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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
As mudanças climáticas estão impactando os ecossistemas de recifes de coral globalmente. Corais provenientes de sistemas de aquicultura ex situ podem ajudar a apoiar os esforços de restauração e pesquisa. Neste trabalho, são descritas técnicas de alimentação e cultura de corais que podem ser usadas para promover a manutenção a longo prazo de corais escleractíneos reprodutores ex situ .
As mudanças climáticas estão afetando a sobrevivência, o crescimento e o recrutamento de corais globalmente, com mudanças em grande escala na abundância e composição da comunidade esperadas nos ecossistemas recifais nas próximas décadas. O reconhecimento dessa degradação dos recifes levou a uma série de novas intervenções ativas baseadas em pesquisa e restauração. A aquicultura ex situ pode desempenhar um papel de apoio através do estabelecimento de protocolos robustos de cultura de corais (por exemplo, para melhorar a saúde e a reprodução em experimentos de longo prazo) e através do fornecimento de um suprimento consistente de matrizes (por exemplo, para uso em projetos de restauração). Aqui, técnicas simples para a alimentação e cultivo ex situ de corais escleractíneos reprodutores são delineadas usando o coral comum e bem estudado, Pocillopora acuta, como exemplo. Para demonstrar essa abordagem, colônias de corais foram expostas a diferentes temperaturas (24 °C vs. 28 °C) e tratamentos alimentares (alimentados vs. não alimentados) e a produção e época reprodutivas, bem como a viabilidade de alimentar náuplios de Artemia para corais em ambas as temperaturas, foram comparadas. A produção reprodutiva apresentou alta variação entre as colônias, com diferentes tendências observadas entre os tratamentos térmicos; a 24 °C, as colônias alimentadas produziram mais larvas do que as colônias não alimentadas, mas o oposto foi encontrado nas colônias cultivadas a 28 °C. Todas as colônias se reproduziram antes da lua cheia, e diferenças no tempo reprodutivo só foram encontradas entre colônias não alimentadas no tratamento a 28 °C e colônias alimentadas no tratamento a 24 °C (média do dia lunar de reprodução ± desvio padrão: 6,5 ± 2,5 e 11,1 ± 2,6, respectivamente). As colônias de corais alimentaram-se eficientemente de náuplios de Artemia em ambas as temperaturas de tratamento. Essas técnicas propostas de alimentação e cultivo têm como foco a redução do estresse dos corais e a promoção da longevidade reprodutiva de forma econômica e customizável, com aplicabilidade versátil tanto em sistemas de escoamento quanto em sistemas de recirculação aquícola.
Muitos ecossistemas de recifes de coral em todo o mundo estão sendo perdidos e degradados como resultado do estresse de altas temperaturas impulsionado pelas mudanças climáticas 1,2. O branqueamento de corais (isto é, a quebra da simbiose coral-algal3) foi considerado relativamente raro no passado4 mas agora está ocorrendo com mais frequência5, com expectativa de que o branqueamento anual ocorra em muitas regiões em meados do século 6,7. Esse encurtamento do período intermediário entre os eventos de branqueamento pode limitar a capacidade de resiliência dos recifes8. Os impactos diretos do estresse de altas temperaturas nas colônias de corais (por exemplo, dano tecidual9; depleção de energia10) estão intrinsecamente ligados a impactos indiretos no nível da escala dos recifes, dos quais uma redução na capacidade reprodutiva/de recrutamento é particularmente preocupante11. Isso estimulou uma série de pesquisas aplicadas explorando, por exemplo, o aumento ativo in situ do recrutamento (por exemplo, semeadura de recifes12), novas tecnologias para a restauração de corais em escala 13 e a simulação de pistas reprodutivas para induzir a reprodução em sistemas ex situ 14. Complementam essas intervenções ativas o recente reconhecimento das vantagens da alimentação heterotrófica em corais sob estresse térmico15 e a exploração do papel que a provisão alimentar pode desempenhar na reprodução16.
Sabe-se que a alimentação heterotrófica influencia o desempenho dos corais17 e tem sido especificamente associada ao aumento do crescimento dos corais18,19, bem como à resistência térmica e resiliência20,21. No entanto, os benefícios da heterotrofia não são onipresentes entre as espécies de corais22 e podem diferir de acordo com o tipo de alimento consumido 23, bem como o nível de exposição à luz24. No contexto da reprodução dos corais, a alimentação heterotrófica tem mostrado resultados variáveis, com observações de maior capacidade reprodutivade 25 e26 após alimentação heterotrófica. A influência da alimentação heterotrófica na reprodução de corais em um espectro de temperaturas é raramente avaliada, mas no coral temperado Cladocora caespitosa, a heterotrofia mostrou-se mais importante para a reprodução sob condições de temperatura mais baixa27. Uma melhor compreensão do papel da temperatura e da alimentação na produção reprodutiva é provavelmente necessária para determinar se recifes específicos (por exemplo, recifes associados à alta disponibilidade de alimento28) possuem uma maior capacidade de recrutamento sob as mudanças climáticas.
Semelhante à produção reprodutiva, o efeito da temperatura e da alimentação sobre o tempo reprodutivo em corais permanece relativamente pouco estudado, apesar da sincronização da reprodução com condições abióticas/bióticas ser uma consideração importante para o sucesso do recrutamento em um oceano em aquecimento29. Temperaturas mais quentes resultaram em reprodução mais precoce em estudos de condicionamento térmico de corais conduzidos em laboratório30, e isso também foi observado em corais coletados de recifes naturais ao longo das estações31. No entanto, curiosamente, a tendência oposta foi observada recentemente em corais alimentados cultivados ao longo de 1 ano em um sistema de fluxo ex situ (isto é, a reprodução ocorreu mais cedo no ciclo lunar em temperaturas mais frias de inverno e mais tarde no ciclo lunar em temperaturas mais quentes de verão)32. Esse resultado contrastante sugere que o tempo reprodutivo pode se afastar dos padrões típicos em condições associadas a recursos energéticos abundantes.
Experimentos controlados de longa duração sob diferentes cenários de temperatura podem contribuir para um melhor entendimento da influência da heterotrofia na reprodução em corais escleractíneos. Manter colônias de corais reprodutoras em condições ex situ para múltiplos ciclos reprodutivos, no entanto, pode ser um desafio (mas ver pesquisas anteriores32,33). Neste trabalho, são descritas técnicas simples e eficazes para a alimentação ativa (fonte alimentar: náuplios de Artemia) e o cultivo a longo prazo de um coral reprodutor (Pocillopora acuta) em um sistema de aquicultura de fluxo contínuo; No entanto, deve-se notar que todas as técnicas descritas também podem ser utilizadas em sistemas de aquicultura de recirculação. Para demonstrar essas técnicas, uma comparação preliminar da produção reprodutiva e da época de colônias de corais mantidas a 24 °C e 28 °C sob tratamentos "alimentado" e "não alimentado" foi conduzida. Essas temperaturas foram escolhidas para aproximar as temperaturas da água do mar no inverno e no verão, respectivamente, no sul de Taiwan30,34; Uma temperatura mais alta não foi escolhida porque a promoção de culturas ex situ de longo prazo, em vez de testar a resposta dos corais ao estresse térmico, foi um objetivo primário deste experimento. Além disso, a densidade de náuplios de Artemia antes e após as sessões de alimentação foi quantificada para comparar a viabilidade de alimentação heterotrófica em ambos os tratamentos de temperatura.
Especificamente, 24 colônias de P. acuta (extensão linear total média ± desvio padrão: 21,3 cm ± 2,8 cm) foram obtidas de tanques de fluxo nas instalações de pesquisa do Museu Nacional de Biologia Marinha e Aquário, sul de Taiwan. Pocillopora acuta é uma espécie de coral comum que possui tanto uma estratégia de desova de transmissão, mas tipicamente reprodutiva35,36. As colônias parentais desses corais foram originalmente coletadas no recife Outlet (21,931°E, 120,745°N) aproximadamente 2 anos antes para outro experimento32. Consequentemente, as colônias de corais utilizadas no presente experimento foram criadas por toda a vida em condições de cultura ex situ; especificamente, as colônias foram expostas à temperatura ambiente e a um ciclo claro: escuro de 12 h:12 h a 250 μmol quanta m−2·s−1 e foram alimentadas com náuplios de Artemia duas vezes por semana. Reconhecemos que essa cultura ex situ de longo prazo pode ter afetado a forma como as colônias responderam às condições de tratamento neste experimento. Gostaríamos, portanto, de enfatizar que o objetivo principal aqui é ilustrar como as técnicas descritas podem ser efetivamente utilizadas para o cultivo de corais ex situ, demonstrando um exemplo aplicado em que os efeitos da temperatura e da alimentação na reprodução dos corais foram avaliados.
As colônias de corais foram distribuídas uniformemente em seis tanques de cultura do sistema flow-through (comprimento interior do tanque x largura x altura: 175 cm x 62 cm x 72 cm; regime de luz do tanque: 12 h:12h ciclo claro:escuro a 250 μmol quanta m−2·s−1) (Figura 1A). A temperatura em três dos tanques foi fixada em 28 °C, e a temperatura nos outros três tanques foi fixada em 24 °C; cada tanque tinha um registrador que registrava a temperatura a cada 10 min (veja a Tabela de Materiais). A temperatura foi controlada independentemente em cada tanque usando chillers e aquecedores, e a circulação da água foi mantida usando motores de fluxo (veja a Tabela de Materiais). Metade das colônias em cada tanque (n = 2 colônias/tanque) foi alimentada com náuplios de Artemia duas vezes por semana, enquanto as outras colônias não foram alimentadas. Cada sessão de alimentação teve duração de 4 h e foi conduzida em dois tanques de alimentação independentes com temperatura específica. Durante a alimentação, todas as colônias foram movidas para os tanques de alimentação, incluindo as colônias não alimentadas, para padronizar o efeito de estresse potencial de mover as colônias entre os tanques. As colônias nos tratamentos alimentado e não alimentado foram posicionadas em seu próprio compartimento usando uma estrutura de malha dentro dos tanques de alimentação com temperatura específica para que apenas as colônias na condição de alimentado recebessem alimento. A produção e o tempo reprodutivo dos corais foram avaliados para cada colônia diariamente às 09:00 da manhã, contando-se o número de larvas que foram liberadas nos recipientes de coleta de larvas durante a noite.
1. Colónias de coral suspensasem tanques de aquicultura ex situ
2. Alimentação de corais
3. Quantificação da densidade de náuplios de Artemia pré e pós-alimentação
4. Coleta de larvas de coral
Os protocolos descritos permitiram (1) a comparação da produção reprodutiva e época de colônias individuais de corais entre diferentes tratamentos de alimentação e temperatura e (2) uma avaliação da viabilidade da alimentação de náuplios de Artemia em diferentes temperaturas. Aqui, uma breve visão geral dos resultados é dada, mas deve-se ter cautela com relação à interpretação ampla dos efeitos relatados da temperatura e da alimentação sobre a reprodução dos corais devido à natureza de curto prazo deste experimento (ou seja, apenas um ciclo reprodutivo) e ao uso de colônias de corais aclimatadas a condições ex situ .
Cada colônia se reproduziu ao longo do nosso período de monitoramento (setembro lunar de 2022), e a produção reprodutiva mensal total mostrou alta variação entre as colônias. O número total de larvas liberadas pelas colônias variou de 6 a 319, com exceção de uma colônia (no tratamento não alimentado a 24 °C) que produziu 528 larvas; os dados de todas as colônias são mostrados na Figura 2, mas a colônia de outlier de alta produção não foi incluída na análise dos dados. O rendimento reprodutivo foi afetado pela temperatura (modelo linear generalizado de efeitos mistos; z = 5,35, p < 0,001) e alimentação (z = 3,01, p < 0,003), com interação significativa encontrada entre a temperatura e os tratamentos alimentares (z = 12,22, p < 0,001). Colônias cultivadas a 28 °C liberaram mais larvas quando não alimentadas (média ± desvio padrão; 151 ± 82) do que quando alimentadas (131 ± 133) (modelo linear generalizado de efeitos mistos, contraste post hoc; z = 3,01, p = 0,014), mas a tendência oposta foi encontrada em colônias cultivadas a 24 °C, em que as colônias alimentadas (80 ± 78) produziram mais larvas do que as colônias não alimentadas (12 ± 6) (z = 11,91, p < 0,001).
A reprodução em todas as colônias ocorreu antes da lua cheia (dia lunar 15) (Figura 3). A média do dia lunar (DML) de liberação larval (ponderada pela produção reprodutiva) variou do dia lunar 6,5 ao dia lunar 11,1, com uma diferença significativa entre os tratamentos sendo detectada apenas entre as colônias "não alimentadas a 28 °C", que se reproduziram mais cedo no ciclo lunar, e as colônias "alimentadas a 24 °C", que se reproduziram mais tarde no ciclo lunar (modelo linear de efeitos mistos, contraste post hoc, t = 4,10, p = 0,006).
No mês anterior ao monitoramento formal da reprodução (agosto lunar de 2022), a densidade de náuplios de Artemia foi avaliada antes e após as sessões de alimentação; isso foi repetido em três momentos: no início da cultura dos corais para este experimento (T0) e 2 semanas e 4 semanas na cultura dos corais em condições de tratamento (Figura 4). A avaliação inicial no T0 mostrou que não houve diferença entre a densidade pré e pós-alimentação de náuplios de Artemia em ambos os tratamentos térmicos. Após 2 semanas e 4 semanas de cultivo, a densidade de náuplios de Artemia foi menor após a alimentação em ambos os tratamentos de temperatura (semana 2: ANOVA two-way, F 1.104 = 128,45, p < 0,001; semana 4: ANOVA two-way, F1.104 = 294,71, p < 0,001). Não houve diferença na densidade pré-alimentação entre os tratamentos de temperatura (p > 0,05) ou na densidade pós-alimentação entre os tratamentos de temperatura (p > 0,05) em nenhum dos três momentos avaliados.
Todas as análises foram realizadas em R utilizando os pacotes lme437, lmerTest 38, emmeans39, car 40 e Hmisc41. Os dados e o script R usados para as análises estão disponíveis publicamente no GitHub (https://github.com/CJ-McRae/Lam-et-al_JoVE-submission).

Figura 1: Esquema do planejamento experimental e materiais representativos para a alimentação e cultura ex situ de um coral escleractíneo reprodutor. (A) Colônias de Pocillopora acuta foram cultivadas em tanques de aquicultura de fluxo a 24 °C ou 28 °C sob condições de alimentação e não alimentação; os círculos pretos representam as colônias. (B) As colônias foram penduradas com linhas de pesca para reduzir o estresse de manuseio e promover a movimentação eficiente entre os tanques de cultura e de alimentação. (C) Durante as sessões de alimentação, todas as colônias foram movidas para uma estrutura de malha dentro de tanques de alimentação com temperatura específica. As colônias alimentadas foram posicionadas em um compartimento da armação, e as colônias não alimentadas foram posicionadas no outro compartimento da armação; apenas colônias alimentadas receberam alimento. (D) Náuplios de Artemia enriquecidos foram administrados às colônias no tratamento alimentado duas vezes por semana. (E) As colônias foram colocadas em recipientes de coleta de larvas durante a noite para quantificar a produção reprodutiva diariamente ao longo de um ciclo lunar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Produção reprodutiva de colônias de Pocillopora acuta sob diferentes temperaturas (24 °C vs. 28 °C) e tratamentos alimentares (alimentados vs. não alimentados). As letras são representativas de diferenças significativas na produção reprodutiva entre os tratamentos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Época reprodutiva de colônias de Pocillopora acuta sob diferentes temperaturas (24 °C vs. 28 °C) e tratamentos alimentares (alimentados vs. não alimentados). A linha tracejada vertical mostra a média do dia lunar (DML) de reprodução para cada tratamento. Os tons de cor dentro de cada barra das parcelas específicas de tratamento (A-D) indicam a contribuição das colônias individuais para a reprodução total diária. As letras são representativas de diferenças significativas no tempo reprodutivo entre os tratamentos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Densidade de náuplios de Artemia antes e após as sessões de alimentação dos corais dentro dos tratamentos de temperatura de 24 °C e 28 °C. A densidade pré-alimentação foi calculada antes da alimentação dos corais, e a densidade pós-alimentação foi calculada após a conclusão de uma sessão de 4 h de alimentação dos corais. A densidade de náuplios de Artemia foi avaliada no início da cultura dos corais (T0) e após 2 semanas e 4 semanas sob condições de tratamento em sistema de escoamento aquícola. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm interesses financeiros concorrentes ou outros conflitos de interesse.
As mudanças climáticas estão impactando os ecossistemas de recifes de coral globalmente. Corais provenientes de sistemas de aquicultura ex situ podem ajudar a apoiar os esforços de restauração e pesquisa. Neste trabalho, são descritas técnicas de alimentação e cultura de corais que podem ser usadas para promover a manutenção a longo prazo de corais escleractíneos reprodutores ex situ .
Esta pesquisa foi financiada pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (Taiwan), números de processo MOST 111-2611-M-291-005 e MOST 111-2811-M-291-001.
| Cistos de artemia | Fonte de alimento Supreme plus | NA | |
| Chiller | Resun | CL650 | Para resfriar a temperatura da água, se necessário |
| Medidor portátil de condutividade | WTW | Cond 3110 | Para medir a salinidade |
| Dietas de enriquecimento | Omega | NA | Usado no cultivo de Artemia |
| Linha de pesca | Super | Nylon monofilamento | Para pendurar as colônias de coral |
| Motores de fluxo | Maxspect | GP03 | Para criar Aquecedor de fluxo de água |
| 350 | W ISTA | NA | Aquecedores usados em tanques |
| HOBO pendente registrador de temperatura | Computador de início | UA-002-08 | Para registrar a temperatura da água |
| Luzes LED | Mean Well | FTS: HLG-185H-36B | NA |
| Medidor portátil de luz | LI-COR | LI-250A | Dispositivo usado com sensor de luz para medir a intensidade da luz no |
| sensor de luz | PARLI-COR | LI-193SA | NA |
| Rede de plâncton 100 µ m tamanho da malha | Omega | NA | Para coletar larvas e artemia |
| Bomba primária 6000 L/H | Mr. Aqua | BP6000 | Para extrair água de tanques para o resfriador |
| Medidor de corrente tipo hélice | KENEK | GR20 | Dispositivo usado com detector tipo hélice para medir a taxa de fluxo |
| Detector tipo hélice | KENEK | GR3T-2-20N | NA |
| Microscópio estéreo | Zeiss | Stemi 2000-C | Para contar o número de artêmias |
| Controlador de temperatura 1000 W | Rep Park | O-RP-SDP-1 | Para definir e manter a temperatura da água |