Koralų gleivės kempinės kilpą šildo šilto ir šalto vandens koralinių rifų ekosistemose mokslinės ataskaitos

Koralų gleivės kempinės kilpą šildo šilto ir šalto vandens koralinių rifų ekosistemose mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Biogeochemija
  • Ekofiziologija
  • Ekosistemos ekologija
  • Stabili izotopų analizė

Anotacija

Sekliai šilto vandens ir giliavandenių šalto vandens koralai inžineruoja koralų rifų karkasus ir tręšia rifų bendruomenes, išleisdami koralų gleives - rifuose ištirpusių organinių medžiagų (DOM) šaltinį. Paversdami DOM į kietųjų dalelių detritus, kempinės vaidina svarbų vaidmenį perkeldamos DOM energiją ir maistines medžiagas į aukštesnį trofinį lygį Karibų rifuose per vadinamąją kempinės kilpą. Koralų gleivės gali būti pagrindinis kempinės kilpos DOM šaltinis, tačiau kempinės neįsisavino gleivių. Čia mes panaudojome laboratorinių stabilių izotopų žymėjimo bandymus, norėdami parodyti koralų gleivių patekimą į birų audinį ir šilto vandens kempinės Mycale fistulifera bei šalto vandens kempinės Hymedesmia coriacea riebalų rūgščių fosfolipidus, parodydami tiesioginį trofinį ryšį tarp koralų ir rifo kempinių. Be to, 21–40% gleivių anglies ir 32–39% azoto, kurį pasisavino kempinės, vėliau buvo išleistas kaip detritas, patvirtinantis kempinės kilpą ant Raudonosios jūros šilto vandens ir Šiaurės Atlanto šalto vandens koralinių rifų. Kempinės kilpos buvimas dviejose labai skirtingose ​​rifų aplinkose leidžia manyti, kad tai visur esantis rifų ekosistemų bruožas, prisidedantis prie didelio biogeocheminio ciklo, kuris gali leisti koralų rifams klestėti ribotose maistinių medžiagų (šiltame vandenyje) ir ribotos energijos (šalto- vandens) aplinka.

Įvadas

Skleraktininiai koralai veikia kaip šilto vandens (WW) ir šalto vandens (CW) koralinių rifų ekosistemų inžinieriai, sudarydami sudėtingą 3D rifo karkasą ir važiuodami rifų biogeocheminiais ciklais 1, 2 . Nors WW koraliniai rifai klesti šiltuose, sekliuose ir oligotrofiniuose tropikų vandenyse, CW rifai visame pasaulyje yra pasiskirstę po žemyninius šelfus, šlaitus ir dugnus šaltuose, giliuose, maistinėmis medžiagomis turtinguose vandenyse žemiau 3 -osios foto zonos. Sekliuose WW rifuose koralai sudaro endosimbiotines asociacijas su fotosintetiniais dinoflagellatais (zooksanthellae), leidžiančiais jiems prisidėti prie aukšto bentoso autotrofinio produktyvumo 4, 5 . Giliavandeniai CW koralai, priešingai, neturi zooksanthellae ir, norėdami patenkinti savo energetinius reikalavimus, naudojasi heterotrofiniu 6, 7, 8 . Neorganinių maistinių medžiagų prieinamumas gali apriboti WW koralinių rifų pirminį autotrofinį produktyvumą oligotrofiniuose vandenyse - 5, 9, 10 . Priešingai, CW rifų metabolizmas priklauso nuo antrinės produkcijos, todėl jį riboja išorinio organinio anglies (C), patenkančio iš paviršinio vandenyno, kiekis ir kokybė per bentos-pelaginės jungtį 3, 11 . Taigi, CW rifai paprastai ribojami vandenynų regionuose, kuriuose vyrauja aukšta paviršiaus paviršiaus padėtis ir padidėjęs vertikalus transportas dėl padidėjusių srovių 12, 13, 14 . Nepaisant šių ryškių aplinkos skirtumų (žr. Papildomą lentelę S1), tiek WW, tiek CW rifai yra laikomi jūrų biologinės įvairovės ir biologinio aktyvumo taškais 3, 5, 15 . Diskutuojama dėl mechanizmų, kuriais rifai susiduria su neorganinių maistinių medžiagų (WW) ir organinių C (CW) apribojimais, tačiau veiksmingi energijos ir maistinių medžiagų apykaitos būdai yra būtini norint išlaikyti aukštą šių kontrastingų rifų ekosistemų produktyvumą. Mes siūlome, kad trofinis dviejų rifų ekosistemų inžinierių, skleraktininių koralų ir kempinių ryšys prisidėtų prie WW ir CW rifų ekosistemų palaikymo perdirbant koralų gleives - svarbiausią organinį išteklius sekliuose ir giliavandeniuose koralų rifuose 16, 17, 18 .

Skleraktininiai koralai išskiria paviršinį gleivių sluoksnį, kuris nuolat išleidžiamas į vandens koloną kietųjų dalelių ir ištirpusių formų pavidalu, taip iš esmės prisidėdamas prie rifo organinių medžiagų telkinių 16, 17, 19 . Nepaisant aplinkos ir medžiagų apykaitos skirtumų, WW ir CW koralai išskiria gleives panašiu greičiu 17, 20, 21 ir skiria didelę energiją gleivių gamybai; iki 40% grynosios C, fiksuotos WW koralais 8, 22, 23 . Koralų gleivės, sudarytos iš sudėtingo angliavandenių, lipidų ir baltymų mišinio, yra daug energijos turintis substratas, kuris veikia kaip svarbus energijos ir maistinių medžiagų nešėjas koralų rifuose 16, 24 . Išsiskiriančių gleivių dalelių frakcija veikia kaip dalelių gaudyklė 16, palengvinanti agregatų, galinčių veikti kaip įvairių rifų organizmų substratas, susidarymą 24 . Tačiau didžioji dalis išleistų gleivių (56–80%) ištirpsta aplinkiniuose rifų vandenyse 16, 17, todėl daugumoje rifų faunos jos beveik nėra. Gleivių perdirbimo tyrimai daugiausia dėmesio skyrė mikrobų skaidymui vandens stulpelyje ir rifų nuosėdose, kur jie greitai stimuliuoja bakterijų augimą ir kvėpavimą, sudarydami sąlygas pakartotinai mineralizuoti ir perdirbti per mikrobų kilpą 18, 25, 26 .

Neseniai vadinamoji kempinės kilpa buvo nustatyta kaip alternatyvus būdas ištirpusioms organinėms medžiagoms (DOM) perkelti į aukštesnį trofinį lygmenį Karibų jūros WW rifuose 27 . Nepaisant to, kad dažniausiai laikomi dalelių tiektuvais 28, 29, nustatyta, kad vis daugiau kempinių rūšių maitinasi DOM, o DOM sudaro iki 90% kempinės raciono - 30, 31, 32, 33, 34 . Vėliau kempinės paverčia didelę šio DOM dalį į kietąsias organines medžiagas (POM), gamindamos detritus, efektyviai paverčiant iki 35% savo kūno C per parą 27, 35, 36, 37 . Kempinės detritus maitina įvairūs bentoso detritivoriai, kurie suteikia galimybę DOM surištą energiją, kuri kitaip neprieinama daugumai rifų heterotrofų, panaudoti aukštesniuose trofiniuose lygmenyse 27 . Karibų jūroje DOM apyvarta per kempines yra tokia pati kaip ir visos rifų ekosistemos bendrosios pirminės produkcijos normos27. Todėl kempinės kilpa vaidina svarbų vaidmenį važiuojant organinėmis medžiagomis ant Karibų rifų, tačiau dar nebuvo ištirta kituose vandenynų regionuose. Be to, de Goeij ir kt. 27 rodo tik laboratorijoje pagaminto diatomo DOM perdirbimą kempinės kilpoje, kuris gali neatspindėti natūralaus rifo DOM. Kadangi koralų gleivės prisideda prie rifų DOM telkinių, tai kempinės kilpa gali atlikti svarbų vaidmenį ją perdirbant, tačiau rifo kempinės neįgijo koralų gleivių.

Mes panaudojome stabilius izotopų atsekamųjų bandymų su 13 C ir 15 N praturtintomis koralų gleivėmis kaip „tracerį“, norėdami ištirti koralų gleivių perdirbimą kempinės kilpoje (metodai apibendrinti papildomame S1 pav.). Laboratoriniai srautai ir inkubaciniai tyrimai buvo atlikti siekiant iš pradžių atsekti natūraliai pagamintų koralų gleivių iš 13 C ir 15 N pažymėtų koralų (WW: Fungiidae; CW: Lophelia pertusa ) įsiskverbimą į kempines Mycale (Carmia) fistulifera ( WW) ir Hymedesmia (Stylopus) coriacea (CW). Papildomos inkubacijos parodė koralų gleivių pernešimą į kempine pagamintą detritus. Išmatuotas koralų gleivių C įsisavinimas iš kempinės fosfolipidų gaunamomis riebalų rūgštimis (PLFA), kad būtų galima toliau išnagrinėti koralų gleivių apdorojimą kempinėmis ir įvertinti galimą su kempine susijusių bakterijų vaidmenį jos įsisavinime.

Rezultatai

Koralų gleivių ženklinimas

Po stabilios izotopų ženklinimo procedūros WW ir CW koralai gamino ir išleido gleives, kurios buvo praturtintos tiek 13 C, tiek 15 N. N. WW koralų gleivės buvo praturtintos 913 ± 250%, kai δ 13 C, ir 3518 ± 1360%, kai δ 15 N, tuo tarpu CW gleivės buvo praturtintos 492 ± 212%, kai δ 13 C, ir 3219 ± 536%, kai δ 15 N (1 pav.; duomenys pateikti kaip vidurkis ± SD). WW gleivių (12, 7 ± 1, 1) C: N santykis buvo dvigubai didesnis nei CW gleivių (6, 1 ± 0, 4; GLM: F 1, 19 = 196, 5, p <0, 001). Apskritai, bendras WW koralų gleivių ženklinimo lygis buvo 1, 0 atm% 13 C ir 1, 4 atm% 15 N, o CW koralų gleivės buvo pažymėtos 0, 4 atm% 13 C ir 1, 0 atm% 15 N. Tai buvo pakankama sekančiam δ atsekti. 13 C ir δ 15 N sodrinimas kempinės audinyje ir kempinės detritas (1 pav.), Leidžiantis apskaičiuoti bendrą iš kempinės audinio įvestų C ( 13 C + 12 C) ir N ( 15 N + 14 N) gleivių kiekį ir kempinės detritas.

Image

Izotopų atsekamųjų medžiagų, esančių fone, įsiskverbimas į Δδ 13 C (%) (tamsios juostos) ir Δδ 15 N (%) (šviesios juostos) į: a ) koralų gleives, kempinės audinius ir kempinės detritus iš šilto vandens kempinės Mycale fistulifera ; audiniai ir detritas, paimti po 3 ir 5 dienų, veikiant 13 C ir 15 N pažymėtomis šilto vandens koralų gleivėmis, ir b ) koralų gleivės, kempinės audiniai ir kempinės detritas iš šalto vandens kempinės Hymedesmia coriacea, paimtų po 4 dienų ekspozicijos. iki 13 C ir 15 N pažymėtų šalto vandens koralų gleivių. Duomenys pateikiami kaip vidurkis ± SD *. * Atminkite, kad šalto vandens kempinės audinių duomenys yra gauti iš trijų kempinių pavyzdžių, laikomų vienoje eksperimentinėje kameroje ženklinimo procedūros metu. Vėlesnės detrito gamybos inkubacijos buvo atliekamos atskirose kamerose.

Visas dydis

Koralų C ir N gleivių įsisavinimas į kempinės audinius

Tiek WW kempinė M. fistulifera, tiek CW kempinė H. coriacea savo audiniuose parodė praturtėjimą δ 13 C ir δ 15 N, rodantį koralų gleivių įsisavinimą (1 pav.). Vidutiniškai M. fistulifera pasisavino 3, 6 ± 1, 7 μmol C gleivių mmol C kempinės −1 d −1 ir 3, 7 ± 1, 2 μmol N gleivių mmol N kempinės −1 d − 1 . Į CW kempinę H. coriacea buvo įtrauktos koralų gleivės mažesnėmis, bet palyginamomis normomis - 1, 7 ± 1, 6 μmol C gleivių mmol C kempine −1 d −1 ir 2, 0 ± 2, 0 μmol N gleivių mmol N kempine −1 d −1, nors tai turėtų būti. pažymėta, kad šios normos yra pagrįstos trimis pavyzdžiais iš vienos eksperimentinės kameros (2 pav.). WW kempinės M. fistulifera , nuo 3 dienos iki 5 dienos, padidėjo δ 13 C ir δ 15 N reikšmių, palyginti su foninėmis vertėmis (ty Δδ 13 C ir Δδ 15 N), ir tai rodo, kad kaupiasi gleivės iš C ir N laikui bėgant (1 pav.). Tačiau šis padidėjimas buvo reikšmingas tik gleivėms N ( F 1, 16 = 7, 3, p = 0, 02). Be to, reikšmingo skirtumo tarp faktinės M. fistulifera gleivių išvestų C ir N įsiskverbimo normos 3 dieną nebuvo, palyginti su 5 diena ( F 1, 16 = 1, 6, p = 0, 32 ir F 1, 16 = 0, 001, p = Atitinkamai 0, 98 C ir N). Tai rodo, kad kempinė C ir N gleives kaupė pastovia dienos norma (2 pav.). Taip pat nebuvo reikšmingų skirtumų tarp trijų WW akvariumo struktūrų (atitinkamai F 1, 16 = 2, 3, p = 0, 15 ir F 1, 16 = 1, 5, p = 0, 24 C ir N), parodant panašias sąlygas visose rezervuaruose. (ty jokio „rezervuaro“ efekto), o kempinės įsisavinimo tempai buvo panašūs, nepaisant galimų skirtumų tarp iš rezervuarų tiekiamų koralų gleivių.

Image

Duomenys pateikiami kaip koralų gleivių C ir N įsisavinimo į kempinės audinį dienos vidurkis (vidurkis ± SD) (vidutinis ± SD) (μmol C arba N gleivių mmol C arba N kempinė −1 d −1 ) ir koralų gleivių C ir N išsiskyrimo per parą normos kempinės detritas (μmol C arba N gleivių mmol C arba N kempinė −1 d −1 ). Nurodytos M. fistulifera normos po 3 ir 5 dienų paženklintų šilto vandens koralų gleivių ir H. coriacea po 4 dienų poveikio paženklintomis šalto vandens koralų gleivėmis *. * Atminkite, kad šalto vandens kempinės audinių duomenys yra gauti iš trijų kempinių pavyzdžių, laikomų vienoje eksperimentinėje kameroje ženklinimo procedūros metu. Vėlesnės detrito gamybos inkubacijos buvo atliekamos atskirose kamerose.

Visas dydis

Nepaisant aprūpinimo koralų gleivėmis, kurių pradinis C: N santykis yra didelis - 12, 7 ± 1, 1, gleivių išgautų organinių medžiagų, įtrauktų į WW kempinės M. fistulifera audinį (ty C gleivių : N gleivių ), C: N santykis buvo žemiau 5, 5 ± 0, 7 (3 pav.). Tačiau reikia pažymėti, kad C gleivių kvėpavimas čia nebuvo įvertintas kiekybiškai. Priešingai, CW kempinė H. coriacea pasisavino iš gleivių pagamintas organines medžiagas, esant didesniam C: N santykiui 6, 4 ± 0, 3 (3 pav.), Panašiai kaip tiekiamų koralų gleivių C: N santykis (6, 1 ± 0, 4).

Image

C: N santykis, pateiktas raudonose dėžutėse (ty C gleivės : N gleivės ) rodo koralų gleivių pagamintos organinės medžiagos C: N santykį, perduodamą kiekviename kempinės kilpos žingsnyje. Kietosios linijos rodo trofinį koralų gleivių perkėlimą, patvirtintą dabartiniame tyrime, ir punktyrinės linijos nurodo trofinius perkėlimus, padarytus remiantis literatūra. Atkreipkite dėmesį, kad C gleivės : N gleivės reiškia tik kiekviename etape perkeltų gleivių C ir N santykį, o ne tūrinio kempinio audinio ir detrito C: N santykį. Nuotrauka a) © Malik Naumann ir (b) © Solvin Zankl.

Visas dydis

Koralinių gleivių C ir N pernešimas į kempinės detritus

Koralų gleivių C ir N pernešimas per kempines į kempinės detritus rodo 13 C ir 15 N praturtintų detritų susidarymas po paveiktų paženklintų koralų gleivių (1 pav.). WW kempinė M. fistulifera C ir N koralų gleives pavertė detritu 0, 9 ± 0, 5 μmol C gleivių mmol C kempine −1 d −1 ir 1, 5 ± 0, 8 μmol N gleivių mmol N kempine −1 d − 1, be reikšmingi skirtumai tarp 3 ir 5 dienos ir jokio reikšmingo rezervuaro efekto nėra (2 pav.). CW kempinė H. coriacea pavertė koralų C ir N gleives į detritus 0, 6 ± 0, 4 μmol C gleivių mmol C kempine −1 d −1 ir 0, 4 ± 0, 3 μmol N gleivių mmol N kempine −1 d − 1 (1 pav. 2). Nors M. fistulifera išskiria iš gleivių gaunamą N žymiai didesniu greičiu nei C ( F 1, 16 = 13, 3, p = 0, 002), H. coriacea išskyrė iš gleivių pagamintas C ir N.

Sekdami koralų C ir N gleives per kempinės audinį į kempinės detritus, abi kempinės išsiskyrė detritu, o iš gleivių pagamintos organinės medžiagos (ty C gleivės : N gleivės ) C: N santykis buvo mažesnis, palyginti su kempinės audiniu (3 pav. 3). Tačiau, panašiai kaip ir audinių rezultatai, gleivių išgautų organinių medžiagų C: N santykis, pašalinant M. fistulifera detritus (3, 4 ± 0, 8), buvo mažesnis, palyginti su H. coriacea (5, 0 ± 0, 1; 3 pav.). Taigi į WW kempinę M. fistulifera pirmiausia buvo įtrauktos ir perneštos koralų gleivės N, mažinant C: N santykį iš gleivių gaunamų organinių medžiagų kiekviename kempinės kilpos žingsnyje (3 pav.).

Apskritai WW kempinė M. fistulifera pavertė 21 ± 11% asimiliuotų gleivių C ir 32 ± 10% asimiliuotų gleivių N į detritus C ir N, išskirdama žymiai didesnį gleivių N procentą ( F 1, 33 = 4, 548, p = 0, 04). Palyginti su WW kempine, CW kempinė H. coriacea panašų asimiliuotų gleivių N procentą (39 ± 10%) pavertė detritu, tačiau didesnį C gleivių kiekį (40 ± 29%). Tačiau standartinis CW duomenų nuokrypis buvo didelis, todėl reikia daugiau pakartojimų, kad būtų patvirtintos C kempinių gleivių ir detrito konversijos normos.

Kempinė palyginti su specifine bakterijų koralų gleivių įterpimu C

Koralo gleivės C, įsisavintos WW ir CW kempinėmis, buvo iš dalies įtrauktos į fosfolipidų gautas riebalų rūgštis (PLFA), parodant aktyvų koralų gleivių perdirbimą (4 pav.). WW kempinė M. fistulifera į PLFA įtraukė 1, 8 ± 0, 3% įsisavintos gleivės C, reikšmingo skirtumo tarp dienos ir PLFA įsisavinimo normų 3 ir 5 dienomis nebuvo (0, 07 ± 0, 03 μmol C gleivių mmol C kempine −1 d −1). ir 0, 06 ± 0, 02 μmol C gleivių mmol C kempinė −1 d −1 ) ir jokio žymaus bako efekto nėra. CW kempinė H. coriacea pernešė panašų procentą (1, 9 ± 0, 4%) visų pasisavinamų gleivių C į PLFA, palyginti su 0, 05 ± 0, 03 μmol C gleivių mmol C kempine −1 d −1 .

Image

Duomenys pateikti kaip% koralų gleivių C, prilygintų PLFA (vidurkis ± SD)%% a) šilto vandens kempine Mycale fistulifera, po 3 ir 5 dienų veikimo paženklintomis šilto vandens koralų gleivėmis, ir b) šalto vandens kempine. Hymedesmia coriacea, po 4 dienų paveiktų paženklintomis šalto vandens koralų gleivėmis *. * Atminkite, kad šalto vandens PLFA duomenys yra gauti iš trijų kempinių pavyzdžių, laikomų vienoje eksperimentinėje kameroje ženklinimo procedūros metu.

Visas dydis

Abiejose rūšyse iš gleivių gautą C galima atsekti į PLFA, identifikuojamus kaip bakterijų, koralų, dumblių ar kempinių biologinius žymenis (4 pav.). Be žinomų kempinių PLFA, tokių kaip C26: 2 (5, 9), abiejose rūšyse buvo nemažai nenustatytos ilgos grandinės (> C: 24) PLFA, būdingų 38 demonstruotoms medžiagoms, todėl jie buvo laikomi kempinės biomarkeriais (4 pav.) . WW kempinėje M. fistulifera šiuose kempinės biomarkeriuose esančių gleivių C kiekis padidėjo nuo 6% 3 dieną iki 11% 5 dieną, nors šis padidėjimas nebuvo reikšmingas (5 pav.). Panašus procentas (10%) buvo aptiktas kempinės biomarkeriuose CW kempinėje H. coriacea (5 pav.). Tipiškos bakterinės PLFA, įskaitant izo-, antiso-, metilinio ir nelyginio šakojančiojo PLFA 39 (4 pav.), Sudarė tik 2% visų koralų gleivių, kurias M. fistulifera prilygino PLFA , bet 24%. H. coriacea (5 pav.), Rodantis, kad su kempine susijusios bakterijos CW kempinėje geriau įsisavina koralų gleives. Be to, C gleivės buvo atsektos į PLFA, kurie greičiausiai kilę iš gleivių gaminančių koralų šeimininkų, įskaitant tipinius koralų biomarkerius C20: 3ω6, C20: 4ω6 ir C22: 4ω6 7, 40, 41, taip pat įprastus dumblių biologinius žymenis C18: 4ω3, C20: 5–3 ir C22: 6–3 (4 pav.). WW koralams šie dumblių biomarkeriai yra kilę iš jų simbiotinių zooxanthellae 40, 41, nes zooxanthellae yra atsakingi už 13C-NaHCO 3 ir 15 N -NaNO 3 fotosintezę, kurie vėliau perduodami koralų šeimininkui. Iš pradžių heterotrofiniai CW koralai buvo šeriami 13 C ir 15 N pažymėtomis diatomomis, paaiškinančiomis dumblių biomarkerių buvimą. Koralų-šeimininkų kilmės PLFA sudarė 42–46% koralų, gautų iš PLFA frakcijos WW kempinėje , M. fistulifera , C , daugiau nei 22% CW kempinės H. coriacea (5 pav.). M. fistulifera tipiški koraliniai PLFA taip pat sudarė 10–17% visų nepageidaujamų kontrolinių kempinių PLFA, rodo, kad koralų gleivės gali būti maistinių PLFA šaltinis M. fistulifera . H. coriacea atveju dauguma (80 ± 12%) kontrolinių kempinių PLFA buvo identifikuoti kaip kempinės biomarkeriai, atsirandantys dėl de novo sintezės ir kempinės modifikuotų dietinių PLFA. Tačiau koralų biomarkerių taip pat buvo ir jie sudarė 4 ± 3% bendro PLFA kiekio.

Image

Pateikti duomenys apie šilto vandens kempinę M. fistulifera po 3 ir 5 dienų paveiktų paženklintų koralų gleivių, o šalto vandens kempinės H. coriacea - po 4 dienų paveiktų paženklintų koralų gleivių *. * Atminkite, kad šalto vandens PLFA duomenys yra gauti iš trijų kempinių pavyzdžių, laikomų vienoje eksperimentinėje kameroje ženklinimo procedūros metu.

Visas dydis

Diskusija

Parodydami koralų gleivių įsisavinimą šilto ir šalto vandens rifo kempinėmis ir vėlesnį jų virsmą kempinės detritu, pateikiame pirmuosius įrodymus, kad kempinės kilpa, neseniai identifikuota Karibų jūroje 27, veikia ne tik sekliuose vandenyse esančių rifų ekosistemose. kituose vandenynų regionuose (ty Raudonojoje jūroje, Indo-Ramiajame vandenyne), bet net giliavandenių šaltų vandenų rifuose. Nepaisant ryškių šilto vandens (WW) ir šalto vandens (CW) rifų ekosistemų aplinkos savybių skirtumų, abi kempinės įsisavino ir pavertė koralų gleives C ir N į dalelių detritus nepaprastai panašiu greičiu. Anksčiau kempinės kilpa buvo demonstruojama tik naudojant laboratorijoje pagamintą diatomą DOM. Todėl mes ne tik pratęsiame kempinės kilpos erdvinį galiojimą, bet ir pademonstruojame jos veikimą naudodamiesi natūraliai iš rifo pagamintu šaltiniu: koralų gleivėmis. Svarbu tai, kad tai paaiškina tiesioginį trofinį ryšį tarp dviejų pagrindinių rifų ekosistemų inžinierių, skleraktininių koralų ir kempinių, esančiuose tiek sekliame, tiek giliavandeniuose CW rifuose, ir nustatomas naujas trofinis būdas, perkeliantis iš koralų gautas organines medžiagas rifų ekosistemose. papildomas gleivių perdirbimo kelias į nusistovėjusią mikrobų kilpą 18, 25 .

Panašus koralų gleivių įsisavinimo į dviejų kempinių tūrinį audinį greitis rodo, kad WW ir CW kempinės gali turėti panašų gebėjimą absorbuoti gleives. Remiantis natūraliais stabilių izotopų parašais, koralų gleivės buvo laikomos pagrindine Karibų ertmės kempinių raciono dalimi (48–73%) 42, tačiau mūsų išvados pateikia vienareikšmiškus ir kiekybinius įrodymus apie koralų gleivių įsisavinimą ir įsisavinimą kempinės, kilusios iš seklaus vandens ir giliavandenių rifų buveinių. Be to, koralų gleivių C įsisavinimas iš kempinių fosfolipidų gaunamomis riebalų rūgštimis (PLFA), sintetinamomis de novo, arba modifikuojant iš koralų gaunamus PLFA, rodo, kad kempinės aktyviai apdoroja koralų gleives panašiai kaip dumblių ir bakterijų maisto šaltiniai, patvirtindamos jų maistinę vertę 37, 43 . Atsižvelgiant į dominuojančią koralų dangą ir aukštą koralų gleivių išsiskyrimo greitį Tislerio rife (Norvegijos šelfas) 18 ir Raudonojoje jūroje 20, taip pat tai, kad abi kempinių rūšys yra arti koralų jų atitinkamose buveinėse 6, 44, koralų gleivės greičiausiai yra lengvai prieinamas dviejų tirtų kempinių maisto šaltinis. Atsižvelgiant į ypatingai oligotrofines Raudonosios jūros 44, 45 sąlygas ir erdviniu bei laiko atžvilgiu kintančių organinių medžiagų patekimą į CW rifus 12, 14, 46, galimybė panaudoti koralų gleives kaip iš rifų išgaunamą išteklių gali būti naudinga rifų strategija kempinės. Be to, šis trofinis ryšys atlieka pagrindinę ekosistemos funkciją, nes rifų ekosistemoje sulaiko koralų gleives, turinčias daug energijos 1, 16, ir taip apsaugo nuo energijos ir maistinių medžiagų praradimo koralų gleivėse prie gretimo vandenyno. Kartu su mikrobų skaidymo procesais kempinių įsisavinimas gali užtikrinti aukštą C ir N koralų gleivių išsilaikymą WW ir CW rifų ekosistemose. Todėl reikėtų nustatyti koralų gleivių svarbą bendrai kempinės mitybai ir koralų gleivių įsisavinimo iš kempinių bendruomenės dydį ekosistemų mastu.

Tiek WW, tiek CW kempinė išskiria dideles asimiliuotų C ir N koralų gleivių dalis kaip kempinės detritas: 21% C ir 32% N - M. fistulifera , 40% C ir 39% N - H. coriacea . Šie rodikliai yra palyginami su Karibų kempinių, išskiriančių 11–24% (C) ir 18–36% (N) asimiliuoto diatomo DOM 27, detrito konversijos rodikliais, parodydami, kad išsiskyrimas kaip detritas yra nemažos dalies įsisavintų organinių medžiagų likimas. kempinėmis tiek WW, tiek CW rifų ekosistemose ir gali reikšti didelį energijos ir maistinių medžiagų srautą koralinių rifų trofiniuose tinkluose. Apskaičiuota, kad perdirbimas per kempinės kilpą priartės prie bendros rifo pirminės produkcijos, o perdirbimo mastą viršys mikrobų kilpa 27 dydžio tvarka. WW ir CW koralų gleivių išsiskyrimo greitis yra panašus - 17, 20, 21, o kempinių taip pat labai gausu CW rifuose 47, 48, 49 . Atsižvelgiant į panašų koralų gleivių įsisavinimą ir virsmo greitį abiejose kempinėse, kempinės kilpa gali būti kiekybiškai svarbi energijos ir maistinių medžiagų perdirbimui CW rifuose. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad C ir N yra lengvai prieinami WW ir CW rifams, aplinkos skirtumai (papildoma S1 lentelė), mes hipotezuojame, kad kempinės kilpos funkcinis vaidmuo skiriasi tarp dviejų ekosistemų. Kadangi mažai N yra oligotrofiniuose WW rifuose, pavyzdžiui, Raudonojoje jūroje 45, N sulaikymas ir perdirbimas gali būti ypač svarbūs palaikant pirminį produktyvumą ir ekosistemų funkciją. Atvirkščiai, CW rifuose organinis C gaunamas tokiu impulsu, kad susidaro didelis maisto prieinamumo laikotarpis, kurį pertraukia žemo organinio C prieinamumo laikotarpiai, todėl C (energijos) apribojimas yra 14, 50 . Nors šios bentoso-pelaginės jungties mechanizmai buvo intensyviai tiriami 12, 13, 14, mažai žinoma, kaip perdirbimas rifų bendruomenėje gali padėti sumažinti maisto tiekimo laikotarpius. Laikydami koralų gleives ir perkeldami savo energiją bei maistinių medžiagų kiekį į rifų maisto tinklą, kempinės kilpa padidina antrinę gamybą ir gali padėti palaikyti CW rifo bendruomenę per mažai maisto atsargų. Todėl mes siūlome, kad N susilaikymas WW ir C susilaikymas CW rifuose gali neproporcingai prisidėti prie ekosistemos funkcionavimo. Preliminariai tai patvirtina santykinai didesnis N įsisavinimas ir perkėlimas kiekviename WW kempinės žingsnyje, palyginti su CW kempinės kilpa, ir tai patvirtina reikšmingas C: N santykio sumažėjimas iš gleivių pagamintų organinių medžiagų (ty C gleivių : N gleivės ) WW kempinės kilpoje (3 pav.). Tačiau, atsižvelgiant į mažą CW duomenų imtį, taip pat trūksta informacijos apie išleistų WW ir CW koralų gleivių sudėtį, reikia atlikti papildomus tyrimus, kad būtų galima įvertinti kempinės kilpos funkcinę svarbą prisidedant prie efektyvaus biogeocheminis ciklas, būdingas WW ir CW koralinių rifų ekosistemoms.

Kempinės laikomos įvairiose mikrobų populiacijose ir gali būti suskirstytos į dideles mikrobų gausos (HMA) ir mažo mikrobų gausumo (LMA) rūšis, atsižvelgiant į susijusių audinių mikrobų skaičių 51 . Kadangi bakterijos yra laikomos pagrindinėmis DOM vartotojomis vandenyne, įtariama, kad su kempinėmis susijusios bakterijos vaidina svarbų vaidmenį kempinių įsisavinant DOM, numatomas didesnis HMA įsisavinimas, palyginti su LMA kempinėmis 34, 52 . Didesnis H. coriacea (24%) įsiskverbimas į bakterinius PLFA, palyginti su M. fistulifera (2%), rodo, kad bakterijos buvo aktyvesnės koralų gleivių įsisavinimui CW kempinėje. Tačiau abi kempinių rūšys priklauso Poecilosclerida kategorijai, kurią, atrodo, sudaro tik LMA rūšys 51 . Taip pat nebuvo reikšmingo bendro koralų gleivių įsiskverbimo tarp dviejų kempinių skirtumo, o iš gleivių pagamintas C taip pat buvo įterptas į kempinėms būdingus PLFA (5–10%). Tai rodo kempinės ląstelių įsitraukimą į koralų gleivių įsisavinimą, ypač M. fistulifera, kur susijusios bakterijos vaidina nedidelį vaidmenį. Be to, yra žinomas didelis DOM įsisavinimas, taip pat į kempinėms būdingus PLFA, kelioms LMA rūšims 27, 31, 33, 37, kuriuos apžvelgė Pawlik ir kt. 53, nurodantis, kad DOM įsisavinimas neapsiriboja HMA kempinėmis.

Detrito susidarymas kempinėmis yra reiškinys, pastebėtas tropinėse 27, 36 ir giliavandenėse kempinėse 54 ; tačiau mechanizmai, kuriais kempinės sukelia detritus, nėra visiškai suprantami. Manoma, kad sparti ląstelių apykaita ir vėlesnis išsiskyrimas yra pagrindinis kempinės detrito šaltinis, nors šalinimo produktai iš šalinimo taip pat sudaro 35, 36, 55 . Įdomu tai, kad mes nustatėme, kad abi rūšys, palyginti su kempinės audiniu (palyginti su kempinės audiniu) buvo palyginti praturtintos koralų gleivių išgaunamu N (ty mažesniu C gleivių ir N gleivių santykiu) (3 pav.), Toks reiškinys pastebimas ir Karibų kempinėse, maitinamoms diatoma. 27 DOM. Taigi kempinės ne tik paverčia C ir N gleives į detritalines C ir N - tai leidžia jas pernešti į rifų fauną, kitaip negalint jų tiesiogiai panaudoti, bet ir modifikuoja santykinį šio C ir N prieinamumą aukštesniems trofiniams lygiams, todėl gali aprūpinti aukštos kokybės maisto šaltiniu. Kadangi koralai išskiria didelę dalį savo asimiliuoto C kaip gleivės 22, 23, tai gali būti pagrindinis mechanizmas, kurio dėka koralų surinkta nemaža energija ir maistinės medžiagos gali būti perkeltos į kitą rifų fauną. Karibų rifuose kempinės detritus greitai naudoja įvairūs bentoso detritivoriai 27 . CW koraliniuose rifuose kempinės detrito vartojimas nebuvo nustatytas, tačiau detritivoriai yra svarbi CW bentoso bendrijų dalis 48, 50 . Be to, trofiniai modeliai rodo, kad detritas gali sudaryti 51% viso CW rifų bendruomenių sunaudoto C56, o tai rodo, kad kempinių detritus gali plačiai naudoti CW rifų fauna.

Nors koralų C ir N gleivių perkėlimas į aukštesnius trofinius lygius per kempinės detritus tebėra patvirtintas, mūsų išvados tvirtai rodo, kad koralų gleivės kempinės kilpą naudoja tiek WW, tiek CW rifų ekosistemose. Šis trofinis kelias gali iš esmės paveikti mūsų supratimą apie maisto tinklo dinamiką ir biogeocheminius ciklus koralų rifuose. Neseniai atliktas tyrimas rodo, kad poslinkis nuo koralų prie makrodumblių dominavimo degraduojančiuose koraliniuose rifuose gali paveikti žuvų produktyvumą WW rifuose, pakeisdamas DOM prieinamumą kempinės kilpa 57, parodydamas kempinės kilpos galimybę paveikti visą koralinių rifų maisto tinklą. Dėl papildomo poveikio aplinkai ir žmonėms, pavyzdžiui, padidėjęs nusėdimas ir vandenyno rūgštėjimas, gali pasikeisti gleivių susidarymas 58, 59, ir tai galėtų dar labiau paveikti organinių medžiagų virsmą kempinės kilpa. Atsižvelgiant į galimą kempinės kilpos svarbą ekosistemų funkcijai WW ir CW rifuose, būsimi tyrimai turėtų kiekybiškai įvertinti kempinės kilpos perdirbimo mastą, kad būtų galima įvertinti jos vaidmenį trofodinamikoje ir biogeocheminiame cikle šiose sudėtingose ​​rifų ekosistemose.

Medžiagos ir metodai

Mėginių paėmimas ir priežiūra

WW koralai ir kempinės buvo surinkti iš Jūrų mokslo stoties (MSS) rifo, Akabos, Jordanijos (29 ° 27 'šiaurės platumos, 34 ° 58' rytų ilgumos), esančio šiaurinėje Akabos įlankos dalyje, Raudonojoje jūroje. Laisvai gyvenantys koralai iš Fungia, Ctenactis ir Herpolitha (Scleractinia, Fungiidae) genčių buvo surinkti iš rifo tarp 8–20 m vandens gylio. Šios gentys gali būti pašalintos iš rifo nepadarant fizinės žalos, jų yra gausiai ir jos gamina didelius gleivių kiekius 60 . Daugybinė kempinė „ Mycale fistulifera“ buvo pasirinkta kaip pavyzdinė rūšis, nes tyrimo vietoje 10 m vandens gylyje ji buvo pati gausiausia kempinių rūšis (sudarė 65% nešifruotos kempinės dangos) 44 ir randama netoli nuo kempinės. gyvi koralai. M. fistulifera fragmentai buvo surinkti tarp 8–12 m vandens gylio, nukirpus kempine apaugusius negyvo koralų skeleto fragmentus. Koralai ir kempinės buvo nedelsiant perkelti į MSS akvariumo patalpas be oro poveikio. Kempinės pavyzdžiai buvo nukirpti maždaug tokiu pat dydžiu (0, 08 ± 0, 04 g DW kempinės −1 ), nuvalyti nuo epibiontų ir pritvirtinti prie keraminių plytelių koralų klijais. Koralai ir kempinės buvo laikomi 100 litrų pratekančiuose akvariumuose, tiekiamuose su jūros vandeniu, pumpuojamu tiesiai iš rifo 10 m gylyje, esant tėkmės greičiui ~ 10 L min –1 . Natūralios šviesos lygiai buvo pritaikyti in situ lygiams esant ~ 15 m vandens gyliui (~ 120 μmol fotonų m − 2 s − 1 PAR), naudojant juodojo tinklo sluoksnius ir lygiagrečius fotosintetinės aktyviosios spinduliuotės matavimus in situ ir akvariume (PAR μmol fotonų m 2 s −1, bangos ilgis 400–700 nm), naudojant kvantinį jutiklį (modelis LI-192SA; Li-Cor). Kempinės buvo aklimatizuotos 1 savaitę prieš eksperimentų pradžią ir buvo naudojami tik sveiki asmenys, kurie aktyviai pumpuodavosi. Koralai buvo aklimatizuoti mažiausiai 72 valandas.

CW koralas Lophelia pertusa ir kremzlė Hymedesmia coriacea buvo surinkti iš Tisler rifo, esančio 70–155 m vandens gylyje Skagerako sąsiauryje prie Norvegijos ir Švedijos sienos (58 ° 59 'šiaurės platumos 58 ° 59' rytų ilgumos). L. pertusa yra dominuojantis rifus statantis koralas ant Tislerio rifo, o Hymedesmia genties kempinės yra plačiai paplitusios CW rifų ekosistemose su H. coriacea - vietiniu mastu gausu rūšimi, dažniausiai aptinkama glaudžiai kontaktuojant su L. pertusa 6, 49 . Mėginiai buvo paimti iš atskirų koralų ir kempinių asmenų 110 m gylyje naudojant nuotoliniu būdu valdomą transporto priemonę „Sperre Subfighter 7500 DC“ ir per kelias valandas pernešti į šaldymo dėžes, užpildytas šaltu jūros vandeniu (7–8 ° C), į laboratorijos patalpas „Sven Lovén“ centras Tjärnö mieste, Švedijoje. Kempinės pavyzdžiai buvo sutrumpinti iki maždaug tokio paties dydžio (0, 04 ± 0, 02 g DW kempinės −1 ) ir nuvalyti nuo epibiontų. Visi mėginiai buvo laikomi pratekančiuose akvariumuose (~ 20 L) su smėlio filtruotu vandeniu, pumpuojamu iš 45 m gylio iš Kosterio fiordo, greičiu ~ 1 L min –1 . Akvariumai buvo laikomi tamsioje, klimato sąlygomis kontroliuojamoje, 7 ° C temperatūroje, atitinkančioje Tislerio rifo (6–9 ° C) temperatūrą. Koralų pavyzdžiai buvo aklimatizuojami 6 savaites, o kempinių pavyzdžiai - 1 savaitę prieš eksperimentą, kad būtų galima visiškai pasveikti, ir buvo naudojami tik sveiki mėginiai.

Eksperimentinis dizainas

Schemoje (S1 pav.) Pateikiama visų nuoseklių eksperimentinių etapų ir darbo etapų, kurie išsamiai aprašyti žemiau, apžvalga.

Koralų ženklinimas

WW koralai buvo praturtinti 13 C ir 15 N, pridedant 13 C-NaHCO 3 ir 15 N-NaNO 3 etikečių junginių (Kembridžo izotopų laboratorijos, 99% 13 C ir 98% 15 N), kurie yra paimami ir perkeliami į koralų šeimininkas per savo fotosintetinius endosimbiontus (ty zooksanthellas) 60 . 8 dienas kiekvieną rytą 08:00 srautas į koralų akvariumus buvo sustabdytas ir į kiekvieną akvariumą buvo įpilama 36 mg L – 1 NaH 13 CO 3 ir 1 mg L – 1 Na 15 NO 3 . „Aquaria“ siurbliai palaikė vandens cirkuliaciją ir oro mainus 8 valandų ženklinimo laikotarpiu, o pratekėjimas buvo tęsiamas per naktį. Vandens tekėjimo vonia palaikė temperatūrą akvariumuose ± 1 ° C temperatūroje nuo aplinkos vandens tėkmės temperatūros (26, 7–27, 5 ° C).

CW koralai buvo praturtinti 13 C ir 15 N, pakartotinai maitinant 13 C ir 15 N praturtintomis diatomomis - maisto šaltiniu, lengvai prilyginamu L. pertusa 7 . Izotopu paženklinti diatomai buvo gaminami įšvirkščiant sterilų diatomos Thalassiosira pseudonana sėjimo į f / 2 auginimo terpę, sudarytą iš 80% 13 C-NaHCO 3 ir 70% 15 N-NaNO 3 (Cambridge Isotope Laboratories, 99% 13 C, 99% 15 N). Diatomos buvo aksiškai (ty be bakterijų) kultivuojamos 3 savaites 12 valandų šviesos-tamsos cikle, po to sukoncentruojamos centrifuguojant prie 450 g , tris kartus praskalaujamos 0, 2 μm filtruotu jūros vandeniu, kad būtų pašalintas liekanos etiketė, ir laikomos užšaldytas iki naudoti. Koralai buvo inkubuojami 10 litrų inkubacinėse kamerose ir 3 savaites buvo maitinami praturtintais diatomais, kurių koncentracija buvo 1, 6 mg CL −1 d − 1 ir 0, 3 mg NL − 1 d − 1 . Inkubacinėse kamerose vanduo buvo keičiamas kas 12 h, kad būtų išvengta atliekų kaupimosi.

Koralų gleivių pernešimas į kempines

WW eksperimentui buvo tiriamas koralų gleivių pernešimas į M. fistulifera, naudojant šešis dviejų pakopų tekėjimo akvariumų rinkinius, iš kurių kiekvienas susideda iš suporuoto viršutinio ir apatinio akvariumo, sujungto per pratekėjimą. Šeši viršutiniai akvariumai (100 L) buvo tiekiami šviežiu tekančiu jūros vandeniu, pumpuojamu tiesiai iš rifo (10 m gylio) ir kurio debitas ~ 10 L min –1 . Šiuose šešiuose akvariumuose trijuose viršutiniuose akvariumuose ( n = 3) buvo laikomi izotopiškai paženklinti grybeliniai koralai (po dešimt asmenų kiekviename akvariume), o kiti trys viršutiniai akvariumai be paženklintų koralų buvo naudojami kaip kontrolė ( n = 3). Vanduo iš kiekvieno viršutinio akvariumo tekėjo į atitinkamus apatinius akvariumus (100 L) žemiau. Kiekviename apatiniame akvariume buvo šeši kempinės pavyzdžiai, todėl valymo kempinės buvo nuolat tiekiamos vandeniu, paveiktu paženklintų koralų. Dirbtiniai akvariumų žibintai koralams suteikė ~ 120 μmol kvantų m – 2 s – 1 PAR, o akvariumų cirkuliaciniai siurbliai (~ 150 L h – 1 ) padidino vandens tėkmę. Norint ištirti gleivių įsiskverbimą į kempinės audinius laikui bėgant, trys iš šešių kempinės pavyzdžių iš kiekvienos talpyklos buvo surinkti po trijų dienų veikimo paženklintais koralais, o likę kempinės buvo surinkti po penkių dienų ekspozicijos ( n = 3 rezervuarai kartojasi po tris kempinės pavyzdžių per laiko tašką). Surinktos kempinės buvo pašalintos iš etikečių rinkinio ir 10 minučių plaunamos tekančiame jūros vandenyje, kuriame nėra etikečių. Kiekvienas kempinės pavyzdys buvo perkeltas į individualią 2 l inkubacijos kamerą, užpildytą šviežiu, be etikečių esančiu jūros vandeniu, ir inkubuotas 3 valandas, norint nustatyti kempinės detrito susidarymą. Inkubacijai pasibaigus, kempinės buvo pašalintos, o inkubacijos vanduo (~ 1, 8 l) filtruojamas ant iš anksto sudeginto (450 ° C, 4 val.) GF / F filtrų, kad būtų galima surinkti susidariusias kietąsias kietąsias organines medžiagas (POM). Tada filtrai 48 valandas buvo džiovinami 40 ° C temperatūroje. Kempinės audinys buvo pašalintas iš pritvirtinto substrato steriliu skalpelio geležte ir laikomas toliau užšaldytas iš anksto sudegintuose stikliniuose buteliukuose –80 ° C temperatūroje iki tolesnio perdirbimo. Pirmąją ir penktąją dienas trys koralai iš rezervuaro buvo pašalinti iš eksperimentinio įrenginio, nuplauti jūros etikete be etikečių ir ekspozicijoje esančiu oru gleivėms gaminti (2 min.). Surinktos gleivės buvo užšaldomos -80 ° C temperatūroje, norint nustatyti δ 13 C ir δ 15 N.

CW eksperimentui buvo ištirtas koralų gleivių patekimas į H. coriacea naudojant vieną suporuotų cilindrinių inkubavimo kamerų, užpildytų GF / F filtruotu vandeniu, pumpuojamu iš 45 m atstumo Kosterio fjorde, komplektą. Izotopu pažymėti L. pertusa fragmentai (iš viso 75 g DW koralų) buvo dedami į pirmąją kamerą (10 L), o antrojoje kameroje (10 L) buvo trys kempinės ( n = 1 kamera atkartoja su trimis kempinės pavyzdžiais). Reikėtų pažymėti, kad vienos eksperimentinės porinės kameros nustatymas reiškia, kad CW kempinės replikacijos yra pseudo replikacijos, todėl nebuvo atliktas statistinis kempinės įsisavinimo duomenų palyginimas. Koralų kamera buvo sujungta su kempinės kamera dviejų vamzdžių komplektu, o vanduo buvo perpumpuotas tarp dviejų kamerų 200 ml min – 1 greičiu per siurblio sistemą. Koralų kameroje buvo įrengtas papildomas siurblys (150 L h −1 ) vandens cirkuliacijai pagerinti. Kas 24 valandas pusė įrenginio vandens (5 l) buvo pakeista gėlu jūros vandeniu, kad būtų išvengta medžiagų apykaitos atliekų kaupimosi. Trys kontrolinės kempinės pavyzdžiai buvo inkubuoti lygiagrečiai be paženklintų koralų. Eksperimento pradžioje ir pabaigoje iš koralų kameros buvo paimti vandens mėginiai ir filtruojami ant iš anksto sudeginto GF / F filtrų, kad būtų galima nustatyti gleives δ 13 C ir δ 15 N. Po 4 dienų kiekvienas kempinės fragmentas buvo perkeltas į individualią 1 l inkubacijos kamerą, kurioje yra šviežiai filtruoto (GF / F) jūros vandens, be etiketės, ir inkubuojamas 24 valandas, norint nustatyti kempinės detrito susidarymą. Inkubacijai pasibaigus, kempinės fragmentai buvo pašalinti ir vanduo buvo filtruojamas ant iš anksto sudeginto GF / F filtrų, kad būtų galima surinkti pagamintą POM. Visi POM filtrai, koralų audinio ir kempinės audinio mėginiai buvo sušaldyti -20 ° C temperatūroje iki tolesnio perdirbimo.

Mėginių apdorojimas ir analizė

WW ir CW kempinės audiniai buvo liofilizuoti. Džiovinti kempinės audinių mėginiai buvo pasveriami ir homogenizuojami skiediniu ir pestle. Poodiniai kempinės audinio ir džiovintų POM filtrų mėginiai buvo pasverti ir perkelti į sidabrines valtis, kad būtų galima analizuoti izotopų δ 13 C ir δ 15 N. Visi δ 13 C mėginiai buvo kalkalifikuoti parūgštinant HCl, kad būtų galima analizuoti organinio C kiekį. Isotopic ratios and total C organic and N content were measured simultaneously using a THERMO NA 2500 elemental analyzer (EA) coupled to a THERMO/Finnigan MAT Delta plus isotope ratio mass spectrometer (IRMS) via a THERMO/Finnigan Conflo III- interface (WW) and a Thermo Electron Flash 1112 EA coupled to a Delta V IRMS (CW).

Carbon and nitrogen stable isotope ratios are expressed in delta notation as: δ 13 C or δ 15 N (%) = (R sample / R ref − 1) × 1000, where R sample is the ratio of heavy/light isotope ( 13 C/ 12 C or 15 N/ 14 N) in the sample and R ref is the heavy/light isotope ratio of the reference material, the Vienna Pee Dee Belemnite standard for C (R ref = 0.01118) and atmospheric nitrogen for N (R ref = 0.00368 N). The incorporation of excess (ie above background) 13 C and 15 N is expressed as the specific enrichment, ie Δδ 13 C and Δδ 15 N values (Fig. 1). This was calculated by subtracting the background δ 13 C and δ 15 N values of the control sponges from the values of the sponges exposed to labeled corals. The fractional abundance (F) of the heavy isotope in the sample ( 13 C/[ 13 C + 12 C] or 15 N/[ 15 N + 14 N]) was calculated as F sample = R sample /(R sample + 1) and reported as atom percent (atm % = F × 100). The excess fractional abundance of heavy isotope (E) was calculated as the difference between the F sample and F background : E = F sample – F background . Incorporation rates are the total uptake (I), calculated by multiplying E by the C org or N content of the sponge tissue or detritus (Fig. 2) or PLFA-C content (Fig. 4). To correct for the different enrichment of the WW and CW coral mucus and to determine the total mucus-derived C ( 12 C + 13 C) and N ( 14 N + 15 N) incorporated, the total uptake (I) was divided by the fractional abundance of the coral mucus supplied to the sponges. Rates were then normalized to time and the C org or N content of the sponges and reported as μmol C mucus mmol C sponge −1 d −1 and μmol N mucus mmol N sponge −1 d −1 (mean ± SD) as per de Goeij et al. 27 To determine the C:N ratios of coral mucus-derived organic matter incorporated into the sponge tissue and detritus (ie C mucus :N mucus ; Fig. 3), the total amount of coral mucus-derived C incorporated was divided by the total amount of coral mucus-derived N incorporated.

Phospholipid fatty acid analysis

Phospholipid-derived fatty acids (PLFAs) of the sponge samples (~0.018 g) were extracted according to Boschker et al. 61 . Total fatty acids were extracted using a modification of the Bligh & Dyer method 62 and separated on a silicic-acid column (Merck Kieselgel 60) to obtain the PLFAs, which were then derivatized by mild alkaline transmethylation to generate fatty acid methyl esters (FAMEs). Concentration and C isotopic composition of individual FAMEs were determined with a gas-chromatograph combustion interface isotope ratio mass spectrometer (GC-c-IRMS). Identification of individual FAMEs was based on the comparison of retention times with known standards using columns with different polarity and use of GC-MS, if needed.

Duomenų analizė

For the WW data ( n = 3 tank replicates each with three sponge specimens), statistical differences were tested using General Linear Models (GLMs). First a GLM with “tank” as the fixed factor was performed to test for potential tank effects. Since “tank” was not found to be a significant factor, it was excluded from subsequent models and each sponge specimen was considered as an individual replicate ( n = 9). To confirm assumptions of normally distributed and homogenous residuals, qqplots and scatter plots of residuals against fitted values were visually inspected, and data were log-transformed where necessary. Due to the low sample size of the CW data ( n = 1 chamber replicates with three sponge specimens), which can only be considered as pseudo-replicates, no statistical comparisons were made for the CW data or between the WW and CW data. All statistical tests were carried out in R v. 3.1.1 (R Development Core Team, 2014).

Papildoma informacija

How to cite this article : Rix, L. et al. Coral mucus fuels the sponge loop in warm- and cold-water coral reef ecosystems. Mokslas. Rep. 6, 18715; doi: 10.1038/srep18715 (2016).

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.