Effektive teknikker til fodring og ex situ-kultur af en rugende scleraktinsk koral, Pocillopora acuta

Summary

Klimaændringer påvirker koralrevets økosystemer globalt. Koraller fra ex situ-akvakultursystemer kan hjælpe med at støtte restaurerings- og forskningsindsatsen. Heri skitseres fodrings- og koralkulturteknikker, der kan bruges til at fremme den langsigtede vedligeholdelse af rugende scleractinian koraller ex situ .

Abstract

Klimaændringer påvirker overlevelse, vækst og rekruttering af koraller globalt, med store skift i overflod og samfundssammensætning, der forventes i revøkosystemer i løbet af de næste årtier. Anerkendelse af denne revforringelse har givet anledning til en række nye forsknings- og restaureringsbaserede aktive interventioner. Ex situ-akvakultur kan spille en støttende rolle gennem etablering af robuste koralkulturprotokoller (f.eks. for at forbedre sundheden og reproduktionen i langsigtede forsøg) og gennem tilvejebringelse af en ensartet forsyning af gydebestande (f.eks. til brug i genopretningsprojekter). Her skitseres enkle teknikker til fodring og ex situ-kultur af rugende scleractinian koraller ved hjælp af den almindelige og velstuderede koral, Pocillopora acuta, som et eksempel. For at demonstrere denne tilgang blev koralkolonier udsat for forskellige temperaturer (24 °C vs. 28 °C) og fodringsbehandlinger (fodret vs. ufodret) og reproduktionsoutput og timing samt muligheden for at fodre Artemia nauplii med koraller ved begge temperaturer blev sammenlignet. Reproduktionsproduktionen viste stor variation på tværs af kolonier, med forskellige tendenser observeret mellem temperaturbehandlingerne; Ved 24 °C producerede fodrede kolonier flere larver end ufodrede kolonier, men det modsatte blev fundet i kolonier dyrket ved 28 °C. Alle kolonier reproducerede før fuldmåne, og forskelle i reproduktionstiming blev kun fundet mellem ikke-fodrede kolonier i 28 °C-behandlingen og fodrede kolonier i 24 °C-behandlingen (gennemsnitlig månereproduktionsdag ± standardafvigelse: henholdsvis 6,5 ± 2,5 og 11,1 ± 2,6). Koralkolonierne fodrede effektivt med Artemia nauplii ved begge behandlingstemperaturer. Disse foreslåede fodrings- og dyrkningsteknikker fokuserer på reduktion af koralstress og fremme af reproduktiv levetid på en omkostningseffektiv og tilpasselig måde med alsidig anvendelighed i både gennemstrømnings- og recirkulerende akvakultursystemer.

Introduction

Mange koralrevsøkosystemer globalt går tabt og forringes som følge af stress ved høje temperaturer drevet af klimaændringer ^1,2. Koralblegning (dvs. nedbrydningen af koralalgesymbiosen³) blev betragtet som relativt sjælden i de sidste⁴, men forekommer nu hyppigere⁵, med årlig blegning forventes at forekomme i mange regioner i midten til slutningen af århundredet ^6,7. Denne afkortning af mellemperioden mellem blegningshændelser kan begrænse revenes modstandsdygtighed⁸. De direkte virkninger af stress ved høje temperaturer på koralkolonier (f.eks. vævsskade⁹; energiudtømning¹⁰) er uløseligt forbundet med indirekte virkninger på revniveau, hvoraf en reduktion i reproduktions-/rekrutteringskapaciteten giver anledning til særlig bekymring¹¹. Dette har ansporet til en række anvendt forskning, der f.eks. undersøger aktiv in situ-forbedring af rekruttering (f.eks. revsåning¹²), nye teknologier til opskalering af koralrestaurering¹³ og simulering af reproduktive signaler for at fremkalde reproduktion i ex situ-systemer ¹⁴. Som supplement til disse aktive indgreb er den nylige anerkendelse af fordelene ved heterotrofisk fodring af koraller under stress ved høje temperaturer¹⁵ og udforskningen af den rolle, som fødevareforsyning kan spille i reproduktionen¹⁶.

Heterotrofisk fodring er kendt for at påvirke ydeevnen af koraller¹⁷ og har været specifikt forbundet med øget koralvækst^18,19 samt termisk modstand og modstandsdygtighed^20,21. Alligevel er fordelene ved heterotrofi ikke allestedsnærværende blandt koralarter²² og kan variere afhængigt af den type mad, der indtages 23, samt niveauet af lyseksponering²⁴. I forbindelse med koralreproduktion har heterotrofisk fodring vist variable resultater, hvor observationer af højere²⁵ såvel som lavere²⁶ reproduktionskapacitet efter heterotrofisk fodring rapporteres. Indflydelsen af heterotrofisk fodring på koralreproduktion over et spektrum af temperaturer vurderes sjældent, men i den tempererede koral Cladocora caespitosa viste heterotrofi sig at være vigtigere for reproduktion under lavere temperaturforhold²⁷. Der er sandsynligvis behov for en bedre forståelse af den rolle, som temperatur og fodring spiller for reproduktionsproduktionen, for at afgøre, om specifikke rev (f.eks. rev, der er forbundet med høj fødetilgængelighed²⁸) har en højere rekrutteringskapacitet under klimaændringer.

I lighed med reproduktiv produktion forbliver effekten af temperatur og fodring på reproduktionstiming i koraller relativt underundersøgt, på trods af at synkronisering af reproduktion med abiotiske/biotiske forhold er en vigtig overvejelse for rekrutteringssucces i et varmere hav²⁹. Varmere temperaturer har vist sig at resultere i tidligere reproduktion i koralvarmekonditioneringsundersøgelser udført i laboratoriet³⁰, og dette er også blevet observeret i koraller indsamlet fra naturlige rev på tværs af sæson³¹. Men interessant nok blev den modsatte tendens for nylig observeret i fodrede koraller, der blev dyrket i løbet af 1 år i et ex situ gennemstrømningssystem (dvs. reproduktion fandt sted tidligere i månens cyklus ved køligere vintertemperaturer og senere i månens cyklus ved varmere sommertemperaturer)³². Dette kontrasterende resultat tyder på, at reproduktiv timing kan afvige fra typiske mønstre under forhold forbundet med rigelige energiressourcer.

Langsigtede kontrollerede eksperimenter under forskellige temperaturscenarier kan bidrage til en bedre forståelse af heterotrofiens indflydelse på reproduktion i scleractinian koraller. Opretholdelse af reproducerende koralkolonier under ex situ-betingelser for flere reproduktive cyklusser kan imidlertid være udfordrende (men se tidligere forskning^32,33). Heri beskrives enkle og effektive teknikker til aktiv fodring (fødekilde: Artemia nauplii) og langsigtet dyrkning af en rugende koral (Pocillopora acuta) i et gennemstrømningsakvakultursystem; Det skal dog bemærkes, at alle de beskrevne teknikker også kan anvendes til recirkulation af akvakultursystemer. For at demonstrere disse teknikker blev der foretaget en foreløbig sammenligning af reproduktionsproduktionen og tidspunktet for koralkolonier holdt ved 24 °C og 28 °C under “fodret” og “unfed” behandling. Disse temperaturer blev valgt til at tilnærme havvandstemperaturer om henholdsvis vinter og sommer i det sydlige Taiwan^30,34; En højere temperatur blev ikke valgt, fordi fremme af langsigtet ex situ-kultur snarere end at teste koralrespons på termisk stress var et primært mål for dette eksperiment. Endvidere blev tætheden af Artemia nauplii før og efter fodringssessionerne kvantificeret for at sammenligne gennemførligheden af heterotrofisk fodring ved begge temperaturbehandlinger.

Specifikt blev 24 kolonier af P. acuta (gennemsnitlig total lineær forlængelse ± standardafvigelse: 21,3 cm ± 2,8 cm) opnået fra gennemstrømningstanke på forskningsfaciliteterne på National Museum of Marine Biology & Aquarium, det sydlige Taiwan. Pocillopora acuta er en almindelig koralart, der besidder både en udsendt gydning, men typisk rugende reproduktionsstrategi^35,36. Forældrekolonierne af disse koraller blev oprindeligt indsamlet fra udløbsrevet (21.931 ° E, 120.745 ° N) cirka 2 år tidligere til et andet eksperiment³². Derfor var de koralkolonier, der blev brugt i dette eksperiment, blevet opdrættet i hele deres liv under ex situ-kulturforhold; specifikt blev kolonierne udsat for omgivelsestemperatur og en 12 timer: 12 timers lys: mørk cyklus ved 250 μmol quanta ^m-2·s-1 og blev fodret med Artemia nauplii to gange om ugen. Vi erkender, at denne langsigtede ex situ-kultur kunne have påvirket, hvordan kolonierne reagerede på behandlingsbetingelserne i dette eksperiment. Vi vil derfor gerne understrege, at det primære formål her er at illustrere, hvordan de beskrevne teknikker effektivt kan bruges til at dyrke koraller ex situ ved at demonstrere et anvendt eksempel, hvor virkningerne af temperatur og fodring på koralformering blev vurderet.

Koralkolonier blev jævnt fordelt på seks gennemstrømningssystemkulturtanke (tankens indvendige længde x bredde x højde: 175 cm x 62 cm x 72 cm; tanklysregime: 12 timer: 12h lys: mørk cyklus ved 250 μmol kvanter ^m-2 · s ^{– 1}) (figur 1A). Temperaturen i tre af tankene blev sat til 28 °C, og temperaturen i de tre andre tanke blev sat til 24 °C; hver tank havde en logger, der registrerede temperaturen hvert 10. minut (se materialetabellen). Temperaturen blev uafhængigt styret i hver tank ved hjælp af kølere og varmeapparater, og vandcirkulationen blev opretholdt ved hjælp af flowmotorer (se materialetabellen). Halvdelen af kolonierne i hver tank (n = 2 kolonier/tank) blev fodret med Artemia nauplii to gange om ugen, mens de øvrige kolonier ikke blev fodret. Hver fodringssession varede 4 timer og blev udført i to uafhængige temperaturspecifikke fodertanke. Under fodring blev alle kolonierne flyttet ind i fodertankene, herunder de ufodrede kolonier, for at standardisere den potentielle stresseffekt af at flytte kolonierne mellem tankene. Kolonierne i de fodrede og ufodrede behandlinger blev placeret i deres eget rum ved hjælp af en masket ramme i de temperaturspecifikke fodringstanke, så kun kolonierne i fodret tilstand modtog mad. Koralernes reproduktive produktion og timing blev vurderet for hver koloni dagligt kl. 09:00 ved at tælle antallet af larver, der var blevet frigivet i larveopsamlingsbeholderne natten over.

Protocol

1. Hængende koralkolonieri ex situ akvakulturtanke Placer en hakket stang (længde x bredde x højde: 75 cm x 1 cm x 3 cm), i det følgende benævnt en “hængende stang”, på tværs af kulturtanken som forberedelse til ophængning af koralkolonierne.BEMÆRK: Den hængende stang, der blev brugt i dette eksperiment, var specialfremstillet, men et simpelt PVC-rør med fremspringende skruer (dvs. til at fungere som hak) ville være tilstrækkeligt, så længe det kan placeres på en s…

Representative Results

De beskrevne protokoller tillod (1) sammenligning af reproduktionsoutput og timing af individuelle koralkolonier blandt forskellige fodrings- og temperaturbehandlinger og (2) en vurdering af gennemførligheden af Artemia nauplii-fodring ved forskellige temperaturer. Heri gives en kort oversigt over resultaterne, men der bør udvises forsigtighed med hensyn til den brede fortolkning af de rapporterede virkninger af temperatur og fodring på koralformering på grund af dette eksperiments kortsigtede karakter (dvs….

Discussion

Denne foreløbige vurdering af effekten af temperatur og fodring på koralreproduktion afslørede forskelle i reproduktiv produktion og timing blandt kolonier dyrket under forskellige behandlingsbetingelser. Endvidere blev det konstateret, at fodring af Artemia nauplii til koralkolonier syntes at være effektiv ved relativt kølige (24 ° C) såvel som varme temperaturer (28 ° C). Disse kombinerede resultater fremhæver anvendeligheden af disse enkle teknikker til fodring og dyrkning af reproduktion af scleract…

Materials

Artemia cysts	Supreme plus	NA	Food source
Chiller	Resun	CL650	To cool down water temperature if needed
Conductivity portable meter	WTW	Cond 3110	To measure salinity
Enrichment diets	Omega	NA	Used in Artemia cultivation
Fishing line	Super	Nylon monofilament	To hang the coral colonies
Flow motors	Maxspect	GP03	To create water flow
Heater 350 W	ISTA	NA	Heaters used in tanks
HOBO pendant temperature logger	Onset Computer	UA-002-08	To record water temperature
LED lights	Mean Well	FTS: HLG-185H-36B	NA
Light portable meter	LI-COR	LI-250A	Device used with light sensor to measure light intensity in PAR
Light sensor	LI-COR	LI-193SA	NA
Plankton net 100 µm mesh size	Omega	NA	To collect larvae and artemia
Primary pump 6000 L/H	Mr. Aqua	BP6000	To draw water from tanks into chiller
Propeller-type current meter	KENEK	GR20	Device used with propeller-type detector to measure flow rate
Propeller-type detector	KENEK	GR3T-2-20N	NA
Stereo microscope	Zeiss	Stemi 2000-C	To count the number of artemia
Temperature controller 1000 W	Rep Park	O-RP-SDP-1	To set and maintain water temperature