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Biology

우울한 Scleractinian 산호, Pocillopora acuta의 먹이 및 Ex Situ 배양을 위한 효과적인 기술

Published: June 23, 2023
doi:
10.3791/65395
, , , ,
1Department of Planning and Research,National Museum of Marine Biology & Aquarium, 2Department of Marine Biotechnology and Resources,National Sun Yat-sen University

Summary

기후 변화는 전 세계적으로 산호초 생태계에 영향을 미치고 있습니다. 현장 양식 시스템에서 공급되는 산호는 복원 및 연구 노력을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기에서, 부 화하는 경피성 산호의 장기적인 유지를 현장에서 촉진하는 데 사용될 수 있는 먹이 및 산호 배양 기술이 요약되어 있습니다.

Abstract

기후 변화는 전 세계적으로 산호의 생존, 성장 및 모집에 영향을 미치고 있으며, 향후 수십 년 동안 산호초 생태계에서 산호의 풍부함과 군집 구성에 큰 변화가 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 산호초 황폐화에 대한 인식은 다양한 새로운 연구 및 복원 기반 적극적인 개입을 촉발했습니다. Ex situ 양식업은 강력한 산호 배양 프로토콜(예: 장기 실험에서 건강 및 번식 개선)의 수립과 일관된 육추 공급(예: 복원 프로젝트에 사용)을 통해 지원 역할을 할 수 있습니다. 여기에서는 잘 연구된 흔한 산호인 Pocillopora acuta를 예로 들어 알을 낳는 경피성 산호의 먹이 주기 및 현장 배양을 위한 간단한 기술을 간략하게 설명합니다. 이 접근법을 입증하기 위해 산호 군락을 서로 다른 온도(24°C 대 28°C)와 먹이 처리(먹이 대 먹이지 않음)에 노출시켰고, 번식 생산량과 타이밍, 그리고 두 온도 모두에서 산호에 아르테미아 나우플리를 먹이는 타당성을 비교했습니다. 번식 생산량은 군체에 걸쳐 높은 변동을 보였으며 온도 처리 간에 관찰된 다른 경향을 보였습니다. 24°C에서 먹이를 먹은 군집은 먹이를 먹지 않은 군체보다 더 많은 유충을 생산했지만 28°C에서 배양된 군체에서는 그 반대가 발견되었습니다. 모든 군체는 보름달 이전에 번식했으며, 번식 시기의 차이는 28°C 처리에서 먹이를 먹지 않은 군체와 24°C 처리에서 먹이를 먹은 군체 사이에서만 발견되었습니다(평균 번식 ± 표준 편차: 각각 6.5 ± 2.5 및 11.1 ± 2.6). 산호 군락은 두 처리 온도 모두에서 Artemia nauplii를 효율적으로 먹었습니다. 이러한 제안된 먹이 및 배양 기술은 산호 스트레스의 감소와 비용 효율적이고 맞춤형 방식으로 생식 수명을 촉진하는 데 중점을 두고 있으며, 유동 및 재순환 양식 시스템 모두에 다양한 적용 가능성이 있습니다.

Introduction

전 세계적으로 많은 산호초 생태계가 기후 변화로 인한 고온 스트레스의 결과로 손실되고 악화되고 있습니다 1,2. 산호 백화 현상(즉, 산호-조류 공생의 붕괴3)은 과거에는 비교적 드문 것으로 여겨졌으나,4 현재는 더 빈번하게 발생하고 있다.5 매년 백화 현상이 세기 중반에서 후반까지 많은 지역에서 발생할 것으로 예상된다6,7. 백화 현상 사이의 중간 기간의 이러한 단축은 산호초 복원력의 능력을 제한할 수 있다8. 산호 군락에 대한 고온 스트레스의 직접적인 영향(예: 조직 손상9; 에너지 고갈10)은 산호초 규모 수준에서의 간접적인 영향과 본질적으로 연관되어 있으며, 그 중 번식/모집 능력의 감소가 특히 우려된다11. 이는 예를 들어, 적극적인 in situ 모집 강화(예: 리프 파종(reef seeding)12), 산호 복원(coral restoration)13 및 제자리 시스템(ex situ system)14에서 번식을 유도하기 위한 생식 단서의 시뮬레이션을 탐구하는 다양한 응용 연구에 박차를 가했다. 이러한 적극적인 개입을 보완하는 것은 고온 스트레스 하에서 산호의 종속영양 섭식(heterotrophic feeding)의 이점에 대한 최근의 인식과 번식16에서 먹이 공급이 할 수 있는 역할에 대한 탐구이다.

종속영양 섭식은 산호의 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며17 특히 산호 성장(18,19)과 열 저항성 및 복원력(20,21)의 증가와 관련이 있다. 그러나, 종속영양의 이점은 산호 종들 사이에서22 어디에나 있지 않으며, 섭취되는 음식의 종류23 및 빛 노출의 수준24에 따라 달라질 수 있다. 산호 번식의 맥락에서, 종속영양 섭식은 종속영양 섭식 후 더 높은25 및 더 낮은26 번식 능력의 관찰과 함께 다양한 결과를 보여주었습니다. 다양한 온도에서 종속영양 섭식이 산호 번식에 미치는 영향은 거의 평가되지 않지만, 온대 산호 Cladocora caespitosa에서는 종속영양이 저온 조건에서 번식에 더 중요한 것으로 밝혀졌다27. 온도의 역할과 번식 생산량에 대한 먹이에 대한 더 나은 이해는 특정 산호초(예: 높은 식량 가용성과 관련된 산호초28)가 기후 변화 하에서 더 높은 모집 능력을 가지고 있는지 여부를 결정하기 위해 필요할 수 있다.

번식 출력과 유사하게, 산호의 번식 시기와 온도와 섭식의 영향은 온난화되는 바다에서 모집 성공에 중요한 고려 사항임에도 불구하고 비생물적/생물적 조건과 번식의 동기화가 상대적으로 덜 연구된 상태로 남아 있다29. 따뜻한 온도는 실험실에서 수행된 산호 열 조절 연구에서 더 일찍 번식하는 것으로 나타났으며(30), 이는 계절31에 걸쳐 자연 산호초에서 채취한 산호에서도 관찰되었습니다. 그러나 흥미롭게도, 최근 현장 유동 시스템( ex situ flow-through system)에서 1년 동안 배양된 먹이 산호(faed corals)에서는 이와 반대의 경향을 관찰했다(즉, 번식은 더 시원한 겨울 기온에서 달의 주기 초기에 발생했고, 더 따뜻한 여름 기온에서 달의 주기에서 더 늦게 발생했다)32. 이 대조적인 결과는 번식 시기가 풍부한 에너지 자원과 관련된 조건 하에서 전형적인 패턴에서 벗어날 수 있음을 시사한다.

다양한 온도 시나리오에서 장기적으로 통제된 실험은 경화성 산호의 번식에 대한 종속영양의 영향을 더 잘 이해하는 데 기여할 수 있습니다. 그러나 여러 번식 주기 동안 현장 조건에서 번식하는 산호 군체를 유지하는 것은 어려울 수 있습니다(그러나 이전 연구32,33 참조). 본원에서, 유동 양식 시스템에서 육화 산호(Pocillopora acuta)의 활성 섭식(먹이 공급원: Artemia nauplii) 및 장기 배양을 위한 간단하고 효과적인 기술이 설명됩니다. 그러나 설명된 모든 기술은 재순환 양식 시스템에도 사용할 수 있습니다. 이러한 기술을 입증하기 위해 24 °C 및 28 °C에서 “먹이를주는”및 “먹이를주지 않은”처리하에서 산호 군집의 번식 생산량과 타이밍을 예비 비교했습니다. 이 온도는 대만 남부의 겨울과 여름에 각각 해수 온도를 근사화하기 위해 선택되었습니다30,34; 열 스트레스에 대한 산호 반응을 테스트하는 대신 장기적인 현장 배양을 촉진하는 것이 이 실험의 주요 목표였기 때문에 더 높은 온도를 선택하지 않았습니다. 또한, 섭식 세션 전후의 Artemia nauplii의 밀도를 정량화하여 두 온도 처리에서 종속영양 섭식의 타당성을 비교했습니다.

구체적으로, 대만 남부에 있는 국립 해양 생물학 및 수족관 박물관(National Museum of Marine Biology & Aquarium)의 연구 시설에 있는 유동 탱크에서 P. acuta(평균 총 선형 연장 ± 표준 편차: 21.3cm ± 2.8cm)의 24개 콜로니를 얻었습니다. Pocillopora acuta는 방송 산란이지만 일반적으로 번식 전략을 모두 가지고 있는 일반적인 산호 종입니다35,36. 이 산호들의 모체는 원래 다른 실험32를 위해 약 2년 전에 아울렛 암초(21.931°E, 120.745°N)에서 수집되었다. 결과적으로, 본 실험에 사용된 산호 군집은 현장 배양 조건 하에서 평생을 동안 사육되었다. 구체적으로, 콜로니는 주변 온도와 250μmol 양자 m−2·s−1에서 12시간 : 12시간 빛: 암흑 주기에 노출되고 일주일에 두 번 Artemia nauplii를 먹였습니다. 우리는 이 장기간의 현장 외 배양이 이 실험의 처리 조건에 군체가 반응하는 방식에 영향을 미쳤을 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러므로, 우리는 여기서 일차적인 목적이 산호 번식에 대한 온도와 먹이의 영향을 평가한 응용 예를 보여줌으로써 설명된 기술이 현장에서 산호를 배양하는 데 어떻게 효과적으로 사용될 수 있는지 설명하는 것임을 강조하고 싶습니다.

산호 군집은 6개의 유동 시스템 배양 탱크(탱크 내부 길이 x 너비 x 높이: 175cm x 62cm x 72cm, 탱크 조명 체제: 12시간:12시간 빛:250μmol 양자 m−2·s−1)에 고르게 분포되었습니다(그림 1A). 탱크 중 3 개의 온도는 28 °C로 설정되었고 다른 3 개의 탱크의 온도는 24 °C로 설정되었습니다. 각 탱크에는 10분마다 온도를 기록하는 로거가 있었습니다( 재료 표 참조). 온도는 냉각기 및 히터를 사용하여 각 탱크에서 독립적으로 제어되었으며 물 순환은 유량 모터를 사용하여 유지되었습니다( 재료 표 참조). 각 탱크의 콜로니의 절반(n = 2개의 콜로니/탱크)은 일주일에 두 번 Artemia nauplii를 먹였고 다른 콜로니는 먹이를 주지 않았습니다. 각 공급 세션은 4시간 동안 지속되었으며 두 개의 독립적인 온도별 공급 탱크에서 수행되었습니다. 먹이를 주는 동안, 먹이를 주지 않은 집체를 포함하여 모든 집체를 먹이 탱크로 이동시켜 탱크 사이에서 집체를 이동하는 잠재적인 스트레스 효과를 표준화했습니다. 먹이를 먹은 집락과 먹이를 주지 않은 처리의 군집은 온도별 공급 탱크 내의 메쉬 프레임을 사용하여 자체 구획에 배치되어 먹이를 먹은 상태의 집락만 먹이를 받았습니다. 산호 번식 생산량과 타이밍은 매일 오전 09:00에 밤새 유충 수집 용기에 방출된 유충의 수를 계산하여 각 군체에 대해 평가되었습니다.

Protocol

1. 거는 산호 colonies in ex situ 양식 탱크 산호 군락을 걸 준비를 위해 배양 탱크를 가로질러 노치 막대(길이 x 너비 x 높이: 75cm x 1cm x 3cm)를 배치합니다.참고: 이 실험에 사용된 행잉 바는 맞춤 제작되었지만 배양 탱크 상단을 가로질러 안정적인 방식으로 배치할 수 있고 산호를 담을 수 있을 만큼 충분히 강하다면 돌출된 나사가 있는 간단한 PVC 파이프(즉, 노치 역할)로 ?…

Representative Results

설명된 프로토콜은 (1) 별개의 먹이 및 온도 처리 중에서 개별 산호 군집의 번식 생산량 및 타이밍을 비교하고 (2) 다양한 온도에서 Artemia nauplii 먹이의 타당성 평가를 허용했습니다. 여기에서, 발견에 대한 간략한 개요가 제공되지만, 이 실험의 단기적 특성(즉, 단 하나의 번식 주기)과 현장 조건에 적응된 산호 군집의 사용으로 인해 산호 번식에 대한 온도와 섭식의 보고된 효과에 대?…

Discussion

온도와 먹이가 산호 번식에 미치는 영향에 대한 이 예비 평가는 뚜렷한 처리 조건에서 배양된 군체 간의 번식 생산량과 시기의 차이를 보여주었습니다. 또한, 산호 군락에 아르테미아 나우플리(Artemia nauplii)를 먹이는 것은 따뜻한 온도(28°C)뿐만 아니라 상대적으로 시원한 온도(24°C)에서도 효과적인 것으로 나타났습니다. 이러한 결합된 발견은 현장 양식 시스템에서 (P. acuta를 ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 연구는 대만 과학기술부(Ministry of Science and Technology)의 지원을 받았으며 보조금 번호는 MOST 111-2611-M-291-005 및 MOST 111-2811-M-291-001입니다.

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
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References

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Lam, K., McRae, C. J., Liu, Z., Zhang, X., Fan, T. Effective Techniques for the Feeding and Ex Situ Culture of a Brooding Scleractinian Coral, Pocillopora acuta. J. Vis. Exp. (196), e65395, doi:10.3791/65395 (2023).
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