As mudanças climáticas (MC) estão alterando a magnitude, frequência e previsibilidade de eventos extremos, modificando médias históricas em todo o mundo. No entanto, o estudo das respostas biológicas às MC tem priorizado os efeitos das alterações nas condições climáticas médias, as quais são raramente experimentadas pelos organismos. Então, nossa compreensão das respostas dos organismos à variação climática permanece limitada. Esta tese de Doutorado contribui para preenchermos essa lacuna do conhecimento ao estudar as respostas fisiológicas e comportamentais usadas por pequenos organismos ectotérmicos a variações térmicas no espaço e no tempo. Os resultados aqui incluídos responderam três perguntas: (1) Quanta diversidade térmica microclimática utilizável por larvas de anuros pode existir em microhabitats aquáticos em escala local? (2) A diversidade térmica microclimática em escala local promove variação interespecífica no CTmax de larvas de anuros na mesma escala espacial? (3) Que estratégias comportamentais são usadas mosca-das-frutas (Drosophila melanogaster) ao navegar por paisagens térmicas extremas? Encontramos que a complexidade do habitat gerou alta diversidade térmica microclimática utilizável para larvas de anuros dentro de um pequeno pedaço da Mata Atlântica Brasileira. Especificamente, os corpos d'água filtraram variações térmicas locais de maneira diferente, dadas diferenças em suas características estruturais (p.ex., temporalidade, movimento da água) e cobertura de dossel associada. Este último fator, em particular, foi um modulador muito importante da diversidade microclimática, porque os corpos d'água dentro da floresta foram em geral menos variáveis termicamente em relação a contrapartes em áreas abertas. Além disso, as larvas de uma assembléia de anuros que habitam nossa área de estudo exibiram alta diversidade de CTmax e a variação interespecífica refletiu à exposição microclimática mais do que as relações filogenéticas. Ou seja, as espécies foram mais semelhantes em seu CTmax de acordo com onde as larvas se desenvolvem e não quão próximas as espécies estão na filogenia. As espécies mais tolerantes ao calor foram aquelas que habitam os corpos d'água mais quentes em áreas abertas e, por esse motivo, também são as mais vulneráveis ao aquecimento. Por outro lado, as mosca-das-frutas exibiram diversas respostas comportamentais quando navegaram em paisagens térmicas extremas, e não apenas termofobia. As estratégias comportamentais variaram no nível da população e exibiram potencial evolutivo distinto quando expresso em paisagens térmicas extremamente quentes ou frias. Coletivamente, os resultados incluídos nesta tese mostram que variações térmicas espaciais e temporais em escalas relevantes para os organismos favorecem a diversidade fisiológica e comportamental entre as espécies e dentro das populações. Compreender essa diversidade, o que a promove, e sua vulnerabilidade às MC, é crucial para proteger o futuro da vida no Antropoceno.

Climate change (CC) is altering the magnitude, frequency, and predictability of extreme events, modifying historical averages throughout the globe. However, the study of biological responses to CC have prioritized effects of altered mean climatic conditions, which are rarely experienced by organisms. Then, our comprehension of organismal responses to climatic variation remains limited. This Doctoral thesis contributes to fill that gap by studying the physiological and behavioral responses of small ectothermic animals to thermal variations in space and time. Results included here answered three questions: (1) How much microclimatic thermal diversity usable by anuran larvae may exist across aquatic microhabitats at a local scale? (2) Does local microclimatic thermal diversity promote interspecific variation in CTmax of anuran larvae at the same spatial scale? (3) What behavioral strategies are employed by fruit flies (Drosophila melanogaster) when navigating through extreme thermal landscapes? We found that habitat complexity generated high microclimatic thermal diversity usable for anuran larvae within a small patch of the Brazilian Atlantic Forest. Specifically, water bodies filtered differently thermal variations at the local environment given differences in their structural characteristics (e.g., temporality, water motion) and associated canopy cover. The latter, in particular, was a very important modulator of microclimatic diversity, for water bodies inside the forest were in general less thermally variable relative to counterparts in open areas. In addition, larvae of an anuran assemblage that inhabits our study area displayed high CTmax diversity, and species variation paralleled microclimatic exposure more than phylogenetic relatedness. In other words, species were more similar in their CTmax according to where larvae develop and not how close they are in phylogeny. Moreover, the most heat tolerant species in the assemblage were those inhabiting the warmest water bodies in open areas, and for that reason are also the most vulnerable to further warming. On the other hand, fruit flies displayed diverse behavioral responses while navigating through extreme thermal landscapes, beyond simply thermophobia. Behavioral strategies varied at the population level and displayed distinct evolutionary potential when expressed at an extremely hot or cold thermal landscapes. Collectively, results included in this thesis showed that spatial and temporal thermal variations at scales relevant to organisms favor physiological and behavioral diversity across species and within populations. Understanding such diversity, what promotes it, and its vulnerability to CC, is crucial to safeguard the future of life in the Anthropocene.