Effektive teknikker for fôring og ex situ-kultur av en rugende skleraktinsk korall, Pocillopora acuta

Summary

Klimaendringer påvirker korallrevets økosystemer globalt. Koraller hentet fra ex situ akvakultursystemer kan bidra til å støtte restaurering og forskningsinnsats. Her er fôrings- og korallkulturteknikker som kan brukes til å fremme langsiktig vedlikehold av rugende skleraktinske koraller ex situ skissert.

Abstract

Klimaendringer påvirker overlevelse, vekst og rekruttering av koraller globalt, med store skift i overflod og samfunnssammensetning forventet i revets økosystemer i løpet av de neste tiårene. Erkjennelsen av denne revforringelsen har ført til en rekke nye forsknings- og restaureringsbaserte aktive intervensjoner. Ex situ akvakultur kan spille en støttende rolle gjennom etablering av robuste korallkulturprotokoller (f.eks. for å forbedre helse og reproduksjon i langsiktige eksperimenter) og gjennom å tilby en konsekvent stamfiskforsyning (f.eks. til bruk i restaureringsprosjekter). Her skisseres enkle teknikker for fôring og ex situ-kultur av rugende skleraktinske koraller ved å bruke den vanlige og godt studerte korallen, Pocillopora acuta, som et eksempel. For å demonstrere denne tilnærmingen ble korallkolonier utsatt for forskjellige temperaturer (24 ° C vs. 28 ° C) og fôringsbehandlinger (matet vs. ikke matet) og reproduktiv produksjon og timing, samt muligheten for å mate Artemia nauplii til koraller ved begge temperaturer, ble sammenlignet. Reproduksjonsproduksjonen viste stor variasjon mellom koloniene, med forskjellige trender observert mellom temperaturbehandlingene; Ved 24 °C produserte fôrede kolonier flere larver enn kolonier uten mat, men det motsatte ble funnet i kolonier dyrket ved 28 °C. Alle koloniene reproduserte seg før fullmåne, og forskjeller i reproduksjonstidspunkt ble bare funnet mellom kolonier uten mat i 28 °C-behandlingen og matkolonier i 24 °C-behandlingen (gjennomsnittlig månedag for reproduksjon ± standardavvik: henholdsvis 6,5 ± 2,5 og 11,1 ± 2,6). Korallkoloniene spiste effektivt på Artemia nauplii ved begge behandlingstemperaturene. Disse foreslåtte fôrings- og kulturteknikkene fokuserer på reduksjon av korallstress og fremme reproduktiv levetid på en kostnadseffektiv og tilpassbar måte, med allsidig anvendelighet i både gjennomstrømnings- og resirkulerende akvakultursystemer.

Introduction

Mange korallrevøkosystemer globalt går tapt og forringes som følge av stress ved høye temperaturer drevet av klimaendringer ^1,2. Korallbleking (dvs. nedbrytning av korall-algesymbiosen³) ble ansett som relativt sjelden de siste⁴, men forekommer nå oftere⁵, med årlig bleking forventet å forekomme i mange regioner innen midten til slutten av århundret ^6,7. Denne forkortelsen av mellomperioden mellom blekingshendelser kan begrense kapasiteten til revets motstandskraft⁸. De direkte virkningene av stress ved høye temperaturer på korallkolonier (f.eks. vevsskade⁹; energiuttømming¹⁰) er iboende knyttet til indirekte påvirkninger på revskalanivå, hvorav en reduksjon i reproduksjons-/rekrutteringskapasitet er spesielt bekymringsfull¹¹. Dette har ansporet en rekke anvendt forskning som utforsker, for eksempel aktiv in situ forbedring av rekruttering (f.eks. revsåing¹²), ny teknologi for oppskalering av korallrestaurering¹³ og simulering av reproduktive signaler for å indusere reproduksjon i ex situ-systemer ¹⁴. Komplementære til disse aktive inngrepene er den nylige anerkjennelsen av fordelene ved heterotrofisk fôring i koraller under høytemperaturstress¹⁵ og utforskningen av rollen som matforsyning kan spille i reproduksjon¹⁶.

Heterotrofisk fôring er kjent for å påvirke ytelsen til koraller¹⁷ og har vært spesielt knyttet til økt korallvekst^18,19, samt termisk motstand og elastisitet^20,21. Likevel er fordelene med heterotrofi ikke allestedsnærværende blant korallarter²² og kan variere basert på hvilken type mat som blir konsumert 23, samt nivået av lyseksponering²⁴. I sammenheng med korallreproduksjon har heterotrofisk fôring vist variable resultater, med observasjoner av høyere²⁵ samt lavere²⁶ reproduksjonskapasitet etter heterotrofisk fôring rapportert. Påvirkningen av heterotrofisk fôring på korallreproduksjon over et temperaturspekter blir sjelden vurdert, men i den tempererte korallen Cladocora caespitosa ble heterotrofi funnet å være viktigere for reproduksjon under lavere temperaturforhold²⁷. En bedre forståelse av rollen som temperatur og fôring på reproduktiv produksjon er sannsynligvis nødvendig for å avgjøre om spesifikke rev (f.eks. rev forbundet med høy mattilgjengelighet²⁸) har en høyere kapasitet for rekruttering under klimaendringer.

I likhet med reproduktiv produksjon er effekten av temperatur og fôring på reproduktiv timing i koraller fortsatt relativt understudert, til tross for at synkronisering av reproduksjon med abiotiske / biotiske forhold er en viktig faktor for rekrutteringssuksess i et oppvarmende hav²⁹. Varmere temperaturer har vist seg å resultere i tidligere reproduksjon i koralltermiske kondisjoneringsstudier utført i laboratoriet³⁰, og dette har også blitt observert i koraller samlet fra naturlige rev over sesong³¹. Likevel, interessant nok ble den motsatte trenden nylig observert i matede koraller dyrket i løpet av 1 år i et ex situ gjennomstrømningssystem (dvs. reproduksjon skjedde tidligere i månens syklus ved kjøligere vintertemperaturer og senere i månens syklus ved varmere sommertemperaturer)³². Dette kontrasterende resultatet antyder at reproduktiv timing kan avvike fra typiske mønstre under forhold forbundet med rikelig energiske ressurser.

Langsiktige kontrollerte eksperimenter under forskjellige temperaturscenarier kan bidra til en bedre forståelse av heterotrofiens innflytelse på reproduksjon i skleraktinske koraller. Å opprettholde reproduserende korallkolonier under ex situ-betingelser for flere reproduktive sykluser kan imidlertid være utfordrende (men se tidligere forskning^32,33). Her beskrives enkle og effektive teknikker for aktiv fôring (matkilde: Artemia nauplii) og langtidskultur av en rugende korall (Pocillopora acuta) i et gjennomstrømmingsoppdrettssystem; Likevel skal det bemerkes at alle de beskrevne teknikkene også kan brukes i resirkulerende akvakultursystemer. For å demonstrere disse teknikkene ble det utført en foreløpig sammenligning av reproduksjonsproduksjonen og tidspunktet for korallkolonier holdt ved 24 ° C og 28 ° C under “matet” og “umatet” behandlinger. Disse temperaturene ble valgt for å tilnærme sjøvannstemperaturer om vinteren og sommeren, henholdsvis i Sør-Taiwan^30,34; En høyere temperatur ble ikke valgt fordi fremme av langsiktig ex situ-kultur, i stedet for å teste korallrespons på termisk stress, var et primært mål for dette eksperimentet. Videre ble tettheten av Artemia nauplii før og etter fôringsøktene kvantifisert for å sammenligne muligheten for heterotrofisk fôring ved begge temperaturbehandlingene.

Nærmere bestemt ble 24 kolonier av P. acuta (gjennomsnittlig total lineær forlengelse ± standardavvik: 21,3 cm ± 2,8 cm) oppnådd fra gjennomstrømningstanker ved forskningsanleggene til National Museum of Marine Biology & Aquarium, Sør-Taiwan. Pocillopora acuta er en vanlig korallart som har både en kringkastet gyting, men typisk rugende reproduksjonsstrategi^35,36. Foreldrekoloniene til disse korallene ble opprinnelig samlet inn fra Outlet-revet (21.931°Ø, 120.745°N) omtrent 2 år tidligere for et annet eksperiment³². Følgelig hadde korallkoloniene som ble brukt i det nåværende eksperimentet blitt oppdrettet hele livet under ex situ kulturforhold; Spesielt ble koloniene utsatt for omgivelsestemperatur og en 12 timer: 12 h lys: mørk syklus ved 250 μmol quanta ^{m-2 · s-1} og ble matet Artemia nauplii to ganger per uke. Vi erkjenner at denne langsiktige ex situ-kulturen kunne ha påvirket hvordan koloniene reagerte på behandlingsbetingelsene i dette eksperimentet. Vi vil derfor understreke at det primære målet her er å illustrere hvordan de beskrevne teknikkene effektivt kan brukes til å dyrke koraller ex situ ved å demonstrere et anvendt eksempel der effekten av temperatur og fôring på korallreproduksjon ble vurdert.

Korallkolonier ble jevnt fordelt over seks gjennomstrømningssystemkulturtanker (tankens indre lengde x bredde x høyde: 175 cm x 62 cm x 72 cm; tanklysregime: 12 timer: 12h lys: mørk syklus ved 250 μmol quanta ^{m-2 · s-1}) (figur 1A). Temperaturen i tre av tankene ble satt til 28 °C, og temperaturen i de tre andre tankene ble satt til 24 °C; hver tank hadde en logger som registrerte temperaturen hvert 10. minutt (se materialtabellen). Temperaturen ble uavhengig kontrollert i hver tank ved hjelp av kjølere og varmeovner, og vannsirkulasjonen ble opprettholdt ved hjelp av strømningsmotorer (se materialtabellen). Halvparten av koloniene i hver tank (n = 2 kolonier/tank) ble fôret med Artemia nauplii to ganger i uken, mens de andre koloniene ikke fikk mat. Hver fôringsøkt varte i 4 timer og ble gjennomført i to uavhengige temperaturspesifikke fôringstanker. Under fôring ble alle koloniene flyttet inn i fôringstankene, inkludert de ufôrede koloniene, for å standardisere den potensielle stresseffekten av å flytte koloniene mellom tankene. Koloniene i de matede og ikke-matede behandlingene ble plassert i sitt eget rom ved hjelp av en masket ramme i de temperaturspesifikke fôringstankene, slik at bare koloniene i matet tilstand mottok mat. Korallens reproduksjonsproduksjon og tidspunkt ble vurdert for hver koloni daglig kl. 09:00 ved å telle antall larver som hadde blitt sluppet ut i larveoppsamlingsbeholderne over natten.

Protocol

1. Hengende korallkolonieri ex situ akvakulturtanker Plasser en hakket stang (lengde x bredde x høyde: 75 cm x 1 cm x 3 cm), heretter kalt “hengestang”, over kulturtanken som forberedelse til oppheng av korallkoloniene.MERK: Den hengende stangen som ble brukt i dette eksperimentet var skreddersydd, men et enkelt PVC-rør med utstående skruer (dvs. å fungere som hakk) ville være tilstrekkelig så lenge det kan plasseres på en stabil måte over toppen av kulturtanken og er sterk…

Representative Results

De beskrevne protokollene tillot (1) sammenligning av reproduksjonsproduksjonen og tidspunktet for individuelle korallkolonier blant forskjellige fôrings- og temperaturbehandlinger og (2) en vurdering av muligheten for Artemia nauplii-fôring ved forskjellige temperaturer. Her gis en kort oversikt over funnene, men det bør utvises forsiktighet med hensyn til den brede tolkningen av de rapporterte effektene av temperatur og fôring på korallreproduksjon på grunn av eksperimentets kortsiktige karakter (dvs. ba…

Discussion

Denne foreløpige vurderingen av effekten av temperatur og fôring på korallreproduksjon avslørte forskjeller i reproduksjonsproduksjon og timing mellom kolonier dyrket under forskjellige behandlingsbetingelser. Videre ble det funnet at fôring av Artemia nauplii til korallkolonier syntes å være effektiv ved relativt kjølig (24 ° C) så vel som varme temperaturer (28 ° C). Disse kombinerte funnene fremhever anvendeligheten av disse enkle teknikkene for fôring og kultur for reproduksjon av skleraktinske k…

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