Coral Reefs

Increasing ocean temperatures associated with ongoing climate change have resulted in regional reductions in the cover of live coral and increasing concerns that coral reefs will be overgrown by macroalgae. The likelihood of macroalgal overgrowth will, however, depend on the thermal sensitivities of the macroalgae themselves. We exposed recently settled propagules of the common canopy-forming macroalga Sargassum swartzii and adult thalli of three species of Sargassum (S. swatzii, S. cristaefolium, S. polycystum) to three experimental temperatures: ambient, + 2 °C, and + 3.5 °C, reflective of summer minimum, mean, and maximum temperatures for the region. Growth and survival of Sargassum swartzii propagules were assessed over 48 days, and the growth, physical toughness, elemental composition, and susceptibility to herbivory of adult thalli were assessed after short-term exposure (2-weeks) to experimental temperatures. Growth and survival of S. swartzii propagules were reduced by 43% and 84%, respectively, when cultured at the elevated (+ 3.5 °C) temperature compared to ambient temperature. Similarly, elevated temperature resulted in a 17–49% decline in the growth of adult Sargassum thalli relative to controls. Susceptability of S. swartzii and S. cristaefolium to herbivory (i.e. mass removed by herbivores) was 50% less for thalli cultured at elevated (+ 3.5 °C) compared to ambient temperature, but this pattern was not related to changes in the physical or chemical properties of the thalli as a result of elevated temperature. The negative effects of elevated temperatures on the growth and survival of both Sargassum propagules and adult thalli will likely restrict the capacity of Sargassum, and potentially other macroalgae, to establish in new areas, and may also threaten the persistence of existing macroalgal meadows under future ocean temperatures. The thermal sensitivities of tropical Sargassum, together with those of corals, suggest ongoing ocean warming may lead to novel reef ecosystems that are low in both coral cover and macroalgal cover.

The existence of coral reefs is dependent on the production and maintenance of calcium carbonate (CaCO3) framework that is produced through calcification. The net production of CaCO3 will likely decline in the future, from both declining net calcification rates (decreasing calcification and increasing dissolution) and shifts in benthic community composition from calcifying organisms to non-calcifying organisms. Here, we present a framework for hydrochemical studies that allows both declining net calcification rates and changes in benthic community composition to be incorporated into projections of coral reef CaCO3 production. The framework involves upscaling net calcification rates for each benthic community type using mapped proportional cover of the benthic communities. This upscaling process was applied to the reef flats at One Tree and Lady Elliot reefs (Great Barrier Reef) and Shiraho Reef (Okinawa), and compared to existing data. Future CaCO3 budgets were projected for Lady Elliot Reef, predicting a decline of 53 % from the present value by end-century (800 ppm CO2) without any changes to benthic community composition. A further 5.7 % decline in net CaCO3 production is expected for each 10 % decline in calcifier cover, and net dissolution is predicted by end-century if calcifier cover drops below 18 % of the present extent. These results show the combined negative effect of both declining net calcification rates and changing benthic community composition on reefs and the importance of considering both processes for determining future reef CaCO3 production.

Studies over the past decades indicate that octocorals are becoming the dominant group in some areas of the Caribbean. Yet, basic knowledge about the trophic ecology of these organisms and their seasonal and species-specific variability is still scarce, though this might play a key role in determining their importance in benthic–pelagic coupling processes and, consequently, their role in carbon cycles. In the present study, two Caribbean gorgonian species (Plexaurella nutans and Pterogorgia anceps) were studied during an annual cycle, to assess seasonal variations in their reliance on heterotrophic versus autotrophic energy inputs. Zooplankton capture rates and bulk tissue stable isotopes were measured on a monthly basis to assess heterotrophic energy input, while autotrophic contribution was quantified monthly by Symbiodiniaceae cell densities and pigment contents, accompanied by seasonal measurements on Symbiodiniaceae (Breviolum sp.) photosynthetic performance and host respiratory demand. The results show that while autotrophy was the main energy source for both species, there was also a non-neglectable input through zooplankton that accounted for 0.2–0.8% and 0.7–3.4% of the energy demands in P. nutans and P. anceps, respectively. Our data further demonstrate that there are species-specific and seasonal differences in the contributions of these two nutrition modes, though there is no indication of shifts in the predominant mode during the year in either species. The energy inputs resulted in a positive energy balance throughout the year, with an energy surplus available for somatic growth, gonads, and/or energy reserves (e.g., lipids). However, the seasonal patterns differed between species, a feature that is most likely related to the different reproduction periods of the octocorals. Altogether, the information gathered here serves for a better understanding of the trophic ecology of mixotrophic octocorals and the seasonal variability of the nutritional modes that will define their potential impact in the carbon cycle and benthic–pelagic coupling processes of coral reefs.

 It has been over 10 years since the phenomenon of extensive coral bleaching was first described. In most cases bleaching has been attributed to elevated temperature, but other instances involving high solar irradiance, and sometimes disease, have also been documented. It is timely, in view of our concern about worldwide reef condition, to review knowledge of physical and biological factors involved in bleaching, the mechanisms of zooxanthellae and pigment loss, and the ecological consequences for coral communities. Here we evaluate recently acquired data on temperature and irradiance-induced bleaching, including long-term data sets which suggest that repeated bleaching events may be the consequence of a steadily rising background sea temperature that will in the future expose corals to an increasingly hostile environment. Cellular mechanisms of bleaching involve a variety of processes that include the degeneration of zooxanthellae in situ, release of zooxanthellae from mesenterial filaments and release of algae within host cells which become detached from the endoderm. Photo-protective defences (particularly carotenoid pigments) in zooxanthellae are likely to play an important role in limiting the bleaching response which is probably elicited by a combination of elevated temperature and irradiance in the field. The ability of corals to respond adaptively to recurrent bleaching episodes is not known, but preliminary evidence suggests that phenotypic responses of both corals and zooxanthellae may be significant.

Nhiệt độ tăng cao có thể tạo ra nhiều tác động nghiêm trọng và có hại đến sự hợp tác giữa Symbiodinium và động vật không xương sống biển. Tuy nhiên, phản ứng của Symbiodinium sống tự do đối với nhiệt độ cao còn ít được nghiên cứu, đặc biệt là trong bối cảnh môi trường sống tự nhiên của chúng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát phản ứng sinh lý của hai mẫu văn hóa Symbiodinium đối với nhiệt độ cao, một loại hoàn toàn sống tự do thuộc nhóm ITS2 clade A (chủng HI-0509) và loại hình thành sự hợp tác thuộc loại ITS2 A1 (chủng CCMP2467). Các chủng Symbiodinium sống hoàn toàn tự do gần đây đã được tách ra từ trầm tích đáy biển, và vì vậy cả hai chủng này đều được nuôi cấy với hoặc không có một môi trường nhỏ chứa trầm tích carbonate ở các nhiệt độ 25, 28 hoặc 31 °C. Năng suất lượng tử tối đa của hệ thống quang hợp II (F v/F m) và tốc độ tăng trưởng riêng biệt được đo lường như là các biến phản ứng. Trong văn hóa, các tế bào Symbiodinium thể hiện khả năng di động theo kiểu bơi xoắn ốc, do đó, số vòng mỗi phút (RPM) cũng được đo lường bằng kính hiển vi video. Nhóm clade A hoàn toàn sống tự do có ưu thế sinh lý so với Symbiodinium A1 trên tất cả các biến đo lường và sự kết hợp điều trị. F v/F m duy trì ổn định qua thời gian (khoảng 0.55) và không bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ hoặc sự hiện diện hay vắng mặt của trầm tích. Các quần thể Symbiodinium A hoàn toàn sống tự do sinh sản nhanh hơn khi có trầm tích so với khi không có và thể hiện mức độ di động cao trong tất cả các điều trị (vượt quá 300 RPM). Ngược lại, F v/F m của A1 giảm xuống còn 0.42 trong trầm tích (so với các văn hóa không có trầm tích) và thể hiện sự giảm mạnh về nồng độ tế bào, đặc biệt là ở 31 °C. Một sự giảm >50% về độ di động cũng được quan sát thấy ở 31 °C. Ngay cả khi không có trầm tích, nhiệt độ tăng cao cũng đã được quan sát làm giảm tăng trưởng quần thể và khả năng di động của loại A1. Chúng tôi đề nghị rằng những hành vi thiết yếu liên quan đến khả năng di động (như di cư theo chiều dọc và việc tìm kiếm các vật chủ tiềm năng) có thể bị ảnh hưởng trong các trường hợp nhiệt độ bất thường trong tương lai và rằng các quần thể Symbiodinium A1 có thể chỉ sống tạm thời trong trầm tích hoặc ngoài vật chủ san hô. Những khác biệt này về sinh lý giữa các loại Symbiodinium khác nhau có thể đại diện cho các thích nghi mà có thể được bảo tồn hoặc mất đi tùy thuộc vào các áp lực chọn lọc khác nhau đi kèm với việc sống trong mối quan hệ hợp tác hoặc tự do trong môi trường.