Effectieve technieken voor de voeding en ex situ kweek van een broedend scleractinisch koraal, Pocillopora acuta

Summary

Klimaatverandering heeft wereldwijd gevolgen voor ecosystemen van koraalriffen. Koralen afkomstig van ex situ aquacultuursystemen kunnen helpen bij het ondersteunen van herstel- en onderzoeksinspanningen. Hierin worden voedings- en koraalkweektechnieken geschetst die kunnen worden gebruikt om het langdurig onderhoud van broedende scleractinische koralen ex situ te bevorderen.

Abstract

Klimaatverandering beïnvloedt de overleving, groei en rekrutering van koralen wereldwijd, met grootschalige verschuivingen in overvloed en gemeenschapssamenstelling die de komende decennia worden verwacht in rifecosystemen. Erkenning van deze aantasting van het rif heeft geleid tot een reeks nieuwe, op onderzoek en herstel gebaseerde actieve interventies. Aquacultuur ex situ kan een ondersteunende rol spelen door het opstellen van robuuste koraalkweekprotocollen (bijv. om de gezondheid en voortplanting te verbeteren in langetermijnexperimenten) en door het bieden van een consistente aanvoer van broedbestanden (bijv. voor gebruik in herstelprojecten). Hier worden eenvoudige technieken voor het voeden en ex situ kweken van broedende scleractinische koralen geschetst met het gewone en goed bestudeerde koraal, Pocillopora acuta, als voorbeeld. Om deze aanpak te demonstreren, werden koraalkolonies blootgesteld aan verschillende temperaturen (24 °C vs. 28 °C) en voedingsbehandelingen (gevoed vs. niet-gevoed) en werd de voortplantingsoutput en -timing, evenals de haalbaarheid van het voeren van Artemia nauplii aan koralen bij beide temperaturen, vergeleken. De voortplantingsoutput vertoonde een grote variatie tussen kolonies, met verschillende trends waargenomen tussen de temperatuurbehandelingen; bij 24 °C produceerden gevoede kolonies meer larven dan niet-gevoede volken, maar het tegenovergestelde werd gevonden in kolonies die bij 28 °C werden gekweekt. Alle kolonies plantten zich voort vóór de volle maan, en verschillen in voortplantingstiming werden alleen gevonden tussen niet-gevoede kolonies in de 28 °C-behandeling en gevoede kolonies in de 24 °C-behandeling (gemiddelde maandag van voortplanting ± standaarddeviatie: respectievelijk 6,5 ± 2,5 en 11,1 ± 2,6). De koraalkolonies voedden zich efficiënt met Artemia nauplii bij beide behandelingstemperaturen. Deze voorgestelde voedings- en kweektechnieken richten zich op het verminderen van koraalstress en het bevorderen van een reproductieve levensduur op een kosteneffectieve en aanpasbare manier, met veelzijdige toepasbaarheid in zowel doorstroom- als recirculerende aquacultuursystemen.

Introduction

Veel ecosystemen van koraalriffen wereldwijd gaan verloren en degraderen als gevolg van stress bij hoge temperaturen als gevolg van klimaatverandering ^1,2. Koraalverbleking (d.w.z. de afbraak van de symbiose tussen koraal en algen³) werd in het verleden als relatief zeldzaam beschouwd⁴, maar komt nu vaker voor⁵, waarbij jaarlijkse verbleking naar verwachting in veel regio’s zal optreden tegen het midden tot het einde van de eeuw ^6,7. Deze verkorting van de tussenliggende periode tussen bleekgebeurtenissen kan de capaciteit voor veerkracht van het rif beperken⁸. De directe effecten van stress bij hoge temperaturen op koraalkolonies (bijv. weefselbeschadiging⁹; energie-uitputting¹⁰) zijn intrinsiek verbonden met indirecte effecten op het niveau van rifschaal, waarvan een vermindering van de reproductie-/rekruteringscapaciteit van bijzonder belang is¹¹. Dit heeft geleid tot een reeks toegepast onderzoek naar bijvoorbeeld de actieve in situ verbetering van rekrutering (bijv. rifzaaien¹²), nieuwe technologieën voor het opschalen van koraalherstel¹³ en de simulatie van voortplantingssignalen om voortplanting te induceren in ex situ-systemen ¹⁴. Complementair aan deze actieve interventies zijn de recente erkenning van de voordelen van heterotrofe voeding bij koralen onder hoge temperatuurstress¹⁵ en de verkenning van de rol die voedselvoorziening kan spelen bij de voortplanting¹⁶.

Het is bekend dat heterotrofe voeding de prestaties van koralen^{beïnvloedt 17} en is specifiek in verband gebracht met verhoogde koraalgroei^18,19, evenals thermische weerstand en veerkracht^20,21. Toch zijn de voordelen van heterotrofie niet alomtegenwoordig bij koraalsoorten²² en kunnen ze verschillen op basis van het soort voedsel dat wordt geconsumeerd 23, evenals het niveau van blootstelling aan licht²⁴. In de context van de voortplanting van koralen heeft heterotrofe voeding variabele resultaten opgeleverd, waarbij waarnemingen van zowel een hogere²⁵ als een lagere²⁶ voortplantingscapaciteit na heterotrofe voeding worden gerapporteerd. De invloed van heterotrofe voeding op de voortplanting van koralen over een temperatuurspectrum wordt zelden beoordeeld, maar in het gematigde koraal Cladocora caespitosa bleek heterotrofie belangrijker te zijn voor de voortplanting onder lagere temperatuuromstandigheden^. Een beter begrip van de rol van temperatuur en voeding op de voortplantingsoutput is waarschijnlijk nodig om te bepalen of specifieke riffen (bijv. riffen die verband houden met een hoge beschikbaarheid van^voedsel28) een hogere rekruteringscapaciteit hebben onder klimaatverandering.

Net als bij de voortplantingsoutput blijft het effect van temperatuur en voeding op de voortplantingstiming bij koralen relatief onderbelicht, ondanks het feit dat de synchronisatie van voortplanting met abiotische/biotische omstandigheden een belangrijke overweging is voor rekruteringssucces in een opwarmende oceaan²⁹. Van warmere temperaturen is aangetoond dat ze resulteren in eerdere voortplanting in thermische conditioneringsstudies van koraal die in het laboratorium zijn uitgevoerd³⁰, en dit is ook waargenomen bij koralen die in seizoenen zijn verzameld uit natuurlijke riffen³¹. Toch is het interessant dat onlangs de tegenovergestelde trend werd waargenomen bij gevoede koralen die in de loop van 1 jaar werden gekweekt in een ex situ doorstroomsysteem (d.w.z. voortplanting vond eerder in de maancyclus plaats bij koelere wintertemperaturen en later in de maancyclus bij warmere zomertemperaturen)³². Dit contrasterende resultaat suggereert dat de voortplantingstiming kan afwijken van typische patronen onder omstandigheden die verband houden met overvloedige energetische bronnen.

Gecontroleerde experimenten op lange termijn onder verschillende temperatuurscenario’s kunnen bijdragen aan een beter begrip van de invloed van heterotrofie op de voortplanting in scleractinische koralen. Het handhaven van reproducerende koraalkolonies onder ex situ-omstandigheden voor meerdere voortplantingscycli kan echter een uitdaging zijn (maar zie eerder onderzoek^32,33). Hierin worden eenvoudige en effectieve technieken beschreven voor het actief voeden (voedselbron: Artemia nauplii) en het langdurig kweken van een broedend koraal (Pocillopora acuta) in een doorstroomsysteem van aquacultuur; Toch moet worden opgemerkt dat alle beschreven technieken ook kunnen worden gebruikt in recirculerende aquacultuursystemen. Om deze technieken te demonstreren, werd een voorlopige vergelijking gemaakt van de voortplantingsoutput en timing van koraalkolonies die bij 24 °C en 28 °C werden gehouden onder “gevoede” en “niet-gevoede” behandelingen. Deze temperaturen zijn gekozen om de zeewatertemperaturen in respectievelijk de winter en de zomer in het zuiden van Taiwan te benaderen^30,34; Er werd niet gekozen voor een hogere temperatuur omdat het bevorderen van langdurige ex situ kweek, in plaats van het testen van de reactie van koralen op thermische stress, een primair doel van dit experiment was. Verder werd de dichtheid van Artemia nauplii voor en na de voedingssessies gekwantificeerd om de haalbaarheid van heterotrofe voeding bij beide temperatuurbehandelingen te vergelijken.

In het bijzonder werden 24 kolonies van P. acuta (gemiddelde totale lineaire verlenging ± standaarddeviatie: 21,3 cm ± 2,8 cm) verkregen uit doorstroomtanks in de onderzoeksfaciliteiten van het National Museum of Marine Biology & Aquarium, Zuid-Taiwan. Pocillopora acuta is een veel voorkomende koraalsoort die zowel een uitgezonden paai- als een typisch broedende voortplantingsstrategie bezit^35,36. De ouderkolonies van deze koralen werden oorspronkelijk verzameld uit het Outlet-rif (21.931 ° E, 120.745 ° N) ongeveer 2 jaar eerder voor een ander experiment³². Bijgevolg waren de koraalkolonies die in het huidige experiment werden gebruikt, hun hele leven lang gekweekt onder ex situ kweekomstandigheden; In het bijzonder werden de kolonies blootgesteld aan omgevingstemperatuur en een 12 h:12 h licht: donkercyclus bij 250 μmol quanta m−²·s⁻¹ en kregen ze tweemaal per week Artemia nauplii te eten. We erkennen dat deze langdurige ex situ-cultuur van invloed kan zijn geweest op hoe de kolonies reageerden op de behandelingsomstandigheden in dit experiment. We willen daarom benadrukken dat het primaire doel hier is om te illustreren hoe de beschreven technieken effectief kunnen worden gebruikt om koralen ex situ te kweken door een toegepast voorbeeld te demonstreren waarin de effecten van temperatuur en voeding op de voortplanting van koralen werden beoordeeld.

Koraalkolonies werden gelijkmatig verdeeld over zes doorstroomsysteemkweektanks (binnenlengte van de tank x breedte x hoogte: 175 cm x 62 cm x 72 cm; lichtregime van de tank: 12 uur: 12 uur licht: donkercyclus bij 250 μmol quanta m−²·s⁻¹) (Figuur 1A). De temperatuur in drie van de tanks werd vastgesteld op 28 °C en de temperatuur in de andere drie tanks op 24 °C; elke tank had een logger die elke 10 minuten de temperatuur registreerde (zie de materiaaltabel). De temperatuur werd in elke tank afzonderlijk geregeld met behulp van koelmachines en verwarmers, en de watercirculatie werd gehandhaafd met behulp van stromingsmotoren (zie de materiaaltabel). De helft van de volken in elk aquarium (n = 2 volken/bak) kreeg twee keer per week Artemia nauplii, terwijl de andere volken niet werden gevoerd. Elke voedingssessie duurde 4 uur en werd uitgevoerd in twee onafhankelijke temperatuurspecifieke voedingstanks. Tijdens het voeren werden alle kolonies naar de voerbakken verplaatst, inclusief de niet-gevoede volken, om het potentiële stresseffect van het verplaatsen van de kolonies tussen de tanks te standaardiseren. De volken in de gevoede en niet-gevoede behandelingen werden in hun eigen compartiment geplaatst met behulp van een gaasframe in de temperatuurspecifieke voertanks, zodat alleen de volken in de gevoede toestand voedsel kregen. De voortplantingsoutput en timing van het koraal werden dagelijks om 09:00 uur voor elke kolonie beoordeeld door het aantal larven te tellen dat ‘s nachts in de larvale verzamelcontainers was vrijgelaten.

Protocol

1. Hangende koraalkoloniesin ex situ aquacultuurtanks Plaats een getande staaf (lengte x breedte x hoogte: 75 cm x 1 cm x 3 cm), hierna “ophangstang” genoemd, over de kweekbak ter voorbereiding op het ophangen van de koraalkolonies.OPMERKING: De ophangstang die in dit experiment werd gebruikt, was op maat gemaakt, maar een eenvoudige PVC-buis met uitstekende schroeven (d.w.z. om als inkepingen te fungeren) zou voldoende zijn zolang deze op een stabiele manier over de bovenkant van …

Representative Results

De beschreven protocollen maakten het mogelijk om (1) de reproductieve output en timing van individuele koraalkolonies te vergelijken tussen verschillende voedings- en temperatuurbehandelingen en (2) een beoordeling van de haalbaarheid van Artemia nauplii-voeding bij verschillende temperaturen. Hierin wordt een kort overzicht gegeven van de bevindingen, maar voorzichtigheid is geboden met betrekking tot de brede interpretatie van de gerapporteerde effecten van temperatuur en voeding op de voortplanting van koraa…

Discussion

Deze voorlopige beoordeling van het effect van temperatuur en voeding op de voortplanting van koraal onthulde verschillen in voortplantingsoutput en timing tussen kolonies die onder verschillende behandelingsomstandigheden werden gekweekt. Verder bleek het voeren van Artemia nauplii aan koraalkolonies effectief te zijn bij zowel relatief koele (24°C) als warme temperaturen (28°C). Deze gecombineerde bevindingen benadrukken de toepasbaarheid van deze eenvoudige technieken voor het voeden en kweken van reproduce…

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