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Summary

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 .

Abstract

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.

Introduction

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 corais^18,19, bem como à resistência térmica e resiliência^20,21. 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 reprodutiva^{de 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 anteriores^32,33). 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 Taiwan^30,34; 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 reprodutiva^35,36. 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.

Protocol

1. Colónias de coral suspensasem tanques de aquicultura ex situ Posicione uma barra entalada (comprimento x largura x altura: 75 cm x 1 cm x 3 cm), doravante denominada “barra suspensa”, em todo o tanque de cultura em preparação para pendurar as colônias de corais.NOTA: A barra suspensa usada neste experimento foi feita sob medida, mas um tubo de PVC simples com parafusos salientes (ou seja, para atuar como entalhes) seria suficiente, desde que pudesse ser posicionado de maneir…

Representative Results

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 c…

Discussion

Esta avaliação preliminar do efeito da temperatura e da alimentação sobre a reprodução dos corais revelou diferenças na produção reprodutiva e na época entre colônias cultivadas sob diferentes condições de tratamento. Além disso, verificou-se que a alimentação de náuplios de Artemia para colônias de corais pareceu ser eficaz em temperaturas relativamente frias (24°C), bem como quentes (28°C). Esses resultados combinados destacam a aplicabilidade dessas técnicas simples para a alimentação e…

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