Name: Arcas de arrecifes de coral: un mesocosmos in situ y un conjunto de herramientas para ensamblar comunidades de arrecifes (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-06T13:55:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: Aprenda a construir Arcas de Coral, estructuras geodésicas modulares para investigar comunidades de arrecifes in situ. Esta plataforma escalable permite estudiar la dinámica ecológica marina y la respuesta a cambios ambientales.

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Agradecemos a Mark Vermeij, Kristen Marhaver y a la Fundación de Investigación CARMABI en Curazao por proporcionar recursos, apoyo y conocimiento para este proyecto. Agradecemos al Programa de Restauración de NAVFAC Atlantic Vieques y al equipo de Ingeniería de Jacobs por su importante apoyo logístico y técnico en la instalación, mantenimiento y monitoreo de las Arcas de Coral en Vieques. También agradecemos a Mike Anghera, Toni Luque, Cynthia Silveira, Natascha Varona, Andrés Sánchez-Quinto, Lars ter Horst y Ben Darby por su ayuda y aporte constructivo en el campo. Esta investigación fue financiada por un Premio al Investigador de Simbiosis Acuática de la Fundación Gordon y Betty Moore a FLR <https://doi.org/10.37807/GBMF9207> y por el Programa de Certificación de Tecnología de Seguridad Ambiental del Departamento de Defensa (RC20-5175).

Los autores no tienen intereses financieros contrapuestos u otros conflictos de intereses.

Los resultados representativos presentados anteriormente demuestran que los Arcas de Coral proporcionan un hábitat y mejores condiciones de calidad del agua para ensamblar comunidades de arrecifes en plataformas de investigación estables e in situ. Las arcas y los sitios de control del fondo marino a la misma profundidad mostraron consistentemente diferentes perfiles de calidad del agua. Las velocidades de corriente promedio más altas y la mayor distancia de la costa redujeron la sedimentación y la turbidez en el ambiente de aguas medias en los sitios de Arks (Figura 6B), lo que probablemente contribuyó a las concentraciones más bajas de carbono orgánico disuelto medido en las Arcas (Figura 6F). Además, estas mejoras en la claridad del agua dieron como resultado intensidades de luz diurnas elevadas en las Arcas en relación con los sitios de control (Figura 6A). Las fluctuaciones más bajas en el oxígeno disuelto indican una mejor disponibilidad de oxígeno para los corales en las Arcas en comparación con los bentos, especialmente por la noche (Figura 6G). Todas estas métricas se han asociado con mejoras en la supervivencia de los corales 42, el crecimiento 43,44,45 y la recuperación del estrés 46,47 en trabajos anteriores y pueden estar relacionadas con mejores resultados de supervivencia de los corales translocados a Arks en comparación con los sitios de control bentónicos (Figura 8 ). El hecho de que estas condiciones persistan incluso después de la acumulación de biomasa sustancial a través de la bioincrustación indica que los procesos naturales de reclutamiento no disminuyen las características mejoradas de calidad del agua del medio ambiente. Las arcas se desplegaron a 3 km de la costa de los sitios de control bentónico y probablemente se beneficiaron de la disminución de las entradas de sedimentos derivados terrestres, nutrientes y posiblemente presiones pesqueras que desafían los sitios cercanos a la costa. Ubicar Arcas en áreas con agua limpia y bajo impacto humano (como en alta mar) puede proporcionar un mejor entorno que las zonas costeras fuertemente afectadas para propagar la biodiversidad de los arrecifes para experimentos a nivel de mesocosmos.
Los hallazgos preliminares también sugirieron que las Arcas de aguas medias experimentaron menos microbialización, un proceso de arrecife central asociado con la degradación de los hábitats de arrecifes bentónicos 4,48. Los altos aportes de nutrientes y la sobrepesca se han identificado como impulsores de los circuitos de retroalimentación trófica en todo el arrecife en los que proliferan las comunidades microbianas energéticamente desestabilizadas, lo que resulta en la reducción respiratoria del oxígeno metabólicamente disponible y la mayor incidencia de patógenos de coral en el bentos 6,49,50,51 . La reducción de la abundancia de virus libres en los arrecifes microbianizados, que sirven como control lítico primario sobre el crecimiento de la comunidad microbiana, indica una ruptura en la estructura trófica que favorece una mayor expansión microbiana52. Los microbios asociados a la columna de agua en los Arcas eran menos abundantes (Figura 7B) y físicamente más pequeños (Figura 7D) que en los sitios del fondo marino. Las Arcas también mostraron mayores proporciones de virus a microbio (Figura 7A), abundancia de virus libres (Figura 7C) y disponibilidad de oxígeno disuelto, particularmente por la noche (Figura 6G). Tomados en conjunto, estos hallazgos indican que el ambiente de aguas medias mostró menos potencial de microbianización en relación con los sitios del fondo marino. Las arcas, como mesocosmos en los que las condiciones ambientales pueden alterarse simplemente mediante el ajuste vertical en la columna de agua, ofrecen una oportunidad para mitigar y explorar más a fondo los mecanismos microbianos y moleculares de la degradación de los arrecifes.
Se seleccionaron esferas geodésicas de dos frecuencias diferentes para el diseño de las Arcas de Coral presentadas aquí (Figura 1). La frecuencia geodésica (1V, 2V, 3V) indica el número de subelementos repetitivos en una esfera geodésica, con frecuencias más altas que corresponden a un mayor número de subelementos triangulares. Desde una perspectiva estructural, los poliedros geodésicos distribuyen el estrés mecánico por toda la estructura, lo que resulta en una alta resistencia innata para su tamaño53,54. Estas características proporcionan una alta durabilidad y longevidad, pero tienen el costo de una mayor resistencia hidrodinámica, lo que puede resultar en mayores cargas en el sistema de amarre. Desde una perspectiva de hábitat, el arrastre generado por un sistema Ark representa un indicador de la difusión del momento dentro de la estructura y, por lo tanto, el grado en que se reduce el flujo ambiental interno. Los resultados modelados y validados experimentalmente indican una reducción del 40% -70% en la velocidad de flujo dentro de las Arcas "Concha" en relación con el campo de flujo circundante debido a la generación de flujo turbulento dentro de las estructuras (ver Sección 6 del Archivo Suplementario 1). Si bien el nivel óptimo de reducción del flujo interno no está claro (y difiere con la frecuencia geodésica), las áreas de flujo reducido dentro de la estructura son importantes para crear hábitats de nicho 55,56, remineralizar nutrientes 57,58 y promover la retención y asentamiento de larvas 59,60 . En general, las estructuras geodésicas más grandes y de mayor frecuencia, particularmente en sitios de instalación más expuestos, requieren sistemas de anclaje con mayor poder de retención y más redundancia incorporada en el diseño estructural.
Los resultados de las mediciones basadas en el campo del componente de arrastre de la tensión en el sistema de amarre "Shell" Ark coincidieron estrechamente con los resultados generados a partir de las estimaciones de remolque modeladas y experimentales (Figura 4) y estuvieron dentro de los rangos de diseño esperados. Estos resultados indican que los supuestos del modelo hidrodinámico son válidos y que el modelo puede predecir las fuerzas de arrastre sobre los rangos de corriente de fondo. Sin embargo, aunque las desviaciones en los datos modelados y experimentales fueron pequeñas, el rango de flujos durante el período de prueba, que fueron típicos de las velocidades de flujo ambientales no tormentosas en el sitio, no permitió una validación rigurosa en todo el espectro de modelado. Al predecir los requisitos de diseño de los sistemas de Coral Arks, los esfuerzos de modelado deben combinarse con información sobre la frecuencia de las tormentas y la exposición en los sitios de despliegue planificados para diseñar estructuras y sistemas de amarre que puedan sobrevivir a las fuerzas hidrodinámicas anticipadas. El trabajo de modelado presentado aquí se puede utilizar para diseñar sistemas Ark en otros sitios con entradas mínimas (tamaño deseado de Ark, frecuencia y velocidades de corriente promedio en el sitio de implementación) al proporcionar coeficientes de arrastre y fuerzas máximas esperadas en el sistema de amarre y anclaje.
Los sistemas Arks y ARMS son modulares y pueden construirse a diferentes escalas y con materiales alternativos a los descritos aquí. Aunque su longevidad final aún no se ha determinado, las Arcas de Coral fueron diseñadas para tener un ciclo de vida de aproximadamente 10 años. La composición material de los Arcas y ARMS afecta la longevidad de las estructuras, el peso de los sistemas y, por lo tanto, la flotabilidad requerida para compensar el peso y puede afectar la respuesta de las comunidades de incrustaciones tempranas (Archivo Suplementario 1-Figura S7). Por ejemplo, la piedra caliza proporciona un sustrato más natural para la colonización biológica en el ARMS y se obtiene de forma fácil y económica en la mayoría de las islas de arrecifes carbonatados, pero es más frágil y pesada que otros materiales como el PVC y la fibra de vidrio. Estos factores deben considerarse frente a las características específicas del sitio para diseñar ARMS, Arcas y sistemas de amarre que aborden mejor los resultados deseados del proyecto.
Los sitios de despliegue para Coral Arks también deben seleccionarse en función de los objetivos previstos del proyecto (es decir, investigación, mitigación o restauración). Los factores a considerar para la selección del sitio incluyen el acceso a los materiales, el estado o la condición del arrecife, la inversión / participación de la comunidad, la limitación de recursos, el apoyo institucional y los requisitos de permisos. Los Arcos de Coral pueden proporcionar oportunidades para satisfacer necesidades específicas en sitios que (1) contienen arrecifes de coral vivos que están en condiciones relativamente pobres y se beneficiarían de las actividades de restauración para mejorar el reclutamiento de corales, la cobertura de coral, la protección costera o los recursos alimentarios humanos; (2) tienen la necesidad de la translocación de corales a otro lugar, lo que puede ocurrir, por ejemplo, cuando existen requisitos legales para mover corales vivos de los artículos de escombros programados para su eliminación (en estos sitios, Coral Arks se puede usar en colaboración con, o en apoyo de, los esfuerzos existentes de restauración y plantación para mejorar los resultados de translocación); (3) requerir investigación sobre nuevas tecnologías de conservación y restauración utilizando Arcas de Coral para mejorar el éxito de los esfuerzos locales; o (4) tienen condiciones locales suficientemente distintas (es decir, diferente magnitud de impacto antropogénico), lo que significa que el mesocosmos estandarizado podría producir comparaciones significativas sobre los procesos e intervenciones de los arrecifes. Los enfoques específicos para monitorear aspectos del ecosistema de Coral Arks, como el crecimiento biológico, la diversidad y la química del agua, variarán entre los proyectos en función de los objetivos del proyecto y las variables específicas del sitio. Un esquema representativo para el monitoreo científico de las Arcas de Coral realizado hasta la fecha se proporciona en la Sección 5 del Archivo Suplementario 1.
El diseño de las estructuras de los Arcas de Coral puede acomodar corales de casi cualquier especie, tamaño y edad y debería proporcionar mejores condiciones en relación con los de un bentos de arrecife perturbado. Dependiendo de las tasas de crecimiento y calcificación observadas en un sistema dado, la adición de flotabilidad positiva a las estructuras de las Arcas puede ser necesaria para compensar el crecimiento biológico y reducir el riesgo de hundimiento. Las estructuras de agua media flotantes positivamente se pueden pesar utilizando una célula de carga de tensión/compresión, o galgas extensométricas, para determinar si el peso en el agua de la comunidad está aumentando (Figura 5). Las mediciones periódicas o a largo plazo utilizando la célula de carga pueden complementar otras métricas de crecimiento de coral de resolución más fina para generar una métrica de crecimiento / calcificación a nivel de comunidad y se han incluido como una tarea de mantenimiento regular para determinar si el sistema tiene suficiente flotabilidad positiva para compensar este crecimiento biológico a lo largo del tiempo. En el caso de que un Arca instalada ya no pueda ser monitoreada o mantenida, podría ser reubicada y / o la flotabilidad podría ser removida para permitir que el Arca esté firmemente unida al bentos.
Los métodos descritos aquí proporcionan a los investigadores un conjunto de herramientas versátil para ensamblar comunidades de arrecifes de aguas medias que pueden ubicarse en lugares con mejor calidad del agua. Al alterar la profundidad o la ubicación de las estructuras de las Arcas, los cambios en los parámetros de calidad del agua se pueden vincular experimentalmente a los cambios en la estructura de la comunidad de arrecifes y las trayectorias sucesionales. Esta característica de diseño permite a los investigadores explotar el espacio abundante y subutilizado en el ambiente de aguas medias para ensamblar y estudiar el mesocosmos de los arrecifes de coral. El uso de ARMS sembrados para translocar la biodiversidad críptica y dar un "impulso" al reclutamiento natural de invertebrados móviles de pastoreo proporciona una solución funcional para reducir la bioincrustación de algas y, por lo tanto, la competencia bentónica por los corales. El uso de estructuras de muestreo establecidas y estandarizadas como componentes de este sistema proporciona un valor agregado al permitir el monitoreo a largo plazo de comunidades crípticas en Arks y la comparación con conjuntos de datos generados utilizando ARMS como una herramienta de censo de biodiversidad global.
Las Arcas de Coral pueden servir como una plataforma más holística, integrada y autorregulada para propagar la biomasa de corales e invertebrados que luego se puede plantar en arrecifes degradados cercanos y puede proporcionar un refugio seguro para que los corales crezcan y se reproduzcan en condiciones mejoradas de calidad del agua. Como se está demostrando actualmente en Puerto Rico, Arks puede producir mejores resultados de supervivencia para proyectos de mitigación que involucran la reubicación de corales y biodiversidad de arrecifes de artículos de escombros o áreas degradadas. Las arcas tienen relevancia en proyectos a largo plazo como un método para reemplazar hábitats para poblaciones de peces, probar nuevas estrategias de conservación y preservar la biodiversidad de los arrecifes nativos. En el proceso, Arks proporciona herramientas versátiles para realizar estudios in situ de ensamblajes de arrecifes y sucesión ecológica y puede generar nuevos conocimientos sobre la conectividad de los arrecifes.

En todo el mundo, los ecosistemas de arrecifes de coral están experimentando transiciones de comunidades bentónicas dominadas por corales de alta biodiversidad a comunidades de menor diversidad dominadas por macroalgas de césped y carnosas 1,2,3. Décadas de progreso en la caracterización de los mecanismos de degradación de los arrecifes de coral han revelado cómo los vínculos entre las comunidades microbianas y macroorgánicas mejoran el ritmo y la gravedad de estas transiciones. Por ejemplo, la sobrepesca de arrecifes por parte de las poblaciones humanas inicia una cascada trófica en la que el exceso de azúcares derivados fotosintéticamente de algas no pastoreadas desvía la energía hacia las comunidades microbianas del arrecife, impulsando así la patogénesis y causando la disminución del coral 4,5,6. Esta degradación trófica se ve reforzada por la pérdida de biodiversidad en los arrecifes que resulta de la disminución de la calidad del agua 7,8. Los experimentos a nivel de mesocosmos se pueden utilizar para comprender mejor y mitigar la degradación trófica de las comunidades de arrecifes de coral al mejorar la biodiversidad y la calidad del agua, pero los desafíos logísticos dificultan la implementación in situ de estos estudios.
Una consecuencia de la degradación trófica en los arrecifes es la pérdida generalizada de biodiversidad críptica, gran parte de la cual permanece incaracterizada 7,9. Los corales dependen de un conjunto diverso de organismos crípticos de arrecife ("criptobiota") que apoyan su salud desempeñando un papel integral en la defensa de depredadores 10, limpieza 11, pastoreo de algas competidoras 12,13 y la regulación de la química del agua de arrecife 14,15. Hasta hace poco y debido a las limitaciones metodológicas de los estudios visuales, la criptobiota de arrecifes ha estado subrepresentada y poco comprendida en el contexto de la ecología de los arrecifes, y, por lo tanto, rara vez se consideran en los esfuerzos para restaurar o reconstruir los arrecifes. En la última década, el uso de unidades de asentamiento estandarizadas llamadas Estructuras Autónomas de Monitoreo de Arrecifes (ARMS) combinadas con enfoques de secuenciación de alto rendimiento ha permitido una mejor recolección y caracterización de la criptobiota de arrecifes16,17. Los ARMS reclutan pasivamente representantes de casi toda la biodiversidad conocida de arrecifes de coral y han ayudado a revelar numerosas funciones funcionales de organismos crípticos en procesos a escala de arrecife 9,18,19,20,21,22,23. Estas unidades de asentamiento, por lo tanto, proporcionan un mecanismo para translocar la biota críptica de los arrecifes junto con los corales con el fin de ensamblar comunidades de arrecifes más intactas con mecanismos biológicamente mediados, como el pastoreo, la defensa y la mejora de la calidad del agua local, que son esenciales para mantener la estructura trófica.
Los arrecifes dominados por corales prosperan en ambientes con mucha luz, bajos en nutrientes y bien oxigenados. Las actividades humanas como la urbanización, la agricultura y la sobrepesca han reducido la calidad del agua en muchos arrecifes de coral al aumentar los sedimentos, nutrientes, metales y otros compuestos en la escorrentía 24,25 y al alterar el ciclo biogeoquímico26. A su vez, estas actividades degradan las comunidades arrecifales a través de la asfixia, el agotamiento de la energía, la entrega de contaminantes asociados a la sedimentación27,28, potenciando el crecimiento de macroalgas que compiten con los corales29, aumentando la abundancia de patógenos microbianos6,30,31, y creando zonas hipóxicas que matan invertebrados crípticos 32,33 . Estos y otros "impactos locales" se ven agravados por los cambios regionales y globales en las condiciones oceánicas, incluido el aumento de las temperaturas y la disminución del pH, empeorando aún más las condiciones para los corales y otros organismos de arrecifes34,35. En la interfaz bentónica-agua, específicamente, la dinámica respiratoria y fotosintética de las comunidades bentónicas causa fluctuaciones diel en el pH y el oxígeno disuelto, que se vuelven más pronunciadas en arrecifes altamente degradados, creando así condiciones que los invertebrados bentónicos no pueden tolerar32,36,37,38 . Por lo tanto, proporcionar condiciones adecuadas de calidad del agua es esencial para reunir comunidades de arrecifes que funcionen, pero esto sigue siendo un desafío porque un número cada vez mayor de arrecifes están atrapados en diversos estados de degradación.
Muchos de los desafíos que enfrentan los corales y los taxones crípticos fundamentales en el bentos pueden superarse mediante la reubicación en el agua media, definida aquí como la columna de agua que se establece entre la superficie del océano y el fondo marino. En el ambiente de aguas medias, la calidad del agua mejora39,40, la sedimentación se reduce y la distancia desde el fondo marino amortigua las fluctuaciones en los parámetros asociados con el metabolismo bentónico. Estas características mejoran aún más al trasladarse mar adentro, donde los impactos antropogénicos terrestres, como la escorrentía derivada terrestremente, se diluyen cada vez más con la distancia de la costa. Aquí, presentamos y proporcionamos protocolos para construir, implementar y monitorear Coral Reef Arks, un enfoque que aprovecha las condiciones mejoradas de calidad del agua en el agua media e incorpora biodiversidad críptica en estructuras ancladas y positivamente flotantes para el ensamblaje de comunidades de arrecifes de coral.
Los sistemas de Arcas de Arrecife de Coral, o "Arcas", se componen de dos componentes principales: (1) una plataforma geodésica rígida suspendida elevada por encima del bentos y (2) BRAZOS cubiertos por organismos o "sembrados" que translocan la criptobiota de arrecifes de áreas bentónicas cercanas, complementando así los procesos de reclutamiento natural para proporcionar a los corales translocados una comunidad de arrecifes más diversa y funcional. Se seleccionó una estructura geodésica para maximizar la resistencia y minimizar el material de construcción (y, por lo tanto, el peso), así como para crear un entorno de flujo interno y turbulento análogo a la matriz del arrecife.
Dos diseños de Arcas se instalaron con éxito en dos sitios de campo del Caribe y actualmente se están utilizando para la investigación sobre el establecimiento de comunidades de arrecifes y la sucesión ecológica (Figura 1). Las estructuras de Coral Arks están destinadas a ser plataformas de investigación a largo plazo, y como tal, un enfoque principal de este manuscrito es describir los protocolos para ubicar, instalar, monitorear y mantener estas estructuras para maximizar su estabilidad y longevidad en el ambiente de aguas medias. Se utilizó una combinación de modelado y pruebas en el agua para evaluar las características de arrastre de las estructuras y ajustar el diseño para soportar las fuerzas hidrodinámicas anticipadas. Después de la instalación, se establecieron comunidades de arrecifes en los Arcas y en los sitios de control bentónico cercanos a la misma profundidad a través de una combinación de translocación activa (corales y unidades ARMS sembradas) y reclutamiento natural. Las condiciones de calidad del agua, la dinámica de la comunidad microbiana y la supervivencia de los corales en las Arcas se documentaron en varios puntos de tiempo a lo largo del período de sucesión temprana y se compararon con los sitios de control bentónico. Hasta la fecha, las condiciones asociadas con el entorno de las Arcas de Coral de aguas medias han sido consistentemente más favorables para los corales y sus consorcios crípticos asociados en relación con los sitios de control bentónicos vecinos a las mismas profundidades. Los métodos a continuación describen los pasos necesarios para replicar el enfoque de Arcas de Coral, incluida la forma de seleccionar sitios y diseñar e implementar estructuras de Arcas de Coral. Los enfoques sugeridos para monitorear las Arcas de Coral se incluyen en el Archivo Suplementario 1.

arcas de arrecifes de coral: un mesocosmos in situ y un conjunto de herramientas para ensamblar comunidades de arrecifes

Coral Reef Arks: An In Situ Mesocosm and Toolkit for Assembling Reef Communities

Los arrecifes de coral prosperan y proporcionan servicios ecosistémicos máximos cuando soportan una estructura trófica de varios niveles y crecen en condiciones favorables de calidad del agua que incluyen altos niveles de luz, flujo rápido de agua y bajos niveles de nutrientes. La mala calidad del agua y otros factores estresantes antropogénicos han causado la mortalidad de los corales en las últimas décadas, lo que lleva a la degradación trófica y la pérdida de complejidad biológica en muchos arrecifes. Las soluciones para revertir las causas de la degradación trófica siguen siendo difíciles de alcanzar, en parte porque los esfuerzos para restaurar los arrecifes a menudo se intentan en las mismas condiciones disminuidas que causaron la mortalidad de los corales en primer lugar. 
Los Arcos de Coral, estructuras de agua media positivamente flotantes, están diseñadas para proporcionar mejores condiciones de calidad del agua y una biodiversidad críptica de apoyo para que los corales translocados y reclutados naturalmente ensamblen mesocosmos de arrecifes saludables para su uso como plataformas de investigación a largo plazo. Las Estructuras Autónomas de Monitoreo de Arrecifes (ARMS), dispositivos de asentamiento pasivo, se utilizan para trasladar la biodiversidad críptica de los arrecifes a los Arcas de Coral, proporcionando así un "impulso" al reclutamiento natural y contribuyendo con apoyo ecológico a la salud del coral. Modelamos y probamos experimentalmente dos diseños de Arcas para evaluar las características de arrastre de las estructuras y evaluar su estabilidad a largo plazo en el agua media en función de su respuesta a las fuerzas hidrodinámicas. 
Luego instalamos dos diseños de estructuras de Arcas en dos sitios de arrecifes del Caribe y medimos varias métricas de calidad del agua asociadas con el entorno de Arks a lo largo del tiempo. En el despliegue y 6 meses después, las Arcas de Coral mostraron métricas mejoradas de la función del arrecife, incluido un mayor flujo, luz y oxígeno disuelto, una mayor supervivencia de los corales translocados y una sedimentación y microbianización reducidas en relación con los sitios cercanos del fondo marino a la misma profundidad. Este método proporciona a los investigadores una plataforma adaptable a largo plazo para construir comunidades de arrecifes donde las condiciones locales de calidad del agua se pueden ajustar alterando los parámetros de despliegue, como la profundidad y el sitio.

Las estructuras geodésicas de aguas medias amarradas llamadas Arcas de Coral proporcionan una plataforma de investigación modular, escalable y ajustable verticalmente que se puede utilizar para construir, monitorear y perturbar comunidades de arrecifes de coral en áreas previamente inoperativas, incluso en alta mar.

Arcas de arrecifes de coral: un mesocosmos in situ y un conjunto de herramientas para ensamblar comunidades de arrecifes

Coral reefs thrive and provide maximal ecosystem services when they support a multi-level trophic structure and grow in favorable water quality conditions ...

Las arcas de coral pueden responder preguntas clave sobre cómo las comunidades marinas se ensamblan, cambian con el tiempo y responden a las condiciones ambientales cambiantes, incluida la forma en que la biología cambia el entorno abiótico. Las arcas de coral proporcionan una plataforma de investigación replicable, escalable y ajustable verticalmente para construir y experimentar con comunidades de arrecifes de coral en su entorno natural y a escala de ecosistema. Este método de combinar ARMS y arcas para construir mesocosmos ecosistémicos se puede aplicar a las comunidades marinas bentónicas que viven en todo el planeta, especialmente las que se encuentran en las zonas costeras.Después de transportar los tornillos de arena al bentos, coloque el tornillo de arena en posición vertical y entierre el tornillo de arena girándolo hasta que el primer disco se haya cubierto de arena o escombros sueltos. Coloque una barra giratoria de metal de cinco pies de largo a través del ojo del ancla, de modo que la mayor parte de la barra giratoria sobresalga de un lado del ojo. Mientras camina, o nada en círculos sobre el bentos, atornille el tornillo de arena en el sustrato hasta que solo quede el ojo que sobresale del bentos.Instale tres tornillos de arena en un patrón triangular conectado por una brida de cadena para aumentar la potencia de sujeción. Para ensamblar el marco geodésico, atornille una tuerca hexagonal de acero inoxidable en un perno de acero inoxidable de 2.5 pulgadas 3/4 del camino hasta la parte superior del perno. Inserte el perno en uno de los orificios interiores del puntal y asegúrelo con una contratuerca para evitar que el cubo se deslice a lo largo del puntal.Ahora, empuje el extremo de cada puntal a través de uno de los orificios del cubo. Sujete otro perno a través del orificio exterior del puntal y termine con una contratuerca para evitar que el puntal se deslice fuera del cubo. Repita para los cinco puntales en un cubo.Luego agregue cubos y puntales hasta que se ensamble la esfera geodésica. Después de desenrollar el cable de acero inoxidable de 1/8 de pulgada, comience a enhebrarlo a través de los puntales. Cree 12 bucles de bridas de nylon del tamaño de un dólar de plata, uno para cada cubo.A medida que el cable se enrosca a través de los puntales, pase la cuerda a través del lazo de cremallera en el cubo y luego continúe con el siguiente puntal. Continúe enhebrando el cable a través de todos los puntales conectados en el centro de cada vértice por el lazo de cremallera. Después de volver a enhebrar el cable hasta el punto de partida, tire de los lazos de cremallera con unos alicates para acercar las longitudes del cable de acero.Coloque una abrazadera de cable de acero inoxidable de 1/2 pulgada en todas las longitudes de cable y apriétela firmemente. Repita para todos los vértices de la estructura. Ahora, acople y sujete ambos extremos del cable de metal con tres abrazaderas de cable de 1/2 pulgada.Agregue el sistema de aparejo compuesto por dos longitudes de cable de acero inoxidable de tres por ocho pulgadas que se desliza hidráulicamente sobre un ojo en cada extremo. Pase los extremos inferiores del cable a través de la parte superior e inferior del arca, colocando las tapas de los extremos en los cubos superior e inferior con un mazo. Un sistema de tensor en el medio conecta las dos longitudes de cable inoxidable.Atornille los pernos en el tensor y apriételos hasta que haya suficiente tensión en la estructura para que el sistema sea rígido. Agregue cada rejilla de fibra de vidrio moldeada cortada en dos medias pentágonos en el interior del arca usando bridas de resistencia de 250 libras para anclar los lados de la plataforma a los puntales del arca. Coloque una longitud de viga en I de fibra de vidrio para unir ambas mitades de la plataforma de fibra de vidrio debajo de la estructura, y asegúrela a la parte inferior de la plataforma con dos pernos en U de acero inoxidable, y asegúrela con contratuercas de inserción de nylon.Repita para las otras cuatro vigas en I, distribuyéndolas equitativamente a lo largo de la plataforma. Esto une y soporta las dos mitades de la plataforma, creando un pentágono completo. Apriete las bridas de alta resistencia en los bordes de la plataforma y recorte el exceso.Al final de este paso, la plataforma interna está firmemente integrada en la estructura del arca. Use alambre de acero inoxidable para mouse los extremos del tensor y todos los grilletes. Al final de este paso, el arca tendrá dos plataformas integradas, accesorios superior e inferior para la fijación de hardware, y un cable central que soporta la mayor parte de la fuerza de tensión colocada en la estructura a través del anclaje y la flotabilidad positiva.Una vez que el marco esté completamente ensamblado, instale el marco geodésico en el sitio de implementación. Para medir el peso en el agua de las arcas, conecte la célula de carga sumergible a un sistema de poleas de bloque y aparejos para transferir temporalmente la tensión en la línea de amarre al sistema de galgas extensométricas. Fije la base del bloque y los aparejos a un lugar seguro en el sistema de amarre del arca, como un punto de grillete intermedio o a un ancla del fondo marino.Fije la parte superior de la célula de carga a un lugar seguro en el marco de montaje del arca. Sin quitar o alterar los componentes de amarre en el arca, tire de la línea a través del sistema de bloques y aparejos y poleas de tal manera que la tensión se transfiera del sistema de amarre del arca al sistema de poleas, cortando la línea con cada tirón. Asegúrese de que la línea de amarre esté completamente floja para permitir que la galga extensométrica recoja las mediciones de tensión.Después de al menos varios minutos de recopilación de datos, transfiera lentamente la tensión del bloque y aborde el sistema de poleas de regreso a la línea de amarre del arca. Asegúrese de que los grilletes y otros componentes de amarre estén correctamente colocados y seguros. La respuesta de dos estructuras de arca de concha muestra una fuerza de arrastre de menos de 10 kilogramos y flotaciones netas de 82.7 y 83.0 kilogramos.Las velocidades actuales durante el período de medición fueron relativamente estables a unos 20 centímetros por segundo. El ambiente del arca exhibió intensidades de luz diurnas promedio más altas, velocidades de flujo promedio más altas, concentraciones de carbono orgánico disuelto más bajas y menores fluctuaciones de diel en las concentraciones de oxígeno disuelto que los sitios de control bentónicos ubicados a la misma profundidad. Las diferencias de temperatura entre las arcas y los sitios de control fueron insignificantes.Las arcas también mostraron comunidades microbianas con mayores proporciones de virus a microbio que los sitios de control, impulsadas por una menor abundancia de microbios y una mayor abundancia de virus libres en el entorno del arca de aguas medias. Las comunidades microbianas en las arcas estaban compuestas de células físicamente más pequeñas que las comunidades microbianas en los sitios del fondo marino. La supervivencia de los corales translocados experimentalmente se evaluó cada tres meses en las arcas y los sitios de control.Nueve meses después de la translocación de la primera cohorte de corales, más corales seguían vivos en las arcas en comparación con los sitios de control. Los sistemas de arcas de coral están diseñados para proyectos de monitoreo ecológico a largo plazo, por lo que los sistemas de anclaje y los diseños estructurales deben seleccionarse teniendo en cuenta las condiciones normales y extremas en los sitios de despliegue. Los factores abióticos asociados con las comunidades de arcas de coral se pueden ajustar cambiando la profundidad de los sistemas, lo que permite investigar cómo las comunidades virales y microbianas de los arrecifes responden a las condiciones ambientales cambiantes.

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Este protocolo describe una vía semiautomatizada para mejorar la eficiencia y la capacidad de procesamiento y criopreservación de esperma de especies de coral amenazadas, con el objetivo de asegurar la diversidad genética y apoyar los esfuerzos de restauración de los arrecifes.

Un flujo de trabajo semiautomatizado para la criopreservación de esperma de coral para apoyar los biobancos y la acuicultura

Aquí se presenta un protocolo para recopilar y procesar datos de fotogrametría submarina, que incluye una canalización de procesamiento de imágenes significativamente simplificada y totalmente automatizada que da como resultado salidas georreferenciadas y alineadas con series temporales listas para la extracción, el análisis y la aplicación de datos ecológicos.

Reefshape: Un sistema para la recopilación eficiente y el procesamiento automatizado de datos de fotogrametría submarina de series temporales para el monitoreo del hábitat bentónico

Este protocolo cubre una metodología de estudio de imágenes de área grande de cuatro pasos utilizada para extraer métricas de complejidad estructural, composición de la comunidad y demografía de la población para las comunidades de arrecifes de coral. La calidad de las imágenes recopiladas y el acceso integrado a las imágenes de origen se priorizan en cada paso del protocolo.

Medición de la estructura, composición y cambio de entornos subacuáticos con imágenes de gran área

Los cambios inducidos por la pesca-para la pesca de crustáceos explotados, como la pesca de la langosta americana, potencialmente podrían influir en su dinámica reproductiva, lo que lleva a una reducción en el éxito de apareamiento. El objetivo de este estudio fue desarrollar un método no invasivo para determinar el éxito de apareamiento de las langostas hembras que pueden ser fisiológicamente o funcionales madura.

Un método no invasivo para<em&gt; In situ</em&gt; Determinación de Éxito de apareamiento en americano femenino Langostas (<em&gt; Homarus americanus</em&gt;)

Proporcionamos una técnica para preservar el floema intacto de los árboles y prepararlo para la observación.  Creamos un aparato llamado sándwich de floema que permite la introducción y observación de artrópodos, microbios y otros organismos que habitan en los tejidos del floema.

Técnica para el estudio de los artrópodos y las comunidades microbianas dentro de los tejidos del árbol

Aprenda a construir Arcas de Coral, estructuras geodésicas modulares para investigar comunidades de arrecifes in situ. Esta plataforma escalable permite estudiar la dinámica ecológica marina y la respuesta a cambios ambientales.

Arcas de arrecifes de coral: un mesocosmos in situ y un conjunto de herramientas para ensamblar comunidades de arrecifes

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