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Summary

Il cambiamento climatico sta avendo un impatto sugli ecosistemi delle barriere coralline a livello globale. I coralli provenienti da sistemi di acquacoltura ex situ possono contribuire a sostenere gli sforzi di ripristino e di ricerca. In questo articolo, vengono delineate le tecniche di alimentazione e coltura dei coralli che possono essere utilizzate per promuovere il mantenimento a lungo termine dei coralli scleractini in cova ex situ .

Abstract

Il cambiamento climatico sta influenzando la sopravvivenza, la crescita e il reclutamento dei coralli a livello globale, con cambiamenti su larga scala nell’abbondanza e nella composizione della comunità negli ecosistemi delle barriere coralline previsti nei prossimi decenni. Il riconoscimento di questo degrado della barriera corallina ha stimolato una serie di nuovi interventi attivi basati sulla ricerca e sul ripristino. L’acquacoltura ex situ può svolgere un ruolo di supporto attraverso la definizione di solidi protocolli di coltura del corallo (ad esempio, per migliorare la salute e la riproduzione in esperimenti a lungo termine) e attraverso la fornitura di una fornitura costante di riproduttori (ad esempio, per l’uso in progetti di ripristino). Qui, vengono delineate semplici tecniche per l’alimentazione e la coltura ex situ di coralli scleractini in cova utilizzando come esempio il corallo comune e ben studiato, Pocillopora acuta. Per dimostrare questo approccio, le colonie di coralli sono state esposte a diverse temperature (24 °C vs. 28 °C) e sono stati confrontati i trattamenti di alimentazione (alimentati vs. non nutriti) e la produzione e i tempi riproduttivi, nonché la fattibilità di somministrare naupli di Artemia ai coralli a entrambe le temperature. La produzione riproduttiva ha mostrato un’elevata variazione tra le colonie, con tendenze diverse osservate tra i trattamenti termici; a 24 °C, le colonie alimentate hanno prodotto più larve rispetto alle colonie non nutrite, ma l’opposto è stato riscontrato nelle colonie coltivate a 28 °C. Tutte le colonie si sono riprodotte prima della luna piena e le differenze nei tempi riproduttivi sono state riscontrate solo tra le colonie non nutrite nel trattamento a 28 °C e le colonie alimentate nel trattamento a 24 °C (giorno medio lunare di riproduzione ± deviazione standard: 6,5 ± 2,5 e 11,1 ± 2,6, rispettivamente). Le colonie di coralli si sono nutrite in modo efficiente di naupli di Artemia a entrambe le temperature di trattamento. Queste tecniche di alimentazione e coltura proposte si concentrano sulla riduzione dello stress dei coralli e sulla promozione della longevità riproduttiva in modo economico e personalizzabile, con un’applicabilità versatile sia nei sistemi di acquacoltura a flusso continuo che in quelli a ricircolo.

Introduction

Molti ecosistemi delle barriere coralline a livello globale si stanno perdendo e degradando a causa dello stress da alte temperature causato dai cambiamenti climatici ^1,2. Lo sbiancamento dei coralli (cioè la rottura della simbiosi corallo-algale³) è stato considerato relativamente raro negli ultimi^{4 anni}, ma ora si sta verificando più frequentemente⁵, con uno sbiancamento annuale che dovrebbe verificarsi in molte regioni entro la metà o la fine del secolo ^6,7. Questo accorciamento del periodo intermedio tra gli eventi di sbiancamento può limitare la capacità di resilienza della barriera corallina⁸. Gli impatti diretti dello stress da alte temperature sulle colonie di corallo (ad esempio, danno tissutale⁹; esaurimento energetico¹⁰) sono intrinsecamente legati a impatti indiretti a livello di barriera corallina, di cui una riduzione della capacità riproduttiva/di reclutamento è di particolare interesse¹¹. Ciò ha stimolato una serie di ricerche applicate che esplorano, ad esempio, il miglioramento attivo in situ del reclutamento (ad esempio, la semina della barriera corallina¹²), nuove tecnologie per il ripristino dei coralli su larga scala¹³ e la simulazione di segnali riproduttivi per indurre la riproduzione in sistemi ex situ ¹⁴. Complementari a questi interventi attivi sono il recente riconoscimento dei vantaggi dell’alimentazione eterotrofica nei coralli sottoposti a stress ad alta temperatura¹⁵ e l’esplorazione del ruolo che la fornitura di cibo può svolgere nella riproduzione¹⁶.

È noto che l’alimentazione eterotrofica influenza le prestazioni dei coralli¹⁷ ed è stata specificamente collegata all’aumento della crescita dei coralli^18,19, nonché alla resistenza termica e alla resilienza^20,21. Tuttavia, i benefici dell’eterotrofia non sono onnipresenti tra le specie di corallo 22 e possono differire in base al tipo di cibo consumato²³, nonché al livello di esposizione alla luce²⁴. Nel contesto della riproduzione dei coralli, l’alimentazione eterotrofica ha mostrato risultati variabili, con osservazioni di capacità riproduttive superiori a²⁵ e inferiori a^{26 a} seguito dell’alimentazione eterotrofica. L’influenza dell’alimentazione eterotrofica sulla riproduzione dei coralli attraverso uno spettro di temperature è raramente valutata, ma nel corallo temperato Cladocora caespitosa, l’eterotrofia è risultata più importante per la riproduzione in condizioni di temperatura più bassa²⁷. Una migliore comprensione del ruolo della temperatura e dell’alimentazione sulla produzione riproduttiva è probabilmente necessaria per determinare se specifiche barriere coralline (ad esempio, barriere coralline associate ad un’elevata disponibilità di cibo²⁸) possiedono una maggiore capacità di reclutamento sotto il cambiamento climatico.

Analogamente alla produzione riproduttiva, l’effetto della temperatura e dell’alimentazione sui tempi riproduttivi nei coralli rimane relativamente poco studiato, nonostante la sincronizzazione della riproduzione con le condizioni abiotiche/biotiche sia una considerazione importante per il successo del reclutamento in un oceano che si sta riscaldando²⁹. È stato dimostrato che temperature più calde si traducono in una riproduzione più precoce negli studi di condizionamento termico dei coralli condotti in laboratorio³⁰, e questo è stato osservato anche nei coralli raccolti dalle barriere coralline naturali durante le stagioni³¹. Tuttavia, è interessante notare che la tendenza opposta è stata recentemente osservata nei coralli nutriti coltivati nel corso di 1 anno in un sistema di flusso ex situ (cioè, la riproduzione è avvenuta prima nel ciclo lunare a temperature invernali più fredde e più tardi nel ciclo lunare a temperature estive più calde)³². Questo risultato contrastante suggerisce che i tempi riproduttivi possono allontanarsi dai modelli tipici in condizioni associate a abbondanti risorse energetiche.

Esperimenti controllati a lungo termine in diversi scenari di temperatura potrebbero contribuire a una migliore comprensione dell’influenza dell’eterotrofia sulla riproduzione nei coralli scleractiniani. Mantenere le colonie di coralli che si riproducono in condizioni ex situ per cicli riproduttivi multipli, tuttavia, può essere difficile (ma si vedano ricerche precedenti^32,33). In questo articolo vengono descritte tecniche semplici ed efficaci per l’alimentazione attiva (fonte alimentare: naupli di Artemia) e la coltura a lungo termine di un corallo in cova (Pocillopora acuta) in un sistema di acquacoltura a flusso continuo; Tuttavia, va notato che tutte le tecniche descritte possono essere utilizzate anche nei sistemi di acquacoltura a ricircolo. Per dimostrare queste tecniche, è stato condotto un confronto preliminare della produzione riproduttiva e dei tempi delle colonie di coralli mantenute a 24 °C e 28 °C sotto trattamenti “nutriti” e “non nutriti”. Queste temperature sono state scelte per approssimare le temperature dell’acqua di mare in inverno e in estate, rispettivamente, nel sud di Taiwan^30,34; Non è stata scelta una temperatura più alta perché la promozione di una coltura ex situ a lungo termine, piuttosto che testare la risposta dei coralli allo stress termico, era un obiettivo primario di questo esperimento. Inoltre, è stata quantificata la densità dei naupli di Artemia prima e dopo le sessioni di alimentazione per confrontare la fattibilità dell’alimentazione eterotrofica a entrambi i trattamenti di temperatura.

In particolare, 24 colonie di P. acuta (estensione lineare totale media ± deviazione standard: 21,3 cm ± 2,8 cm) sono state ottenute da vasche a flusso continuo presso le strutture di ricerca del Museo Nazionale di Biologia Marina e Acquario, nel sud di Taiwan. Pocillopora acuta è una specie di corallo comune che possiede sia una strategia riproduttiva di trasmissione, ma tipicamente cova^35,36. Le colonie parentali di questi coralli sono state originariamente raccolte dalla barriera corallina di Outlet (21.931°E, 120.745°N) circa 2 anni prima per un^{altro esperimento.} Di conseguenza, le colonie di corallo utilizzate nel presente esperimento sono state allevate per tutta la loro vita in condizioni di coltura ex situ; in particolare, le colonie sono state esposte a temperatura ambiente e a un ciclo luce:buio di 12 h:12 h a 250 μmol quanti m−²·s⁻¹ e sono state alimentate con naupli di Artemia due volte a settimana. Riconosciamo che questa coltura ex situ a lungo termine potrebbe aver influenzato il modo in cui le colonie hanno risposto alle condizioni di trattamento in questo esperimento. Vorremmo quindi sottolineare che l’obiettivo principale qui è quello di illustrare come le tecniche descritte possano essere efficacemente utilizzate per la coltura dei coralli ex situ, dimostrando un esempio applicato in cui sono stati valutati gli effetti della temperatura e dell’alimentazione sulla riproduzione dei coralli.

Le colonie di corallo sono state distribuite uniformemente in sei vasche di coltura del sistema a flusso continuo (lunghezza interna vasca x larghezza x altezza: 175 cm x 62 cm x 72 cm; regime di luce della vasca: 12 h:12h ciclo luce:buio a 250 μmol quanti m−²·s⁻¹) (Figura 1A). La temperatura in tre dei serbatoi è stata fissata a 28 °C e la temperatura negli altri tre serbatoi è stata fissata a 24 °C; ogni serbatoio aveva un logger che registrava la temperatura ogni 10 minuti (vedi Tabella dei Materiali). La temperatura è stata controllata in modo indipendente in ogni serbatoio utilizzando refrigeratori e riscaldatori e la circolazione dell’acqua è stata mantenuta utilizzando motori di flusso (vedere la tabella dei materiali). Metà delle colonie in ogni vasca (n = 2 colonie/vasca) sono state nutrite con naupli di Artemia due volte a settimana, mentre le altre colonie non sono state nutrite. Ogni sessione di alimentazione ha avuto una durata di 4 ore ed è stata condotta in due vasche di alimentazione indipendenti e specifiche per la temperatura. Durante l’alimentazione, tutte le colonie sono state spostate nelle vasche di alimentazione, comprese le colonie non alimentate, per standardizzare il potenziale effetto di stress dello spostamento delle colonie tra le vasche. Le colonie nei trattamenti alimentati e non alimentati sono state posizionate nel proprio compartimento utilizzando un telaio a rete all’interno delle vasche di alimentazione specifiche per la temperatura, in modo che solo le colonie in condizioni di alimentazione ricevessero cibo. La produzione riproduttiva dei coralli e i tempi sono stati valutati per ogni colonia ogni giorno alle 09:00 contando il numero di larve che erano state rilasciate nei contenitori di raccolta larvale durante la notte.

Protocol

1. Colonie di corallo sospesein vasche di acquacoltura ex situ Posizionare una barra dentellata (lunghezza x larghezza x altezza: 75 cm x 1 cm x 3 cm), di seguito denominata “barra sospesa”, attraverso la vasca di coltura in preparazione per appendere le colonie di coralli.NOTA: La barra appendiabiti utilizzata in questo esperimento è stata realizzata su misura, ma un semplice tubo in PVC con viti sporgenti (cioè per fungere da tacche) sarebbe sufficiente purché possa essere pos…

Representative Results

I protocolli descritti hanno permesso (1) il confronto della produzione riproduttiva e dei tempi delle singole colonie di coralli tra diversi trattamenti di alimentazione e temperatura e (2) una valutazione della fattibilità dell’alimentazione dei naupli di Artemia a diverse temperature. Di seguito, viene fornita una breve panoramica dei risultati, ma è necessario prestare attenzione per quanto riguarda l’interpretazione estensiva degli effetti riportati della temperatura e dell’alimentazione sulla riproduzion…

Discussion

Questa valutazione preliminare dell’effetto della temperatura e dell’alimentazione sulla riproduzione dei coralli ha rivelato differenze nella produzione riproduttiva e nei tempi tra le colonie coltivate in condizioni di trattamento distinte. Inoltre, è stato riscontrato che l’alimentazione di naupli di Artemia alle colonie di coralli sembrava essere efficace a temperature relativamente fresche (24 °C) e calde (28 °C). Questi risultati combinati evidenziano l’applicabilità di queste semplici tecniche per l’a…

Materials

Artemia cysts	Supreme plus	NA	Food source
Chiller	Resun	CL650	To cool down water temperature if needed
Conductivity portable meter	WTW	Cond 3110	To measure salinity
Enrichment diets	Omega	NA	Used in Artemia cultivation
Fishing line	Super	Nylon monofilament	To hang the coral colonies
Flow motors	Maxspect	GP03	To create water flow
Heater 350 W	ISTA	NA	Heaters used in tanks
HOBO pendant temperature logger	Onset Computer	UA-002-08	To record water temperature
LED lights	Mean Well	FTS: HLG-185H-36B	NA
Light portable meter	LI-COR	LI-250A	Device used with light sensor to measure light intensity in PAR
Light sensor	LI-COR	LI-193SA	NA
Plankton net 100 µm mesh size	Omega	NA	To collect larvae and artemia
Primary pump 6000 L/H	Mr. Aqua	BP6000	To draw water from tanks into chiller
Propeller-type current meter	KENEK	GR20	Device used with propeller-type detector to measure flow rate
Propeller-type detector	KENEK	GR3T-2-20N	NA
Stereo microscope	Zeiss	Stemi 2000-C	To count the number of artemia
Temperature controller 1000 W	Rep Park	O-RP-SDP-1	To set and maintain water temperature