Name: Coral Reef Arks: een in situ mesokosmos en toolkit voor het samenstellen van rifgemeenschappen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-06T13:55:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: Ontdek hoe Coral Reef Arks werken als in situ mesokosmos voor het bestuderen van koraalrifgemeenschappen. Deze geodetische structuren bieden een schaalbaar platform voor ecologisch onderzoek in natuurlijke omgevingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

We danken Mark Vermeij, Kristen Marhaver en de CARMABI Research Foundation op Curaçao voor het verstrekken van middelen, ondersteuning en inzicht voor dit project. We danken het NAVFAC Atlantic Vieques Restoration Program en het Jacobs Engineering-team voor hun substantiële logistieke en technische ondersteuning bij het installeren, onderhouden en bewaken van de Coral Arks in Vieques. We zijn ook Mike Anghera, Toni Luque, Cynthia Silveira, Natascha Varona, Andres Sanchez-Quinto, Lars ter Horst en Ben Darby dankbaar voor hun hulp en constructieve inbreng in het veld. Dit onderzoek werd gefinancierd door een Gordon and Betty Moore Foundation Aquatic Symbiosis Investigator Award aan FLR <https://doi.org/10.37807/GBMF9207> en door het Department of Defense Environmental Security Technology Certification Program (RC20-5175).

De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen of andere belangenconflicten.

De hierboven gepresenteerde representatieve resultaten tonen aan dat Coral Arks een habitat en verbeterde waterkwaliteitsomstandigheden bieden voor het samenstellen van rifgemeenschappen op stabiele, in situ onderzoeksplatforms. Arken en zeebodemcontrolelocaties op dezelfde diepte vertoonden consistent verschillende waterkwaliteitsprofielen. Hogere gemiddelde stroomsnelheden en verdere afstand tot de kust verminderden sedimentatie en troebelheid in het middenwatermilieu op de Arks-locaties (figuur 6B), wat waarschijnlijk bijdroeg aan de lagere gemeten opgeloste organische koolstofconcentraties op de Arken (figuur 6F). Verder resulteerden deze verbeteringen in de helderheid van het water in verhoogde lichtintensiteiten overdag op de Arken ten opzichte van de controlelocaties (figuur 6A). Lagere dielfluctuaties in opgeloste zuurstof wijzen op een verbeterde zuurstofbeschikbaarheid voor koralen op de Arken in vergelijking met de benthos, vooral 's nachts (figuur 6G). Deze statistieken zijn allemaal in verband gebracht met verbeteringen in koraaloverleving 42, groei 43,44,45 en herstel van stress 46,47 in eerder werk en kunnen worden gekoppeld aan verbeterde overlevingsresultaten van koralen die naar arken zijn getransloceerd in vergelijking met benthische controlelocaties (figuur 8 ). Het feit dat deze omstandigheden blijven bestaan, zelfs na de accumulatie van aanzienlijke biomassa door biofouling, geeft aan dat natuurlijke rekruteringsprocessen de verbeterde waterkwaliteitskenmerken van het middenwatermilieu niet verminderen. Arken werden 3 km uit de kust van de benthische controlelocaties ingezet en profiteerden waarschijnlijk van verminderde input van terrestrisch afgeleid sediment, voedingsstoffen en mogelijk visserijdruk die nearshore-locaties uitdagen. Het plaatsen van arken in gebieden met schoon water en een lage menselijke impact (zoals offshore) kan een betere omgeving bieden dan zwaar getroffen kustgebieden om de biodiversiteit van het rif te verspreiden voor experimenten op mesokosmosniveau.
De voorlopige bevindingen suggereerden ook dat de midwater Arks minder microbiële isatie ervoeren, een centraal rifproces geassocieerd met de degradatie van benthische rifhabitats 4,48. Hoge nutriënteninput en overbevissing zijn geïdentificeerd als aanjagers van rifbrede trofische feedbacklussen waarin energetisch gedestabiliseerde microbiële gemeenschappen zich vermenigvuldigen, wat resulteert in de respiratoire onttrekking van metabolisch beschikbare zuurstof en de verhoogde incidentie van koraalpathogenen bij de benthos 6,49,50,51 . De verminderde overvloed aan vrije virussen op gemicrobiële riffen, die dienen als een primaire lytische controle op de groei van microbiële gemeenschappen, duidt op een afbraak van de trofische structuur die verdere microbiële expansie bevordert52. Waterkolom-geassocieerde microben op de Arken waren zowel minder overvloedig (Figuur 7B) als fysiek kleiner (Figuur 7D) dan op de zeebodemlocaties. De Arks vertoonden ook hogere virus-microbe ratio's (Figuur 7A), overvloed aan vrije virussen (Figuur 7C) en opgeloste zuurstof beschikbaarheid, met name 's nachts (Figuur 6G). Alles bij elkaar geven deze bevindingen aan dat het middenwatermilieu minder potentieel voor microbiële isatie vertoonde ten opzichte van de zeebodemlocaties. Arken, als mesokosmos waarop omgevingsomstandigheden eenvoudig kunnen worden veranderd door verticale aanpassing in de waterkolom, bieden een mogelijkheid om de microbiële en moleculaire mechanismen van rifdegradatie te verzachten en verder te onderzoeken.
Geodetische bollen van twee verschillende frequenties werden geselecteerd voor het ontwerp van de hier gepresenteerde Koraalarkken (Figuur 1). Geodetische frequentie (1V, 2V, 3V) geeft het aantal herhalende subelementen in een geodetische bol aan, waarbij hogere frequenties overeenkomen met een hoger aantal driehoekige subelementen. Vanuit een structureel perspectief verdelen geodetische veelvlakken mechanische spanning door de structuur, wat resulteert in een hoge aangeboren sterkte voor hun grootte53,54. Deze eigenschappen zorgen voor een hoge duurzaamheid en een lange levensduur, maar gaan ten koste van een hogere hydrodynamische weerstand, wat kan resulteren in hogere belastingen op het afmeersysteem. Vanuit een habitatperspectief vertegenwoordigt de weerstand die door een Ark-systeem wordt gegenereerd een indicator van de diffusie van momentum binnen de structuur en dus de mate waarin de interne omgevingsstroom wordt verminderd. De gemodelleerde en experimenteel gevalideerde resultaten wijzen op een vermindering van 40% -70% van de stroomsnelheid in de "Shell" Arks ten opzichte van het omringende stromingsveld als gevolg van het genereren van turbulente stroming in de structuren (zie sectie 6 van aanvullend bestand 1). Hoewel het optimale niveau van interne stroomreductie niet duidelijk is (en verschilt met geodetische frequentie), zijn gebieden met verminderde stroming binnen de structuur belangrijk voor het creëren van nichehabitats 55,56, het remineraliseren van voedingsstoffen 57,58 en het bevorderen van het behoud en de vestiging van larven 59,60 . Over het algemeen vereisen geodetische structuren met een grotere en hogere frequentie, met name op meer blootgestelde installatieplaatsen, verankeringssystemen met een hoger houdvermogen en meer redundantie die in het structurele ontwerp is opgenomen.
De resultaten van de veldmetingen van de weerstandscomponent van de spanning op het "Shell" Ark-afmeersysteem kwamen nauw overeen met de resultaten die werden gegenereerd door de gemodelleerde en experimentele sleepschattingen (figuur 4) en lagen ruim binnen de verwachte ontwerpbereiken. Deze resultaten geven aan dat de aannames van het hydrodynamische model geldig zijn en dat het model weerstandskrachten over de achtergrondstroombereiken kan voorspellen. Hoewel de afwijkingen in de gemodelleerde en experimentele gegevens klein waren, maakte het bereik van stromen tijdens de testperiode, die typerend waren voor omgevings-, niet-stormstroomsnelheden op de locatie, geen rigoureuze validatie over het volledige modelleringsspectrum mogelijk. Bij het voorspellen van de ontwerpvereisten van Coral Arks-systemen moeten modelleringsinspanningen worden gecombineerd met informatie over stormfrequentie en blootstelling op de geplande inzetlocaties om structuren en afmeersystemen te ontwerpen die de verwachte hydrodynamische krachten kunnen overleven. Het hier gepresenteerde modelleringswerk kan worden gebruikt om Ark-systemen op andere locaties te ontwerpen met minimale ingangen (gewenste Ark-grootte, frequentie en gemiddelde stroomsnelheden op de inzetlocatie) door weerstandscoëfficiënten en maximale verwachte krachten op het afmeer- en verankeringssysteem te bieden.
Arks en ARMS-systemen zijn modulair en kunnen op andere schalen en met alternatieve materialen worden gebouwd dan die hier worden beschreven. Hoewel hun uiteindelijke levensduur nog niet is bepaald, zijn Coral Arks ontworpen om een levenscyclus van ongeveer 10 jaar te hebben. De materiële samenstelling van de Arks en ARMS beïnvloedt de levensduur van de structuren, het gewicht van de systemen en dus het vereiste drijfvermogen om het gewicht te compenseren en kan de reactie van vroege vervuilingsgemeenschappen beïnvloeden (Supplemental File 1-Figuur S7). Kalksteen biedt bijvoorbeeld een natuurlijker substraat voor biologische kolonisatie op de ARMS en is gemakkelijk en goedkoop afkomstig op de meeste carbonaatrifeilanden, maar het is kwetsbaarder en zwaarder dan andere materialen zoals PVC en glasvezel. Deze factoren moeten worden afgewogen tegen locatiespecifieke kenmerken om ARMS, arken en afmeersystemen te ontwerpen die het beste aansluiten bij de gewenste projectresultaten.
De inzetlocaties voor Coral Arks moeten ook worden geselecteerd op basis van de beoogde projectdoelen (d.w.z. onderzoek, mitigatie of restauratie). Factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij de selectie van locaties zijn onder meer de toegang tot materialen, de staat of toestand van het rif, de investering / betrokkenheid van de gemeenschap, beperking van de middelen, institutionele ondersteuning en vergunningsvereisten. Koraalarken kunnen mogelijkheden bieden om aan specifieke behoeften te voldoen op locaties die (1) levende koraalriffen bevatten die in relatief slechte staat verkeren en baat zouden hebben bij herstelactiviteiten om de koraalrekrutering, koraalbedekking, kustbescherming of menselijke voedselbronnen te verbeteren; (2) behoefte hebben aan de translocatie van koralen naar een andere locatie, wat bijvoorbeeld kan gebeuren wanneer er wettelijke vereisten zijn om levende koralen te verplaatsen van puinitems die gepland zijn voor verwijdering (op deze locaties kunnen koraalarken worden gebruikt in samenwerking met of ter ondersteuning van bestaande restauratie- en uitplantingsinspanningen om de translocatieresultaten te verbeteren); (3) onderzoek te eisen naar nieuwe instandhoudings- en restauratietechnologieën met behulp van Coral Arks om het succes van lokale inspanningen te verbeteren; of (4) voldoende verschillende lokale omstandigheden hebben (d.w.z. een verschillende omvang van de antropogene impact), wat betekent dat gestandaardiseerde mesokosmos zinvolle vergelijkingen over rifprocessen en -interventies kan opleveren. De specifieke benaderingen voor het monitoren van aspecten van het ecosysteem van Coral Arks, zoals biologische groei, diversiteit en waterchemie, zullen variëren tussen projecten op basis van de projectdoelen en locatiespecifieke variabelen. Een representatief overzicht voor de wetenschappelijke monitoring van Coral Arks die tot nu toe is uitgevoerd, wordt gegeven in sectie 5 van aanvullend dossier 1.
Het ontwerp van Coral Arks-structuren is geschikt voor koralen van bijna elke soort, grootte en leeftijd en zou betere omstandigheden moeten bieden ten opzichte van die op een verstoord rif benthos. Afhankelijk van de groei- en verkalkingssnelheden die op een bepaald systeem worden waargenomen, kan de toevoeging van positief drijfvermogen aan de Arks-structuren nodig zijn om de biologische groei te compenseren en het risico op zinken te verminderen. Positief drijvende middenwaterstructuren kunnen worden gewogen met behulp van een spannings-/compressiebelastingcel of rekstrook om te bepalen of het gewicht van de gemeenschap in het water toeneemt (figuur 5). Periodieke of langetermijnmetingen met behulp van de loadcel kunnen een aanvulling vormen op andere koraalgroeimetingen met een fijnere resolutie om een metriek van groei / verkalking op gemeenschapsniveau te genereren en zijn opgenomen als een reguliere onderhoudstaak om te bepalen of het systeem voldoende positief drijfvermogen heeft om deze biologische groei in de loop van de tijd te compenseren. In het geval dat een geïnstalleerde Ark niet langer kan worden bewaakt of onderhouden, kan deze worden verplaatst en / of kan het drijfvermogen worden verwijderd om de Ark stevig aan de benthos te kunnen bevestigen.
De hier beschreven methoden bieden onderzoekers een veelzijdige toolkit voor het samenstellen van midwaterrifgemeenschappen die kunnen worden geplaatst op locaties met een verbeterde waterkwaliteit. Door de diepte of locatie van de Arks-structuren te veranderen, kunnen veranderingen in waterkwaliteitsparameters experimenteel worden gekoppeld aan veranderingen in de structuur van de rifgemeenschap en successietrajecten. Deze ontwerpfunctie stelt onderzoekers in staat om de overvloedige en onderbenutte ruimte in de middenwateromgeving te benutten om koraalrifmesocosmen te verzamelen en te bestuderen. Het gebruik van gezaaide ARMS om cryptische biodiversiteit te transloceren en een "boost" te geven aan de natuurlijke rekrutering van mobiele grazende ongewervelde dieren biedt een functionele oplossing voor het verminderen van algenbiofouling en dus benthische concurrentie voor koralen. Het gebruik van gevestigde en gestandaardiseerde bemonsteringsstructuren als componenten van dit systeem biedt toegevoegde waarde door de langetermijnmonitoring van cryptische gemeenschappen op arken mogelijk te maken en te vergelijken met datasets die zijn gegenereerd met ARMS als een wereldwijd hulpmiddel voor het tellen van biodiversiteit.
Koraalarken kunnen dienen als een meer holistisch, geïntegreerd en zelfregulerend platform voor het verspreiden van koraal- en ongewervelde biomassa die vervolgens kan worden uitgeplant naar nabijgelegen aangetaste riffen en een veilige haven kan bieden voor koralen om te groeien en zich voort te planten in verbeterde waterkwaliteitsomstandigheden. Zoals momenteel wordt aangetoond in Puerto Rico, kunnen arken verbeterde overlevingsresultaten opleveren voor mitigatieprojecten waarbij koralen en rifbiodiversiteit worden verplaatst uit puin of aangetaste gebieden. Arken zijn relevant in langetermijnprojecten als een methode om habitats voor vispopulaties te vervangen, nieuwe instandhoudingsstrategieën te testen en de inheemse rifbiodiversiteit te behouden. In het proces bieden Arks veelzijdige hulpmiddelen voor het uitvoeren van in situ studies van rifassemblages en ecologische successie en kunnen nieuwe inzichten in rifconnectiviteit genereren.

Over de hele wereld ondergaan koraalrifecosystemen transities van hoge biodiversiteit, door koraal gedomineerde benthische gemeenschappen naar gemeenschappen met een lagere diversiteit die worden gedomineerd door turf- en vlezige macroalgen 1,2,3. Decennia van vooruitgang in het karakteriseren van de mechanismen van koraalrifdegradatie hebben onthuld hoe verbanden tussen microbiële en macro-organismale gemeenschappen het tempo en de ernst van deze overgangen verbeteren. De overbevissing van riffen door menselijke populaties initieert bijvoorbeeld een trofische cascade waarin overtollige fotosynthetisch afgeleide suikers uit niet-gesloopte algen energie in de microbiële gemeenschappen van het rif brengen, waardoor pathogenese wordt gestimuleerd en koraalafname wordt veroorzaakt 4,5,6. Deze trofische degradatie wordt versterkt door het verlies aan biodiversiteit op riffen als gevolg van de achteruitgang van de waterkwaliteit 7,8. Experimenten op mesokosmosniveau kunnen worden gebruikt om de trofische degradatie van koraalrifgemeenschappen beter te begrijpen en te verminderen door de biodiversiteit te verbeteren en de waterkwaliteit te verbeteren, maar logistieke uitdagingen maken deze studies moeilijk om ter plaatse te implementeren.
Een gevolg van trofische degradatie op riffen is het wijdverspreide verlies van cryptische biodiversiteit, waarvan een groot deel niet gekarakteriseerd blijft 7,9. Koralen vertrouwen op een diverse reeks cryptische riforganismen ("cryptobiota") die hun gezondheid ondersteunen door een integrale rol te spelen in roofdierverdediging10, schoonmaken 11, het begrazen van concurrerende algen 12,13 en de regulering van rifwaterchemie 14,15. Tot voor kort en vanwege de methodologische beperkingen van visuele onderzoeken, waren rifcryptobiota ondervertegenwoordigd en slecht begrepen in de context van rifecologie, en ze worden daarom zelden overwogen in pogingen om riffen te herstellen of opnieuw op te bouwen. In het afgelopen decennium heeft het gebruik van gestandaardiseerde nederzettingseenheden genaamd Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) in combinatie met high-throughput sequencing-benaderingen de betere verzameling en karakterisering van rifcryptobiota16,17 mogelijk gemaakt. ARMS rekruteert passief vertegenwoordigers van bijna alle bekende koraalrifbiodiversiteit en heeft geholpen bij het onthullen van tal van functionele rollen van cryptische organismen in rifschaalprocessen 9,18,19,20,21,22,23. Deze nederzettingseenheden bieden daarom een mechanisme om cryptische rifbiota naast koralen te transloceren om meer intacte rifgemeenschappen samen te stellen met biologisch gemedieerde mechanismen, zoals begrazing, verdediging en verbetering van de lokale waterkwaliteit, die essentieel zijn voor het behoud van de trofische structuur.
Koraal-gedomineerde riffen gedijen in omgevingen met veel licht, weinig voedingsstoffen en goed zuurstof. Menselijke activiteiten zoals verstedelijking, landbouw en overbevissing hebben de waterkwaliteit op veel koraalriffen verminderd door het sediment, voedingsstoffen, metalen en andere verbindingen in afvloeiing 24,25 te verhogen en door de biogeochemische cycluste veranderen 26. Op hun beurt degraderen deze activiteiten rifgemeenschappen door verstikking, energie-uitputting, de levering van verontreinigende stoffen geassocieerd met sedimentatie27,28, het verbeteren van de groei van macroalgen die concurreren met koralen 29, het verhogen van de overvloed aan microbiële pathogenen 6,30,31, en het creëren van hypoxische zones die cryptische ongewervelde dieren doden32,33 . Deze en andere "lokale effecten" worden verergerd door regionale en wereldwijde veranderingen in de oceaanomstandigheden, waaronder stijgende temperaturen en dalende pH, waardoor de omstandigheden voor koralen en andere riforganismen verder verslechteren34,35. Op de benthisch-waterinterface, in het bijzonder, veroorzaken de respiratoire en fotosynthetische dynamiek van benthische gemeenschappen dielfluctuaties in de pH en opgeloste zuurstof, die meer uitgesproken worden op sterk aangetaste riffen, waardoor omstandigheden worden gecreëerd die benthische ongewervelde dieren niet kunnen verdragen32,36,37,38 . Het bieden van geschikte waterkwaliteitsomstandigheden is daarom essentieel voor het samenstellen van functionerende rifgemeenschappen, maar dit blijft een uitdaging omdat een toenemend aantal riffen vastzit in verschillende staten van degradatie.
Veel van de uitdagingen waarmee koralen en fundamentele cryptische taxa op de benthos worden geconfronteerd, kunnen worden overwonnen door verplaatsing naar het middenwater, hier gedefinieerd als de waterkolominstelling tussen het oceaanoppervlak en de zeebodem. In het middenwatermilieu wordt de waterkwaliteit verbeterd met39,40, sedimentatie wordt verminderd en de afstand tot de zeebodem dempt fluctuaties in de parameters die verband houden met benthisch metabolisme. Deze kenmerken worden verder verbeterd door offshore te bewegen, waar antropogene effecten op het land, zoals terrestrische afvloeiing, steeds meer verwateren met de afstand tot de kust. Hier introduceren en bieden we protocollen voor het bouwen, inzetten en monitoren van Coral Reef Arks, een aanpak die gebruik maakt van verbeterde waterkwaliteitsomstandigheden in het middenwater en cryptische biodiversiteit bevat op verankerde, positief drijvende structuren voor de assemblage van koraalrifgemeenschappen.
Coral Reef Arks-systemen, of "Arks", bestaan uit twee primaire componenten: (1) een hangend stijf geodetisch platform dat boven de benthos is verheven en (2) met organismen bedekte of "gezaaide" ARMEN die rifcryptobiota uit nabijgelegen benthische gebieden transloceren, waardoor de natuurlijke rekruteringsprocessen worden aangevuld om de getransloceerde koralen te voorzien van een meer diverse en functionele rifgemeenschap. Een geodetische structuur werd geselecteerd om de sterkte te maximaliseren en het bouwmateriaal (en dus het gewicht) te minimaliseren, evenals om een interne, turbulente stromingsomgeving te creëren die analoog is aan de rifmatrix.
Twee ontwerpen van arken werden met succes geïnstalleerd op twee Caribische veldlocaties en worden momenteel gebruikt voor onderzoek naar de oprichting van rifgemeenschappen en ecologische successie (figuur 1). Coral Arks-structuren zijn bedoeld als onderzoeksplatforms voor de lange termijn, en als zodanig is een primaire focus van dit manuscript het beschrijven van protocollen om deze structuren te lokaliseren, installeren, bewaken en onderhouden om hun stabiliteit en levensduur in de midwateromgeving te maximaliseren. Een combinatie van modellering en testen in het water werd gebruikt om de weerstandskarakteristieken van de structuren te evalueren en het ontwerp aan te passen om de verwachte hydrodynamische krachten te weerstaan. Na installatie werden rifgemeenschappen gevestigd op de Arken en op nabijgelegen benthische controlelocaties op dezelfde diepte door een combinatie van actieve translocatie (koralen en gezaaide ARMS-eenheden) en natuurlijke rekrutering. Waterkwaliteitsomstandigheden, microbiële gemeenschapsdynamiek en koraaloverleving op de arken werden gedocumenteerd op verschillende tijdstippen gedurende de vroege successieperiode en vergeleken met de benthische controlelocaties. Tot op heden zijn de omstandigheden in verband met de midwater Coral Arks-omgeving consequent gunstiger geweest voor koralen en hun bijbehorende cryptische consortia ten opzichte van de naburige benthische controlelocaties op dezelfde diepten. De onderstaande methoden beschrijven de stappen die nodig zijn om de Coral Arks-aanpak te repliceren, inclusief het selecteren van sites en het ontwerpen en implementeren van Coral Arks-structuren. Voorgestelde benaderingen voor het monitoren van Coral Arks zijn opgenomen in Aanvullend Bestand 1.

```html
<table><tbody><tr><td>PVC ARMS</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>316 Stainless Steel Hex Head Bolt, Partially Threaded, 8" length, 1/4"-20 Thread Size</td><td>McMaster Carr</td><td>92186A569</td><td>Bolts voor PVC ARMS-assemblage Per eenheid: 4x</td></tr><tr><td>316 Stainless Steel Hex Nut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size</td><td>McMaster Carr</td><td>94805A029</td><td>Motten voor PVC ARMS-assemblage Per eenheid: 8x</td></tr><tr><td>316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size</td><td>McMaster Carr</td><td>90715A125</td><td>Lockmotten voor PVC ARMS-assemblage Per eenheid: 4x</td></tr><tr><td>316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD</td><td>McMaster Carr</td><td>90107A029</td><td>Wasmachines voor PVC ARMS-assemblage Per eenheid: 8x</td></tr><tr><td>Nylon Unthreaded Spacers - 1/2" Long, 1/2" OD, Black</td><td>McMaster Carr</td><td>90176A159</td><td>Nylon spacers voor PVC ARMS-assemblage Per eenheid: 20x</td></tr><tr><td>PVC Sheet Type 1, 0.25" Thick, Gray</td><td>McMaster Carr</td><td>8747K215</td><td>PVC voor ARMS stapelplaten. Zie Bijlage 1-Figuur SI 4. Per eenheid: 9x Verwijst naar tekening: Ja</td></tr><tr><td>PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray</td><td>McMaster Carr</td><td>8747K217</td><td>PVC voor ARMS-basisplaten. Zie Bijlage 1-Figuur SI 1. Per eenheid: 1x Verwijst naar tekening: Ja</td></tr><tr><td>PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray</td><td>McMaster Carr</td><td>8747K217</td><td>PVC voor ARMS lange kruisruimte-afstandhouders. Zie Bijlage 1-Figuur SI 2. Per eenheid: 4x Verwijst naar tekening: Ja</td></tr><tr><td>PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray</td><td>McMaster Carr</td><td>8747K217</td><td>PVC voor ARMS korte kruisruimte-afstandhouders. Zie Bijlage 1-Figuur SI 3. Per eenheid: 8x Verwijst naar tekening: Ja</td></tr><tr><td>Ratcheting Combination Wrench, 7/16"</td><td>McMaster Carr</td><td>5163A15</td><td>Sleutels om PVC ARMS-hardware vast te zetten Per eenheid: 2x</td></tr><tr><td>Rebar, 3-ft Lengths, 1/2" Thick</td><td>McMaster Carr</td><td>7480N115</td><td>Staafbouten om PVC ARMS te bevestigen aan benthos. Hamer vereist. Per eenheid: 4x</td></tr><tr><td>Sequentially Numbered Metal Tags</td><td>McMaster Carr</td><td>2208N349</td><td>Gegevenslabels voor ARMS ID Per eenheid: 1x</td></tr><tr><td>Limestone ARMS</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DeWalt Wet Tile Saw</td><td>Home Depot</td><td>D24000S</td><td>Snij kalksteen in stapelbare stukken Per eenheid: 1x</td></tr><tr><td>Lift Bag, 50 lb Capacity</td><td>Amazon</td><td>B07GCNGRDR</td><td>Hefferzak voor transport van Limestone ARMS naar benthos Per eenheid: 1x</td></tr><tr><td>Milk Crate, Heavy Duty, 13" x 19" x 11"</td><td>Amazon</td><td>B06XGBDJMD</td><td>Kist voor transport van Limestone ARMS naar benthos Per eenheid: 1x</td></tr><tr><td>Natural Limestone or Travertine Tile (Unfilled) - 12" x 12"</td><td>Bedrosians Tile &amp; Stone</td><td>TRVSIENA1212T</td><td>Basismateriaal voor Limestone ARMS-lagen en stapelstukken. Zie Bijlage 1-Figuur SI 7 en Figuur SI 8. Per eenheid: 10x Verwijst naar tekening: Ja</td></tr><tr><td>PC-11 Epoxy Adhesive Paste, Two-Part Marine Grade</td><td>Amazon</td><td>B008DZ1864</td><td>Tweedelig epoxy voor Limestone ARMS-assemblage</td></tr><tr><td>Shell Ark</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Downline: 1" Nylon, 6' length thimble-to-thimble with stainless sailmaker thimble at top, heavy duty galvanized thimble at bottom</td><td>West Marine</td><td>Custom</td><td>Nylon lijn voor het bevestigen van de Ark-ankerlijn aan het ankersysteem. Per eenheid: 1</td></tr><tr><td>Main structure: 105-B Epoxy</td><td>West Marine (made by West System)</td><td>318352</td><td>Epoxy om schuim in schuimstellingen te verzegelen.&nbsp;</td></tr><tr><td>Main structure: 205-B Hardener</td><td>West Marine (made by West System)</td><td>318378</td><td>Epoxy om schuim in schuimstellingen te verzegelen.&nbsp;</td></tr><tr><td>Mooring bridle: 3-1/8" X 2" small diamond base padeye with 7/8" bail</td><td>West Marine (Made by Harken)</td><td>130560</td><td>Padeyes voor het bevestigen van het ankersysteem aan de Ark-basis. Per eenheid: 5</td></tr><tr><td>Main structure: 3/4" H-80 Divinycell Closed-Cell Foam, Plain Sheet 48" x 96"</td><td>Fiberglass Supply</td><td>L18-1110</td><td>Driftschuim voor schuimstellingen. Snijd het schuim in 1,5" brede stroken, 15,5" lang voor S1-schuimstellingen en 19" lang voor S2-schuimstellingen, voeg toe aan schuimstellingen. Per eenheid: 120</td></tr><tr><td>Downline: 3/4" Stainless Masterlink</td><td>Lift-It (Made by Suncor)</td><td>S0652-0020</td><td>Masterlink, verbindt de bovenkant van de draaischarnier met de onderste porties van de 5-punts ankerlijn. Per eenheid: 1</td></tr><tr><td>Mooring bridle: 3/8" Stainless Long D Shackles with Captive Self-Locking Pin</td><td>West Marine (Made by Wichard)</td><td>116293</td><td>Hoogwaardige schakels om pad eyes met ankersysteem te verbinden. Per eenheid: 5</td></tr><tr><td>Main structure: 316 SS, Pan Head Phillips Screw, 1/4-20, 3" Long</td><td>McMaster Carr</td><td>91735A385</td><td>Schroeven om behuizingsanoden aan roestvrijstalen schuimstellingen te bevestigen Per eenheid: 2</td></tr><tr>

coral reef arks: een in situ mesokosmos en toolkit voor het samenstellen van rifgemeenschappen

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

Koraalriffen gedijen en bieden maximale ecosysteemdiensten wanneer ze een trofische structuur met meerdere niveaus ondersteunen en groeien in gunstige waterkwaliteitsomstandigheden met hoge lichtniveaus, snelle waterstroom en lage voedingsniveaus. Slechte waterkwaliteit en andere antropogene stressoren hebben de afgelopen decennia koraalsterfte veroorzaakt, wat heeft geleid tot trofische degradatie en het verlies van biologische complexiteit op veel riffen. Oplossingen om de oorzaken van trofische degradatie om te keren blijven ongrijpbaar, deels omdat pogingen om riffen te herstellen vaak worden geprobeerd in dezelfde verminderde omstandigheden die in de eerste plaats koraalsterfte veroorzaakten. 
Koraalarken, positief drijvende, middenwaterstructuren, zijn ontworpen om verbeterde waterkwaliteitsomstandigheden en ondersteunende cryptische biodiversiteit te bieden voor getransloceerde en natuurlijk gerekruteerde koralen om gezonde rifmesokosmos samen te stellen voor gebruik als langetermijnonderzoeksplatforms. Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS), passieve nederzettingsapparaten, worden gebruikt om de cryptische rifbiodiversiteit naar de Coral Arks te verplaatsen, waardoor een "boost" wordt gegeven aan natuurlijke rekrutering en ecologische ondersteuning wordt bijgedragen aan de gezondheid van het koraal. We hebben twee ontwerpen van arken gemodelleerd en experimenteel getest om de weerstandskarakteristieken van de structuren te evalueren en hun stabiliteit op lange termijn in het middenwater te beoordelen op basis van hun reactie op hydrodynamische krachten. 
Vervolgens installeerden we twee ontwerpen van Arks-structuren op twee Caribische riflocaties en maten we verschillende waterkwaliteitsmetingen die verband hielden met de Arks-omgeving in de loop van de tijd. Bij de inzet en 6 maanden daarna vertoonden de Coral Arks verbeterde metrieken van de riffunctie, waaronder een hogere stroming, licht en opgeloste zuurstof, een hogere overleving van getransloceerde koralen en verminderde sedimentatie en microbiële isatie ten opzichte van nabijgelegen zeebodemlocaties op dezelfde diepte. Deze methode biedt onderzoekers een aanpasbaar, langetermijnplatform voor het bouwen van rifgemeenschappen waar de lokale waterkwaliteitsomstandigheden kunnen worden aangepast door inzetparameters zoals de diepte en locatie te wijzigen.

Afgemeerde midwater geodetische structuren genaamd Coral Arks bieden een modulair, schaalbaar en verticaal instelbaar onderzoeksplatform dat kan worden gebruikt om koraalrifgemeenschappen te bouwen, te bewaken en te verstoren in voorheen niet-werkende gebieden, inclusief offshore.

Coral Reef Arks: een in situ mesokosmos en toolkit voor het samenstellen van rifgemeenschappen

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

Koraalarken kunnen belangrijke vragen beantwoorden over hoe mariene gemeenschappen zich verzamelen, in de loop van de tijd veranderen en reageren op veranderende omgevingsomstandigheden, inclusief hoe de biologie de abiotische omgeving verandert. Koraalarken bieden een repliceerbaar, schaalbaar en verticaal instelbaar onderzoeksplatform voor het bouwen en experimenteren met koraalrifgemeenschappen in hun natuurlijke omgeving en op ecosysteemschaal. Deze methode om ARMS en arken te combineren om ecosysteem-mesokosmos te bouwen, kan worden toegepast op benthische mariene gemeenschappen die over de hele planeet leven, vooral die in kustgebieden.Na het transporteren van de zandschroeven naar de benthos, plaatst u de zandschroef rechtop en begraaft u de zandschroef door deze te draaien totdat de eerste schijf is bedekt met zand of los puin. Plaats een vijf voet lange metalen draaibalk door het oog van het anker, zodat het grootste deel van de draaibalk uit één kant van het oog steekt. Schroef tijdens het lopen, of zwemmen in cirkels op de benthos, de zandschroef in het substraat totdat alleen het oog uit de benthos blijft steken.Installeer drie zandschroeven in een driehoekig patroon verbonden door een kettinghoofdstel voor meer houdkracht. Om het geodetische frame te monteren, schroeft u een roestvrijstalen zeskantmoer op een 2,5-inch roestvrijstalen bout 3/4 van de weg naar de bovenkant van de bout. Steek de bout in een van de naar binnen gerichte gaten op de veerpoot en bevestig deze met een borgmoer om te voorkomen dat de naaf over de lengte van de veerpoot glijdt.Duw nu het uiteinde van elke veerpoot door een van de gaten van de naaf. Bevestig een andere bout door het buitenste gat van de veerpoot en werk af met een borgmoer om te voorkomen dat de veerpoot uit de naaf glijdt. Herhaal dit voor alle vijf de stutten in één naaf.Voeg vervolgens naven en stutten toe totdat de geodetische bol is geassembleerd. Nadat u de 1/8-inch roestvrijstalen staalkabel hebt losgemaakt, begint u deze door de stutten te rijgen. Maak 12 lussen van nylon kabelbinders ter grootte van een zilveren dollar, één voor elke hub.Terwijl de staalkabel door de stutten wordt geregen, passeert u het touw door de ritssluitingslus bij de naaf en gaat u verder naar de volgende veerpoot. Ga verder met het rijgen van de staalkabel door alle stutten die in het midden van elke hoekpunt zijn verbonden door de ritssluitingslus. Nadat u de kabel terug naar het startpunt hebt geregen, trekt u met een tang aan de ritssluitingslussen om de lengtes van de staalkabel dicht bij elkaar te brengen.Monteer een 1/2-inch roestvrijstalen kabelklem op alle kabellengtes en draai deze stevig vast. Herhaal dit voor alle hoekpunten van de structuur. Koppel en klem nu beide uiteinden van de metalen draad met behulp van drie 1/2-inch kabelklemmen.Voeg het tuigagesysteem toe dat bestaat uit twee lengtes van drie bij acht inch roestvrijstalen kabels die aan elk uiteinde hydraulisch op een oog wordt geslingerd. Haal de onderste uiteinden van de kabel door de boven- en onderkant van de ark en monteer de eindkappen op de bovenste en onderste naven met behulp van een hamer. Een spanschroevensysteem in het midden verbindt de twee lengtes roestvrij kabel.Schroef de oogbouten in de spanschroef en draai ze vast totdat er voldoende spanning op de structuur staat om het systeem stijf te maken. Voeg elk gegoten glasvezelrooster gesneden in twee halve vijfhoeken toe aan het arkinterieur met behulp van zware ritsbanden van 250 pond om de zijkanten van het platform aan de arkstutten te verankeren. Plaats een lengte glasvezel I-balk om beide helften van het glasvezelplatform onder de structuur te verbinden en bevestig aan de onderkant van het platform met behulp van twee roestvrijstalen U-bouten en bevestig met nylon inzetbindmoeren.Herhaal dit voor de andere vier I-balken, waarbij ze gelijkmatig over de lengte van het platform worden verdeeld. Dit verbindt en ondersteunt de twee helften van het platform, waardoor een volledige vijfhoek ontstaat. Span de zware ritsbanden aan de randen van het platform aan en knip het overtollige eraf.Aan het einde van deze stap is het interne platform stevig geïntegreerd in de arkstructuur. Gebruik roestvrijstalen mousingdraad om de uiteinden van de spanschroef en alle beugels te beslaan. Aan het einde van deze stap heeft de ark twee geïntegreerde platforms, boven- en onderbevestigingen voor hardwarebevestiging en een centrale kabel die het grootste deel van de trekkracht draagt die op de structuur wordt geplaatst via verankering en positief drijfvermogen.Zodra het frame volledig is geassembleerd, installeert u het geodetische frame op de implementatielocatie. Om het gewicht van de arken in het water te meten, bevestigt u de dompelbare loadcel aan een blok en pakt u het katrolsysteem aan om tijdelijk de spanning op de afmeerlijn over te brengen naar het rekstrooksysteem. Bevestig de basis van het blok en pak aan op een veilige locatie op het ark-afmeersysteem, zoals een tussenliggende beugelpunt, of aan een zeebodemanker.Bevestig de bovenkant van de loadcel op een veilige locatie op het arkmontageframe. Zonder de afmeercomponenten op de ark te verwijderen of te wijzigen, trekt u de lijn door het blok- en tackle- en katrolsysteem, zodat de spanning wordt overgebracht van het ark-afmeersysteem naar het katrolsysteem, waarbij de lijn bij elke trek wordt vastgemaakt. Zorg ervoor dat de afmeerlijn volledig is verslapt, zodat de rekstrook spanningsmetingen kan verzamelen.Na ten minste enkele minuten van gegevensverzameling, breng je langzaam de spanning van het blok over en pak je het katrolsysteem terug naar de ark-afmeerlijn. Zorg ervoor dat de beugels en andere afmeercomponenten goed zitten en veilig zijn. De respons van twee schelparkstructuren toont een trekkracht van minder dan 10 kilogram en netto drijfvermogens van 82,7 en 83,0 kilogram.De stroomsnelheden tijdens de meetperiode waren relatief stabiel op ongeveer 20 centimeter per seconde. De omgeving van de ark vertoonde hogere gemiddelde lichtintensiteiten overdag, hogere gemiddelde stroomsnelheden, lagere concentraties opgeloste organische koolstof en lagere dielfluctuaties in opgeloste zuurstofconcentraties dan de benthische controlelocaties op dezelfde diepte. Verschillen in temperatuur tussen de arken en de controleplaatsen waren onbeduidend.De arken vertoonden ook microbiële gemeenschappen met hogere virus-microbeverhoudingen dan de controlelocaties, aangedreven door een lagere overvloed aan microben en een hogere overvloed aan vrije virussen in de omgeving van de mid-water ark. De microbiële gemeenschappen op de arken waren samengesteld uit gemiddeld fysiek kleinere cellen dan de microbiële gemeenschappen op de zeebodemlocaties. De overleving van experimenteel getransloceerde koralen werd elke drie maanden beoordeeld op de arken en controlelocaties.Negen maanden na de translocatie van het eerste cohort koralen leefden er nog steeds meer koralen in de arken in vergelijking met de controlelocaties. Koraalarksystemen zijn ontworpen voor ecologische monitoringprojecten op lange termijn, dus verankeringssystemen en structurele ontwerpen moeten worden geselecteerd rekening houdend met zowel normale als extreme omstandigheden op inzetlocaties. Abiotische factoren geassocieerd met koraalarkgemeenschappen kunnen worden aangepast door de diepte van de systemen te veranderen, waardoor onderzoek mogelijk wordt naar hoe virale en microbiële gemeenschappen van riffen reageren op veranderende omgevingsomstandigheden.

coral-reef-arks-an-situ-mesocosm-toolkit-for-assembling-reef

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Een geïntegreerde suite van beeldvormende technieken is toegepast op poliep morfologie en weefselstructuur in het Caribisch gebied koralen Montastraea annularis en M. te bepalen faveolata. Fluorescentie, serieblok gezicht, en twee-foton confocale laser scanning microscopie hebben lobbige structuur, poliep muren, en de geschatte chromatophore en zoöxanthellen dichtheid en uitkeringen geïdentificeerd.

Multimodale optische microscopie methoden Reveal Poliep Tissue morfologie en structuur in het Caribisch gebied Reef Building Koralen

Het doel van dit protocol is voor het uitvoeren van in situ hybridisatie op volwassen koraal monsters die zijn ingesloten in paraffine en gesegmenteerd in glas dia's. Dit is een kwalitatieve methode gebruikt voor het visualiseren van de ruimtelijke uitdrukking van een sonde van de anti-zin RNA in paraffine-ingebedde weefsels.

In Situ Hybridisatie technieken voor paraffine-ingebedde volwassen koraal monsters

Dit protocol beschrijft het opzetten en uitvoeren van een micro-respirometriesysteem dat kan worden gebruikt om de fysiologische kenmerken van het koraalholobiont te onderzoeken.

Fysiologische karakterisering van het koraal holobieont met behulp van een nieuw micro-respirometrie-instrument

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.

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

Dit protocol beschrijft de ontwikkeling van een modulair bestuurbaar micro-device systeem dat kan worden toegepast voor het langdurig kweken en monitoren van zeekoralen.

Een geïntegreerd micro-apparaatsysteem voor koraalgroei en -monitoring

Dit protocol beschrijft een semi-geautomatiseerde route om de efficiëntie en capaciteit van de verwerking en cryopreservatie van sperma van bedreigde koraalsoorten te verbeteren, met als doel de genetische diversiteit veilig te stellen en de inspanningen voor rifherstel te ondersteunen.

Een semi-geautomatiseerde workflow voor de cryopreservatie van koraalsperma ter ondersteuning van biobanking en aquacultuur

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het verzamelen en verwerken van onderwaterfotogrammetriegegevens, inclusief een aanzienlijk vereenvoudigde en volledig geautomatiseerde beeldverwerkingspijplijn die resulteert in gegeorefereerde en op tijdreeksen afgestemde outputs die klaar zijn voor ecologische gegevensextractie, analyse en toepassing.

Reefshape: een systeem voor het efficiënt verzamelen en geautomatiseerd verwerken van tijdreeksen onderwaterfotogrammetriegegevens voor het monitoren van benthische habitats

Dit protocol omvat een onderzoeksmethodologie in vier stappen voor beeldvorming van grote gebieden die wordt gebruikt om statistieken te extraheren van structurele complexiteit, gemeenschapssamenstelling en demografische gegevens van de bevolking voor koraalrifgemeenschappen. De kwaliteit van de verzamelde beelden en de geïntegreerde toegang tot de bronbeelden krijgen prioriteit in elke stap van het protocol.

Het meten van de structuur, samenstelling en verandering van onderwateromgevingen met beeldvorming van grote gebieden

-Visserij-geïnduceerde veranderingen om uitgebuit schaaldier visserij, zoals de Amerikaanse kreeft visserij, kan mogelijk invloed hebben op hun reproductieve dynamiek, wat leidt tot een vermindering van de paring succes. Het doel van deze studie was om een ​​niet-invasieve methode voor het vaststellen van de paring succes van vrouwelijke kreeften die fysiologisch of functioneel volwassen kunnen ontwikkelen.

Een niet-invasieve methode voor<em&gt; In situ</em&gt; Bepaling van het Koppelen van Succes in vrouwelijke Amerikaanse Kreeften (<em&gt; Homarus americanus</em&gt;)

We bieden een techniek om intact boomfloëem te behouden en het voor te bereiden op observatie. We creëren een apparaat genaamd een floëemsandwich dat het mogelijk maakt om geleedpotigen, microben en andere organismen die in floëemweefsels leven te introduceren en observeren.

Techniek voor het bestuderen van geleedpotigen en microbiële gemeenschappen binnen Tree Tissues

Ontdek hoe Coral Reef Arks werken als in situ mesokosmos voor het bestuderen van koraalrifgemeenschappen. Deze geodetische structuren bieden een schaalbaar platform voor ecologisch onderzoek in natuurlijke omgevingen.

Coral Reef Arks: een in situ mesokosmos en toolkit voor het samenstellen van rifgemeenschappen

Meer video's verkennen