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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
気候変動は、世界中のサンゴ礁の生態系に影響を与えています。 生息域外 養殖システムから調達されたサンゴは、回復と研究の取り組みを支援するのに役立ちます。本明細書では、陰気な強膜サンゴの ex situ の長期維持を促進するために使用され得る給餌およびサンゴ培養技術が概説される。
気候変動は、世界中のサンゴの生存、成長、加入に影響を与えており、今後数十年にわたってサンゴ礁の生態系で個体数と群集構成の大規模な変化が予想されます。このサンゴ礁の劣化の認識は、さまざまな新しい研究および修復ベースの積極的な介入を促しました。 生息域外で の水産養殖は、堅牢なサンゴ養殖プロトコルの確立(長期実験における健康と繁殖の改善など)や、一貫した繁殖資源の供給(復元プロジェクトでの使用など)を通じて、支援的な役割を果たすことができます。ここでは、繁殖するスクレラクチンサンゴの給餌と 生息域外 培養のための簡単な技術が、一般的でよく研究されているサンゴである Pocillopora acutaを例に挙げて概説されています。このアプローチを実証するために、サンゴのコロニーを異なる温度(24°Cと28°C)に曝露し、給餌処理(給餌と非給餌)を行い、繁殖出力とタイミング、および両方の温度で アルテミア ノープリウスをサンゴに与えることの実現可能性を比較しました。繁殖出力はコロニー間で大きなばらつきを示し、温度処理間で異なる傾向が観察された。24°Cでは、給餌されたコロニーは給餌されていないコロニーよりも多くの幼虫を産みましたが、28°Cで培養されたコロニーではその逆が見られました。 すべてのコロニーは満月より前に繁殖し、繁殖時期の違いは、28°C処理の給餌されていないコロニーと24°C処理の給餌コロニーの間でのみ見られました(平均繁殖日 ±標準偏差:それぞれ6.5 ± 2.5および11.1 ± 2.6)。サンゴのコロニーは、両方の処理温度で Artemia naupliiを効率的に摂食しました。これらの提案された給餌および培養技術は、サンゴのストレスの軽減と繁殖寿命の促進に焦点を当てており、費用対効果が高くカスタマイズ可能な方法で、フロースルー水産養殖システムと再循環水産養殖システムの両方に多用途に適用できます。
世界中の多くのサンゴ礁の生態系は、気候変動によって引き起こされる高温ストレスの結果として失われ、劣化しています1,2。サンゴの白化(サンゴと藻類の共生の破綻3)は、過去4では比較的稀であると考えられていましたが、現在ではより頻繁に発生しており5、今世紀半ばから後半までに多くの地域で毎年白化が発生すると予想されています6,7。このように白化現象の中間期間が短くなると、サンゴ礁の回復力の能力が制限される可能性があります8。サンゴのコロニーに対する高温ストレスの直接的な影響(例えば、組織の損傷9、エネルギーの枯渇10)は、サンゴ礁規模のレベルでの間接的な影響と本質的に関連しており、その中でも繁殖能力/加入能力の低下が特に懸念される11。これにより、例えば、加入の積極的なin situ強化(例えば、サンゴ礁の播種12)、サンゴの回復をスケールアップするための新技術13、生息域外生殖システムを誘導するための生殖手がかりのシミュレーション14など、さまざまな応用研究が促進されました。これらの積極的な介入を補完するものとして、高温ストレス下でのサンゴの従属栄養給餌の利点の最近の認識15と、食物供給が繁殖に果たす役割の探求16があります。
従属栄養摂食はサンゴのパフォーマンスに影響を与えることが知られており17、サンゴの成長の増加18,19、および熱抵抗と回復力20,21に特に関連しています。しかし、従属栄養の利点はサンゴ種に遍在しているわけではなく22、消費される食物の種類23や光への曝露のレベル24によって異なる可能性があります。サンゴの繁殖の文脈では、従属栄養給餌はさまざまな結果を示しており、従属栄養給餌後の繁殖能力が高い25と低い26の観察が報告されています。従属栄養摂食がサンゴの繁殖に及ぼす影響は、温度スペクトル全体で評価されることはめったにありませんが、温帯サンゴCladocora caespitosaでは、従属栄養が低温条件下での繁殖にとってより重要であることがわかりました27。特定のサンゴ礁(例えば、高い食料入手可能性に関連するサンゴ礁28)が気候変動下でより高い加入能力を持っているかどうかを判断するには、温度と摂食が生殖出力に与える役割をよりよく理解する必要がある可能性があります。
繁殖出力と同様に、温度と摂食がサンゴの繁殖タイミングに及ぼす影響は、温暖化している海での加入成功のための重要な考慮事項であるにもかかわらず、非生物的/生物的条件との繁殖の同期が比較的研究されていないままです29。実験室で実施されたサンゴの温熱調整研究では、気温の上昇が早期に繁殖することが示されており30、これは季節をまたいで自然のサンゴ礁から採取されたサンゴでも観察されています31。しかし、興味深いことに、最近、その 場外 フロースルーシステムで1年間培養された給餌サンゴで逆の傾向が観察されました(つまり、繁殖は月の周期の早い時期に冬の気温が低く、月の周期の後半に暖かい夏の気温で起こりました)32。この対照的な結果は、豊富なエネルギー資源に関連する条件下では、生殖のタイミングが典型的なパターンから外れている可能性があることを示唆しています。
異なる温度シナリオ下での長期対照実験は、強膜サンゴの繁殖に対する従属栄養の影響のより良い理解に貢献する可能性があります。しかし、複数の繁殖サイクルの間、生息域外条件下で繁殖するサンゴのコロニーを維持することは困難な場合があります(ただし、以前の研究32,33を参照)。本明細書では、フロースルー養殖システムにおける繁殖サンゴ(Pocillopora acuta)の積極的給餌(食物源:Artemia nauplii)および長期養殖のための簡単で効果的な技術について説明します。しかし、記載されているすべての技術は、再循環水産養殖システムにも使用できることに注意する必要があります。これらの技術を実証するために、24°Cと28°Cで「給餌」および「非給餌」処理下で保持されたサンゴのコロニーの繁殖出力とタイミングの予備的な比較が行われました。これらの温度は、台湾南部の冬と夏の海水温をそれぞれ近似するために選択されました30,34。高温を選択しなかったのは、熱ストレスに対するサンゴの応答をテストするのではなく、長期間の生息域外培養を促進することがこの実験の主な目的であったためです。さらに、給餌セッション前後のArtemia naupliiの密度を定量化し、両方の温度処理での従属栄養給餌の実現可能性を比較しました。
具体的には、台湾南部の国立海洋生物水族館の研究施設のフロースルータンクから、P. acuta(平均線伸び±標準偏差:21.3 cm ± 2.8 cm)のコロニーが得られた。Pocillopora acutaは、放送産卵と典型的には繁殖戦略の両方を持つ一般的なサンゴ種である35,36。これらのサンゴの親コロニーは、約2年前に別の実験のためにアウトレットリーフ(東経21.931度、北緯120.745度)から採取されたものである32。その結果、本実験で使用したサンゴのコロニーは、生息域外培養条件下で生涯にわたって飼育されていました。具体的には、コロニーを周囲温度に曝露し、250 μmol quanta m−2·s−1で12時間:12時間の明暗サイクルに曝露し、週に2回Artemia naupliiを給餌した。この長期の生息域外培養は、この実験における処理条件に対するコロニーの反応に影響を与えた可能性があると認識しています。したがって、ここでの主な目的は、温度と摂食がサンゴの繁殖に及ぼす影響を評価した応用例を示すことにより、説明されている技術を効果的にサンゴの生息域外で養殖する方法を説明することであることを強調したいと思います。
サンゴのコロニーは、6つのフロースルーシステム培養タンク(タンク内部の長さ x 幅 x 高さ:175 cm x 62 cm x 72 cm、タンクライトレジーム:12時間:12時間、250 μmol量子m-2·s-1での明暗サイクル)に均等に分布しました(図1A)。3つのタンクの温度は28°Cに設定され、他の3つのタンクの温度は24°Cに設定されました。各タンクには、10分ごとに温度を記録するロガーがありました(材料表を参照)。各タンクの温度はチラーとヒーターで独立して制御し、フローモーターで水の循環を維持しました(材料表参照)。各水槽の半数のコロニー(n = 2コロニー/水槽)には週に2回アルテミア・ノープリウス(Artemia nauplii)を給餌し、他のコロニーには給餌しなかった。各給餌セッションの所要時間は 4 時間で、2 つの独立した温度固有の給餌タンクで実施されました。給餌中、給餌されていないコロニーを含むすべてのコロニーを給餌タンクに移動し、タンク間でコロニーを移動することによる潜在的なストレス効果を標準化しました。給餌処理と非給餌処理のコロニーは、温度固有の給餌タンク内のメッシュフレームを使用して独自のコンパートメントに配置され、給餌条件のコロニーのみが餌を受け取るようにしました。サンゴの繁殖量とタイミングは、毎晩午前9:00に、一晩で幼生収集容器に放たれた幼生の数を数えることにより、各コロニーについて評価されました。
1.サンゴのコロニーをそのまま 飼育する水槽に吊り下げる
2.サンゴの餌やり
3. 給餌前後の アルテミア ・ノープリウス密度の定量化
4.サンゴの幼生の収集
記載されたプロトコルにより、(1)異なる給餌と温度処理の間での個々のサンゴコロニーの繁殖出力とタイミングの比較、および(2)異なる温度での アルテミア ノープリウス給餌の実現可能性の評価が可能になりました。ここでは、調査結果の概要が示されていますが、この実験の短期的な性質(つまり、1つの繁殖サイクルのみ)と、 生息域外 条件に順応したサンゴコロニーの使用のために、報告された温度と摂食がサンゴの繁殖に及ぼす影響を広く解釈することに関しては注意が必要です。
各コロニーはモニタリング期間(2022年9月)に繁殖し、月間総繁殖量はコロニー間で大きなばらつきを示しました。コロニーによって放出された幼虫の総数は、528匹の幼虫を産んだ1つのコロニー(無給餌24°C処理)を除いて、6〜319匹の範囲でした。すべてのコロニーのデータを図2に示しますが、高生産の外れ値コロニーはデータ分析に含まれていません。生殖出力は、温度(一般化線形混合効果モデル;z = 5.35、p < 0.001)および摂食(z = 3.01、p < 0.003)の影響を受け、温度と摂食処理(z = 12.22、 p < 0.001)の間に有意な 交互作用が認められた。28°Cで培養したコロニーは、給餌時(131±133)よりも給餌なし(平均±標準偏差;151±82)でより多くの幼虫を放出したが(一般化線形混合効果モデル、事後対照;z = 3.01、p = 0.014)、24°Cで培養したコロニーでは逆の傾向が見られ、給餌コロニー(80 ± 78)は給餌されていないコロニー(12 ± 6)よりも多くの幼虫を産んだ(z = 11.91, p < 0.001)。
すべてのコロニーで繁殖は、満月(旧暦15日目)の前に行われました(図3)。幼虫の放流の平均月日(MLD)は、月の6.5日から11.1の日の範囲であり、月周期の早い時期に繁殖した「給餌されていない28°C」のコロニーと、月の周期の後半に繁殖した「給餌24°C」のコロニーの間でのみ、処理の間に有意差が検出されました(線形混合効果モデル、 事後対照、t = 4.10、 p = 0.006)。
正式な繁殖モニタリングの前月(2022年8月)に、アルテミアノープリウスの密度が給餌セッションの前後に評価されました。これは、この実験のサンゴ養殖の開始時(T0)と、処理条件下でのサンゴ養殖の2週間後と4週間の3つの時点で繰り返されました(図4)。T0での初期評価では、両方の温度処理でアルテミア・ナウプリイの給餌前と給餌後の密度に差は見られませんでした。培養開始から2週間後と4週間後、両方の温度処理で給餌した後、アルテミアノープリウス密度は低かった(2週目:二元配置ANOVA、F 1,104 = 128.45、p < 0.001;4週目:二元配置ANOVA、F1,104 = 294.71、p < 0.001)。 評価した3つの時点のいずれにおいても、温度処理間の給餌前密度(p > 0.05)または温度処理間の給餌後密度(p > 0.05)に差はなかった。
すべての分析は、パッケージlme437、lmerTest38、emmeans39、car40、およびHmisc41を使用してRで実行されました。分析に使用されるデータと R スクリプトは、GitHub (https://github.com/CJ-McRae/Lam-et-al_JoVE-submission) で公開されています。

図1:陰気な強膜サンゴの摂食と生息域外培養の実験計画と代表的な材料の概略図。 (A)Pocillopora acutaのコロニーを、24°Cまたは28°Cのフロースルー養殖水槽で、給餌および非給餌条件下で培養した。黒い円はコロニーを表しています。(B)コロニーには釣り糸を吊るし、取り扱いのストレスを軽減し、培養水槽と給餌水槽の間の効率的な移動を促進しました。(C)給餌セッション中、すべてのコロニーを温度固有の給餌タンク内のメッシュフレームに移動させました。給餌コロニーはフレームの一方の区画に配置され、給餌されていないコロニーはフレームのもう一方の区画に配置されました。餌を与えられたコロニーだけに食料が与えられた。(D)エンリッチメントアルテミア・ノープリウスは、週に2回、給餌処理でコロニーに投与された。(E)コロニーを幼虫の収集容器に一晩入れ、月の1周期にわたって毎日の繁殖出力を定量化しました。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図2:異なる温度(24°C対28°C)および給餌処理(給餌と非給餌)下での Pocillopora acuta コロニーの繁殖出力。 これらの文字は、治療間の生殖出力の有意差を表しています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図3:異なる温度(24°C対28°C)および給餌処理(給餌と非給餌)下でのPocillopora acutaコロニーの繁殖時期。 縦の破線は、各処理の平均生殖日(MLD)を示しています。治療特異的プロット(A-D)の各バー内の色調は、毎日の総繁殖に対する個々のコロニーの寄与を示しています。これらの文字は、治療による生殖のタイミングの大きな違いを表しています。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図4:24°Cおよび28°Cの温度処理におけるサンゴの給餌セッション前後の アルテミア ・ノープリウスの密度。 給餌前の密度はサンゴの給餌前に計算され、給餌後の密度は4時間のサンゴの給餌セッションの完了後に計算されました。 アルテミア ・ノープリウスの密度は、サンゴ養殖の開始時(T0)に評価され、その後、フロースルー養殖システムでの処理条件下で2週間後と4週間後に評価されました。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
著者は、競合する金銭的利益やその他の利益相反を持っていません。
気候変動は、世界中のサンゴ礁の生態系に影響を与えています。 生息域外 養殖システムから調達されたサンゴは、回復と研究の取り組みを支援するのに役立ちます。本明細書では、陰気な強膜サンゴの ex situ の長期維持を促進するために使用され得る給餌およびサンゴ培養技術が概説される。
この研究は、科学技術部(台湾)の助成金(助成金番号MOST 111-2611-M-291-005およびMOST 111-2811-M-291-001)によって資金提供されました。
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