Effektiva tekniker för utfodring och ex situ-odling av en ruvande Scleractinian Coral, Pocillopora acuta

Summary

Klimatförändringarna påverkar korallrevens ekosystem globalt. Koraller som kommer från ex situ-vattenbrukssystem kan bidra till att stödja restaurerings- och forskningsinsatser. Här beskrivs utfodrings- och korallodlingstekniker som kan användas för att främja det långsiktiga underhållet av ruvande skleractinska koraller ex situ .

Abstract

Klimatförändringarna påverkar överlevnaden, tillväxten och rekryteringen av koraller globalt, med storskaliga förändringar i förekomst och samhällssammansättning som förväntas i revens ekosystem under de kommande decennierna. Erkännandet av denna nedbrytning av rev har föranlett en rad nya forsknings- och restaureringsbaserade aktiva interventioner. Ex situ-vattenbruk kan spela en stödjande roll genom att upprätta robusta protokoll för korallodling (t.ex. för att förbättra hälsa och reproduktion i långsiktiga försök) och genom att tillhandahålla en jämn tillgång på avelsbestånd (t.ex. för användning i restaureringsprojekt). Här beskrivs enkla tekniker för utfodring och ex situ-odling av ruvande skleractinska koraller med den vanliga och välstuderade korallen, Pocillopora acuta, som exempel. För att demonstrera detta tillvägagångssätt exponerades korallkolonier för olika temperaturer (24 °C jämfört med 28 °C) och utfodringsbehandlingar (utfodrade kontra omatade) och reproduktionsproduktionen och tidpunkten, samt möjligheten att mata Artemia nauplii till koraller vid båda temperaturerna, jämfördes. Reproduktionsproduktionen uppvisade stor variation mellan kolonierna, med olika trender observerade mellan temperaturbehandlingarna. Vid 24 °C producerade utfodrade kolonier fler larver än omatade kolonier, men motsatsen sågs i kolonier odlade vid 28 °C. Alla kolonier förökade sig före fullmåne, och skillnader i reproduktionstid hittades endast mellan omatade kolonier vid 28 °C och utfodrade samhällen vid 24 °C (genomsnittlig reproduktionsdag under månen ± standardavvikelse: 6,5 ± 2,5 respektive 11,1 ± 2,6). Korallkolonierna livnärde sig effektivt på Artemia nauplii vid båda behandlingstemperaturerna. Dessa föreslagna utfodrings- och odlingstekniker fokuserar på att minska korallstress och främja reproduktiv livslängd på ett kostnadseffektivt och anpassningsbart sätt, med mångsidig tillämpning i både genomströmnings- och recirkulerande vattenbrukssystem.

Introduction

Många korallrevsekosystem globalt går förlorade och försämras till följd av högtemperaturstress som drivs av klimatförändringar ^1,2. Korallblekning (dvs. nedbrytningen av korall-algsymbios³) ansågs vara relativt sällsynt under de senaste⁴ men förekommer nu oftare⁵, med årlig blekning som förväntas inträffa i många regioner i mitten till slutet av århundradet ^6,7. Denna förkortning av mellanperioden mellan blekningshändelser kan begränsa kapaciteten för revens motståndskraft⁸. De direkta effekterna av högtemperaturstress på korallkolonier (t.ex. vävnadsskador⁹, energiutarmning¹⁰) är nära kopplade till indirekta effekter på revnivå, där en minskning av reproduktions-/rekryteringskapaciteten är särskilt oroande¹¹. Detta har gett upphov till en rad tillämpad forskning som till exempel har undersökt den aktiva förbättringen av rekryteringen in situ (t.ex. sådd av rev¹²), ny teknik för uppskalning av korallrestaurering¹³ och simulering av reproduktionssignaler för att inducera reproduktion i ex situ-system ¹⁴. Som komplement till dessa aktiva interventioner finns det senaste erkännandet av fördelarna med heterotrofisk utfodring hos koraller under högtemperaturstress¹⁵ och utforskningen av den roll som födotillförsel kan spela i reproduktionen¹⁶.

Heterotrofisk utfodring är känt för att påverka korallernas prestanda¹⁷ och har specifikt kopplats till ökad koralltillväxt^18,19, samt termisk motståndskraft och motståndskraft^20,21. Ändå är fördelarna med heterotrofi inte allestädes närvarande bland korallarter²² och kan skilja sig åt beroende på vilken typ av mat som konsumeras 23, såväl som nivån av ljusexponering²⁴. I samband med korallreproduktion har heterotrofisk utfodring visat varierande resultat, med observationer av högre²⁵ såväl som lägre²⁶ reproduktionsförmåga efter heterotrofisk födosök som rapporterats. Inverkan av heterotrofisk utfodring på korallreproduktion över ett spektrum av temperaturer utvärderas sällan, men i den tempererade korallen Cladocora caespitosa visade sig heterotrofi vara viktigare för reproduktion under lägre temperaturförhållanden²⁷. En bättre förståelse av temperaturens och födosökets roll för reproduktionsproduktionen behövs sannolikt för att avgöra om specifika rev (t.ex. rev som är förknippade med hög födotillgång²⁸) har en högre kapacitet för rekrytering under klimatförändringar.

I likhet med reproduktionsproduktion är effekten av temperatur och utfodring på reproduktionstiden hos koraller fortfarande relativt understuderad, trots att synkroniseringen av reproduktion med abiotiska/biotiska förhållanden är en viktig faktor för rekryteringsframgång i ett varmare hav²⁹. Varmare temperaturer har visat sig resultera i tidigare reproduktion i korallvärmekonditioneringsstudier utförda i labb³⁰, och detta har också observerats i koraller som samlats in från naturliga rev under säsong³¹. Intressant nog observerades den motsatta trenden nyligen hos utfodrade koraller som odlats under loppet av ett år i ett ex situ genomströmningssystem (dvs. reproduktionen skedde tidigare i måncykeln vid svalare vintertemperaturer och senare i måncykeln vid varmare sommartemperaturer)³². Detta kontrasterande resultat tyder på att reproduktionstiden kan avvika från typiska mönster under förhållanden som är förknippade med rikliga energiresurser.

Långsiktiga kontrollerade experiment under olika temperaturscenarier skulle kunna bidra till en bättre förståelse av heterotrofiens inverkan på reproduktionen hos skleractinska koraller. Att upprätthålla reproducerande korallkolonier under ex situ-förhållanden under flera reproduktionscykler kan dock vara utmanande (men se tidigare forskning^32,33). Här beskrivs enkla och effektiva tekniker för aktiv utfodring (födokälla: Artemia nauplii) och långtidsodling av en ruvande korall (Pocillopora acuta) i ett genomströmningsvattenbrukssystem. Det bör dock noteras att alla de beskrivna teknikerna också kan användas i recirkulerande vattenbrukssystem. För att demonstrera dessa tekniker genomfördes en preliminär jämförelse av reproduktionskapaciteten och tidpunkten för korallkolonier som hölls vid 24 °C och 28 °C under “matade” och “omatade” behandlingar. Dessa temperaturer valdes för att approximera havsvattentemperaturerna på vintern respektive sommaren i södra Taiwan^30,34; En högre temperatur valdes inte eftersom främjandet av långsiktig ex situ-odling, snarare än att testa korallernas respons på termisk stress, var ett primärt mål med detta experiment. Vidare kvantifierades tätheten av Artemia nauplii före och efter utfodringstillfällena för att jämföra genomförbarheten av heterotrofisk utfodring vid båda temperaturbehandlingarna.

Närmare bestämt erhölls 24 kolonier av P. acuta (genomsnittlig total linjär förlängning ± standardavvikelse: 21,3 cm ± 2,8 cm) från genomströmningstankar vid forskningsanläggningarna vid National Museum of Marine Biology & Aquarium i södra Taiwan. Pocillopora acuta är en vanlig korallart som har både en lekande lek, men vanligtvis ruvande reproduktionsstrategi^35,36. Moderkolonierna till dessa koraller samlades ursprungligen in från Outlet-revet (21.931°E, 120.745°N) ungefär 2 år tidigare för ett annat experiment³². Följaktligen hade de korallkolonier som användes i det aktuella experimentet fötts upp under hela sitt liv under ex situ-odlingsförhållanden. Samhällena utsattes för omgivningstemperatur och en ljus-mörkercykel på 12 h:12 timmar vid 250 μmol kvanta m−²·s⁻¹ och utfodrades med Artemia nauplii två gånger i veckan. Vi inser att denna långvariga ex situ-odling kan ha påverkat hur kolonierna svarade på behandlingsförhållandena i detta experiment. Vi vill därför betona att det primära syftet här är att illustrera hur de beskrivna teknikerna effektivt kan användas för att odla koraller ex situ genom att demonstrera ett tillämpat exempel där effekterna av temperatur och utfodring på korallreproduktion bedömdes.

Korallkolonierna var jämnt fördelade över sex odlingstankar med genomströmningssystem (tankens inre längd x bredd x höjd: 175 cm x 62 cm x 72 cm; tankens ljusregim: 12 timmar: 12 timmar ljus: mörk cykel vid 250 μmol kvanta m−²·s⁻¹) (figur 1A). Temperaturen i tre av tankarna sattes till 28 °C och temperaturen i de övriga tre tankarna till 24 °C. varje tank hade en logger som registrerade temperaturen var 10:e minut (se materialtabellen). Temperaturen kontrollerades oberoende i varje tank med hjälp av kylaggregat och värmare, och vattencirkulationen upprätthölls med hjälp av flödesmotorer (se materialtabellen). Hälften av samhällena i varje akvarium (n = 2 samhällen/akvarium) utfodrades med Artemia nauplii två gånger i veckan, medan de andra samhällena inte utfodrades. Varje utfodringstillfälle varade i 4 timmar och genomfördes i två oberoende temperaturspecifika utfodringsbassänger. Under utfodringen flyttades alla samhällen till utfodringsbassängerna, inklusive de omatade samhällena, för att standardisera den potentiella stresseffekten av att flytta kolonierna mellan bassängerna. Samhällena i de utfodrade och omatade behandlingarna placerades i ett eget utrymme med hjälp av en maskad ram i de temperaturspecifika utfodringstankarna så att endast samhällena i utfodringstillstånd fick mat. Korallernas reproduktionsförmåga och tidpunkt bedömdes för varje koloni dagligen kl. 09.00 genom att räkna antalet larver som hade släppts ut i larvuppsamlingsbehållarna under natten.

Protocol

1. Hängande korallkolonieri ex situ vattenbrukstankar Placera en skårad stång (längd x bredd x höjd: 75 cm x 1 cm x 3 cm), nedan kallad “hängande stång”, tvärs över odlingstanken som förberedelse för upphängning av korallkolonierna.OBS: Upphängstången som användes i detta experiment var skräddarsydd, men ett enkelt PVC-rör med utskjutande skruvar (dvs. för att fungera som skåror) skulle vara tillräckligt så länge det kan placeras på ett stabilt sätt över to…

Representative Results

De beskrivna protokollen möjliggjorde (1) jämförelse av reproduktionsproduktion och tidpunkt för enskilda korallkolonier mellan olika födo- och temperaturbehandlingar och (2) en bedömning av genomförbarheten av Artemia nauplii-utfodring vid olika temperaturer. Här ges en kort översikt över resultaten, men försiktighet bör iakttas när det gäller den breda tolkningen av de rapporterade effekterna av temperatur och utfodring på korallreproduktion på grund av experimentets kortsiktiga karaktär (dvs….

Discussion

Denna preliminära bedömning av effekten av temperatur och utfodring på korallreproduktionen avslöjade skillnader i reproduktionskapacitet och tidpunkt mellan kolonier som odlats under olika behandlingsförhållanden. Vidare visade det sig att utfodring av Artemia nauplii till korallkolonier verkade vara effektivt vid relativt svala (24 °C) såväl som varma temperaturer (28 °C). Dessa kombinerade fynd belyser tillämpligheten av dessa enkla tekniker för utfodring och odling av reproducerande skleractinska…

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