogenic disturbance. Local adaptation in heterogeneous environments was also often associated with recent anthropogenic changes, such as insecticide and herbicide resistance, or industrial melanism. A common feature of many examples is the combination of directional selection with at least a short-term opportunity for population growth. We suggest that such opportunities for population growth may be a key factor that promotes rapid evolution, since directional selection might otherwise be expected to cause population decline and create the potential for local extinction, which is an ever-present alternative to local adaptation. We also address the large discrepancy between the rate of evolution observed in contemporary studies and the apparent rate of evolution seen in the fossil record.

Life history theory predicts that parents should value their own survival over that of their offspring in species with a higher probability of adult survival and fewer offspring. We report that Southern Hemisphere birds have higher adult survival and smaller clutch sizes than Northern Hemisphere birds. We subsequently manipulated predation risk to adults versus offspring in 10 species that were paired between North and South America on the basis of phylogeny and ecology. As predicted, southern parents responded more strongly to reduce mortality risk to themselves even at a cost to their offspring, whereas northern parents responded more strongly to reduce risk to their offspring even at greater risk to themselves.

Summary Nearly all fish evade predation strikes by rapidly accelerating out of the strike path, a behaviour called the fast‐start evasion response. The many studies investigating morphological, behavioural and ecological correlates of fast‐start performance assume that faster starts increase the probability of evasion. We tested this faster‐start hypothesis by measuring the effect of acceleration ability on evasion outcome (success, failure) in Guppies ( Poecilia reticulata ) evading the strike of a natural predator, the Pike Cichlid ( Crenicichla alta ). Four parameters affect evasion outcome: two parameters important to the predator–prey interaction but not to the faster‐start hypothesis – (1) the time required to reach the prey by the striking predator (measured by the initial distance between predator and prey and strike velocity), (2) the evasion path of the prey relative to the strike path of the predator; and two parameters relevant to the faster‐start hypothesis – (1) the ability of the prey to generate rapid tangential acceleration (measured by net distance travelled, maximum velocity, and maximum acceleration), and (2) the ability of the prey to rapidly rotate during the initial stage of the fast start. On average, a one standard deviation increase in fast‐start performance increases the odds of surviving a predation strike 2·3‐fold. These results support the assumption that faster starts increase the probability of successfully evading a predation strike.

Widespread recognition of the importance of biological studies at large spatial and temporal scales, particularly in the face of many of the most pressing issues facing humanity, has fueled the argument that there is a need to reinvigorate such studies in physiological ecology through the establishment of a macrophysiology. Following a period when the fields of ecology and physiological ecology had been regarded as largely synonymous, studies of this kind were relatively commonplace in the first half of the twentieth century. However, such large‐scale work subsequently became rather scarce as physiological studies concentrated on the biochemical and molecular mechanisms underlying the capacities and tolerances of species. In some sense, macrophysiology is thus an attempt at a conceptual reunification. In this article, we provide a conceptual framework for the continued development of macrophysiology. We subdivide this framework into three major components: the establishment of macrophysiological patterns, determining the form of those patterns (the very general ways in which they are shaped), and understanding the mechanisms that give rise to them. We suggest ways in which each of these components could be developed usefully.

ABSTRACT Inferring the environmental selection pressures responsible for phenotypic variation is a challenge in adaptation studies as traits often have multiple functions and are shaped by complex selection regimes. We provide experimental evidence that morphology of the multifunctional avian bill is related to climate, not foraging efficiency, in song sparrows ( Melospiza melodia ) on the California Channel Islands. Our research builds on a study in song sparrow museum specimens that demonstrated a positive correlation between bill surface area and maximum temperature, suggesting a greater demand for dry heat dissipation in hotter, xeric environments. We sampled contemporary sparrow populations across three climatically distinct islands to test the alternate hypotheses that song sparrow bill morphology is either a product of vegetative differences with functional consequences for foraging efficiency or related to maximum temperature and, consequently, important for thermoregulation. Measurements of >500 live individuals indicated a significant, positive relationship between maximum temperature and bill surface area when correcting for body size. In contrast, maximum bite force, seed extraction time, and vegetation on breeding territories (a proxy for food resources) were not significantly associated with bill dimensions. While we cannot exclude the influence of foraging ability and diet on bill morphology, our results are consistent with the hypothesis that variation in song sparrows’ need for thermoregulatory capacity across the northern Channel Islands selects for divergence in bill surface area. SUMMARY STATEMENT Island song sparrow bill differences are correlated with climate, not vegetation, and experimental evidence finds no functional effect on foraging efficiency. This suggests many factors shape this multifunctional trait.

A long-standing question in evolutionary biology is whether phenotypic plasticity influences adaptive evolutionary change (e.g. Waddington 1961; Price et al. 2003; Ghalambor et al. 2007; Lande 2009; Wund 2012). The same genotype can produce different phenotypes in response to different environments, but whether such plasticity constrains or facilitates evolutionary change remains an unresolved and controversial problem (Ghalambor et al. 2007). Theoretical models to date have made diverse predictions on the role of plasticity in evolutionary divergence (e.g. Ancel 2000; Paenke et al. 2007; Thibert-Plante and Hendry 2011), and empirical studies have largely been limited to retrospective approaches that infer the role of plasticity long-after populations and species have diverged (e.g. Losos et al. 2000; Wund et al. 2007; Scoville and Pfrender 2010). Field and lab studies that combine transcriptomic methods with recently diverged population comparisons provide a potentially powerful framework for quantifying patterns of plasticity for large numbers of molecular phenotypes within a generation, and how these phenotypes evolve across generations in response to either natural or artificial selection (e.g. Yampolsky et al. 2012; Ghalambor et al. 2015; Huang and Agrawal 2016). However, the high dimensionality of transcriptomic data imposes some computational challenges when attempting to infer the role of various evolutionary processes.