Morphological variation and different branch modularity across contrasting flow conditions in dominant Pocillopora reef-building corals

© 2015, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Pocillopora corals, the dominant reef-builders in the Eastern Tropical Pacific, exhibit a high level of phenotypic plasticity, making the interpretation of morphological variation and the identification of species challenging. To test the hypothesis that different coral morphospecies represent phenotypes that develop in different flow conditions, we compared branch characters in three Pocillopora morphospecies (P.damicornis, P. verrucosa, and P. meandrina) from two communities in the Gulf of California exposed to contrasting flow conditions. Morphological variation and branch modularity (i.e., the tendency of different sets of branch traits to vary in a coordinated way) were assessed in colonies classified as Pocillopora type 1 according to two mitochondrial regions. Our results can be summarized as follows. (1) Pocillopora type 1 morphospecies corresponded to a pattern of morphological variation in the Gulf of California. Overall, P.damicornis had the thinnest branches and its colonies the highest branch density, followed by P.verrucosa, and then by P.meandrina, which had the thickest branches and its colonies the lowest branch density. (2) The differentiation among morphospecies was promoted by different levels of modularity of traits. P.verrucosa had the highest coordination of traits, followed by P.damicornis, and P.meandrina. (3) The variation and modularity of branch traits were related to water flow condition. Morphology under the high-flow condition was more similar among morphospecies than under the low-flow condition and seemed to be related to mechanisms for coping with these conditions. Our results provide the first evidence that in scleractinian corals different levels of modularity can be promoted by different environmental conditions

Funcionalidad física como indicador de disponibilidad de hábitat en Islas Marietas, Nayarit, México

Background. Few investigations use functional diversity and the reef functional index (IFA) to assess the sta-te of reef communities. Objectives. Evaluate physical functionality as an indicator of fish habitat availability and its relationship with functional diversity. Methods. The physical functionality of the reef was evaluated using the IFA, integrating data on coral cover, structural complexity, and calcification rate. The structure of the fish assemblages was analyzed by calculating functional diversity indices (richness, evenness, and divergen-ce) based on six functional traits (body size, mobility, activity period, type of aggregation, position in the water column, and diet). The relationship between functional diversity and IFA was evaluated using linear regression analysis. Results. Área de Restauración showed the highest values in the IFA; on the contrary, Túnel Amarra-dero presented the lowest values. In both sites, a greater presence of Pocillopora verrucosa was observed. Functional diversity presented the lowest values in the three functional indices in Área de Restauración. Linear regression analyses were not significant. Conclusions. No linear relationship was found between the IFA and functional diversity; this can be attributed to the fact that in sites with low coral cover, such as Islas Marietas, the functional diversity of fish presents a weak relationship with the three-dimensionality provided by corals since in sites with low coral cover, other structural elements (geologic features and rock substrates) could promote these three-dimensional structures.Antecedentes. Pocas investigaciones emplean la diversidad funcional y el Índice de Función Arrecifal (IFA) para evaluar el estado de las comunidades arrecifales. Objetivo. Evaluar la funcionalidad física como indica-dor de disponibilidad de hábitat de peces y su relación con la diversidad funcional. Métodos. La funcionalidad física del arrecife se evaluó mediante el IFA integrando datos de cobertura coralina, complejidad estructural y tasa de calcificación. La estructura de los ensamblajes de peces se analizó mediante el cálculo de índices de diversidad funcional (riqueza, equidad y divergencia) con base en seis atributos funcionales (tamaño corporal, movilidad, periodo de actividad, tipo de agregación, posición en la columna de agua y dieta). La relación entre la diversidad funcional del ensamblaje y el IFA se evaluó mediante un análisis de regresión lineal. Resultados. La Zona de Restauración presentó los valores más altos en el IFA; por el contrario, Túnel Amarradero presentó los valores másbajos. En ambos sitios se observó una mayor presencia de Pocillopora verrucosa. La diversidad funcional presentó los valores más bajos en los tres índices funcionales en la Zona de Restauración. Los análisis de regresión lineal no fueron significativos. Conclusiones. No se encontró una relación lineal entre el IFA y la diversidad funcional, esto puede atribuirse a que en sitios con baja cobertura coralina como Islas Marietas, la diversidad funcional de peces presenta una débil relación con la tridimen-sionalidad otorgada por los corales. Lo anterior debido a que, en sitios con baja cobertura coralina, otros elementos estructurales (características geológicas y sustratos rocosos) podrían proveer de esas estructuras tridimensionales

Presupuesto de carbonato en el parche de arrecife de La Entrega, Oaxaca, Sur del Pacífico Mexicano

Background. Coral reefs provide several important geo-ecological functions essential for the sustainability of coastal human communities. However, during the last 50 years, reef ecosystems are experiencing rapid degradation caused by natural and anthropogenic disturbances. One consequence of the above has been the reduction in the carbonate production rate and the structural complexity of these systems. Particularly, the loss of key coral species in the construction of reefs has compromised the functionality of the ecosystem. Objective. In this study we used an adaptation of the ReefBudget methodology to measure the calcium carbonate budget in the reef of La Entrega, Oaxaca, Mexico. Methods. Six transects were carried out to estimate the abundance of eroding fish (25 x 4 m), sea urchins (25 x 2 m) and the composition of the benthos. Results. When carrying out the corresponding calculations, it was found that in La Entrega 13.72 kg m-2 year-1 (commonly referred as “G”) are produced, the endobioerosion (including erosion by sponges) calculated was 5.65 G. The sea urchin erosion is 0.12 G and that of fish is 0.73 G; the resulting net carbonate budget was 7.21 G. The accretion rate (vertical reef growth) at La Entrega reef was 7.07 mm yr-1. We consider it important to mention that the reef patch at La Entrega is relatively small (approximately 324 x 233 m) compared to formations in the Caribbean or Indo-Pacific regions. Conclusions. Net production at La Entrega is higher than estimated for most Caribbean reefs (2-4 G) but lower than that of the Indo-Pacific (5-14 G). Differences in the balance between regions are mainly associated with differences in the abundances of builder species in each region. According to what was modeled in this work, the La Entrega reef patch presents a sufficient accretion rate to deal with a possible rise in sea level under the RCP 4.5 and 2.6 scenarios (4 and 7 mm, respectively).Antecedentes. Los arrecifes de coral proporcionan diversas funciones geo-ecológicas importantes esenciales para la sostenibilidad de las comunidades humanas costeras. Sin embargo, durante los últimos 50 años, los ecosistemas arrecifales están experimentando una rápida degradación ocasionada por perturbaciones naturales y antropogénicas. Una consecuencia de lo anterior ha sido la reducción de la tasa de producción de carbonatos y la complejidad estructural de estos sistemas. Particularmente, la pérdida de especies coralinas clave en la construcción de arrecifes ha comprometido la funcionalidad del ecosistema. Objetivo. En este estudio utilizamos una adaptación de la metodología ReefBudget para medir el balance de carbonato de calcio en el arrecife de La Entrega, Oaxaca, México. Métodos. Se realizaron seis transectos para estimar la de abundancia de peces erosionadores (25 x 4 m), erizos (25 x 2 m) y la composición del bentos. Resultados. Al realizar los cálculos correspondientes, se encontró que en La Entrega se producen 13.72 kg m-2 año-1 (unidades comúnmente referidas con “G”), la endobioerosión (incluida la erosión por esponjas) calculada fue de 5.65 G. La erosión por erizos es de 0.12 G y la de peces es de 0.73 G; el balance neto de carbonatos resultantes fue de 7.21 G. La tasa de acreción (crecimiento vertical del arrecife) en el arrecife de La Entrega fue de 7.07 mm año-1. Consideramos importante mencionar que el parche arrecifal en La Entrega es relativamente pequeño (aproximadamente 324 x 233 m) en comparación con las formaciones de regiones del Caribe o el Indo-Pacífico. Conclusiones. La producción neta en La Entrega es superior a la estimada en la mayoría de los arrecifes del Caribe (2-4 G) pero más baja que la del Indo-Pacífico (5-14 G). Las diferencias en el balance entre regiones están, principalmente, asociadas a las diferencias en las abundancias de especies constructoras en cada región. De acuerdo con lo modelado en este trabajo, el parche arrecifal de La Entrega presenta una tasa de acreción suficiente para lidiar con una posible elevación en el nivel del mar bajo los escenarios RCP 4.5 y 2.6 (4 y 7 mm, respectivamente)

Contribución de los heterótrofos a la calcificación secundaria en arrecifes marginales del Pacífico mexicano

Background. Sclerobionts (e.g., calcareous algae, bryozoans, polychaetes, mollusks, and barnacles) produce reef calcium carbonate (CaCO3). Their contribution is key to maintaining positive CaCO3 balances, especially in marginal reefs. Objective. To compare the production of CaCO3 by sclerobionts in two marginal reefs of the Mexican Pacific: Las Gatas (LG), in Zihuatanejo Guerrero Bay, and La Llave (LL), in Bahía de Los Angeles (Gulf of California). Methods. CAUs (Calcification/Accretion Units) were used to promote sclerobiont recruitment during two deployment times: 6 and 15 months. Results. The calcification rate was high at six months and then decreased due to rapid colonization and initial growth, followed by a decrease over time. Sclerobionts deposited 1.2 ± 0.4 kg CaCO3 m-2 yr-1 in LG, which represents 7% of the production of branching corals in the Mexican South Pacific (17.2 kg m-2 yr-1), while in LL, they deposited 2.1 ± 0.7 kg CaCO3 m-2 yr-1; equivalent to 20% of the production of massive corals in the area (10.1 kg m-2 yr-1). The groups that deposited most CaCO3were mollusks and bryozoans in LG (up to 0.65 ± 0.16 kg m-2 yr-1) and barnacles in LL (up to 2.32 ± 0.35 kg m-2 yr-1). Conclusions. These results highlight the role of heterotrophs as secondary calcifiers both in LG, a site impacted by anthropogenic activity, and in LL, an area with low anthropogenic impact but high biological productivity associated with upwellings. This finding implies that the environmental conditions at the study sites limit the calcification of primary calcifiers (i.e., corals and CCA) but promote that of secondary calcifiers, with potential geomorphic repercussionsAntecedentes. Los esclerobiontes (e.g., algas calcáreas, briozoos, poliquetos, moluscos, y balanos) par-ticipan en la producción de carbonato de calcio (CaCO3) arrecifal. Su contribución es vital para mantener balances de CaCO3 positivos, especialmente en arrecifes marginales. Objetivo. Comparar la producción de CaCO3 por esclerobiontes en un arrecife sujeto a estrés antropogénico - Las Gatas (LG), en la bahía de Zihua-tanejo Guerrero, y otro bajo condiciones ambientales altamente fluctuantes - La Llave (LL), en Bahía de Los Ángeles (Golfo de California). Métodos. Se utilizaron CAUs (Calcification/Accretion Units) para promover el reclutamiento de esclerobiontes durante dos periodos de inmersión: 6 y 15 meses. Resultados. La tasa de calcificación fue alta a los 6 meses y luego disminuyó debido a la rápida colonización y crecimiento inicial seguido de una disminución con el tiempo. Los esclerobiontes depositaron 1.2 ± 0.4 kg CaCO3 m-2 año-1 en LG, lo que representa el 7% de la producción de corales ramificados en el Pacífico sur mexicano (17.2 kg m-2año-1), mientras que en LL depositaron 2.1 ± 0.7 kg CaCO3 m-2 año-1, equivalente al 20% de la producción de corales masivos en la zona (10.1 kg m-2 año-1). Los grupos que más CaCO3 depositaronfueron los moluscos y los briozoos en LG (hasta 0.65 ± 0.16 kg m-2 año-1), y los balanos en LL (hasta 2.32 ± 0.35 kg m-2 año-1). Conclusiones. Estos resultados destacan el papel de los heterótrofos como calcificadores secundarios tanto en LG, un sitio impactado por actividad antropogénica, como en LL, un sitio con bajo impacto antropogénico, pero con alta productividad biológica asociada a surgencias. Este hallazgo implica que las condiciones am-bientales en los sitios de estudio limitan la calcificación de los calcificadores primarios (i.e., corales y CCA) pero estimulan la de calcificadores secundarios, con potenciales repercusiones geomórficas

Dos biomarcadores de la plasticidad de la expresión génica en corales Pocillopora del arrecife Carrizales, Pacífico Tropical Mexicano

Background. Gene expression (GE) plasticity is an acclimation response that allows organisms to adjust rapidly to environmental changes, providing an adaptive advantage. GE biomarkers are emerging as a valua-ble tool for linking the organism’s physiological plasticitywith the synergetic effects of large-scale climatic conditions and local impacts such as temperature and nutrients. Objectives. In this study, we investigate the GE plasticity of the 70-kDa heat shock protein (hsp70) and the carbonic anhydrase enzyme (CA) to confirm the ability of those two genes as biomarkers of the Cellular Stress Response and Cellular Homeostasis Res-ponse, respectively. Methods. Using qPCR, we evaluate the GE plasticity of coral colonies from Pocillopora capitata, Pocillopora damicornis,and Pocillopora verrucosa at the Carrizales reef (Colima coast of Mexico) naturally exposed to environmental changes in the Sea Surface Temperature (SST), productivity and nutrients using the cellular density of Symbiodiniaceae and chlorophyll content as health indices. Results. Our results clearly show GE plasticity in the hsp70 for Pocillopora verrucosa and Pocillopora damicornis related to a daily environmental change in temperature and nutrients. On the other hand, the CA gene expression shows no change in response to daily variations. However, there was a significantly high expression of CA and a lower expression of hsp70 in Pocillopora capitata. Furthermore, we found no significant differences in the health in-dices, suggesting some degree of physiological plasticity in Pocillopora corals like its extensive morphological plasticity that could reflect different adaptation capacities to low temperatures and high nutrients during the spring season in the central Mexican Pacific. Conclusions. Evaluating the phenotypic plasticity (morphology and molecular physiology) could help identify coral colonies with a more significant potential to survive en-vironmental stressors. The latter is an essential consideration for managing, conserving, and restoring coral reefs in the Mexican Pacific.Antecedentes. La plasticidad de la expresión génica (GE) es una respuesta inmediata de aclimatación al cambio ambiental que puede proporcionar una ventaja adaptativa. Los biomarcadores de GE están emer-giendo como una herramienta valiosa para vincular la plasticidad fisiológica del organismo con los efectos sinérgicos del cambio climático y el impacto local como la temperatura y nutrientes. Objetivos. Investigamos la plasticidad de la expresión de genes que codifican para la proteína de choque térmico de 70-kDa (hsp70) y la enzima anhidrasa carbónica (CA) para confirmar su utilidad como biomarcadores de la respuesta de estrés y de homeostasis celular, respectivamente. Métodos. Evaluamos la GE mediante qPCR en colonias de corales Pocilloporacapitata, Pocillopora damicornis y Pocillopora verrucosa del arrecife Carrizales (Colima, México) expuestas a un cambio natural en la temperatura de la superficie del mar (SST), productividad pri-maria y nutrientes utilizando la densidad de Symbiodiniaceae y el contenido de clorofila como indicadores de salud. Resultados. La plasticidad de la GE de hsp70 en Pocillopora damicornis y Pocillopora verrucosa se asocia con la variación diaria de temperatura y nutrientes, mientras que el gen de la CA no muestra cambios de expresión relacionada con esta variabilidad. Sin embargo, en Pocillopora capitata se encontró una expresión significativamente mayor de CA y una menor expresión de hsp70. Estos resultados reflejan un grado de plasticidad fisiológica en corales Pocillopora similar a la extensa plasticidad morfológica dentro de este género, lo que podría sugerir diferentes capacidades de adaptación a la temporada primave-ral de bajas temperaturas y alto contenido de nutrientes en la región. Conclusiones. Evaluar la plasticidad fenotípica (morfología y fisiolo-gía molecular) podría ser útil para identificar colonias de corales con un mayor potencial de sobrevivencia al estrés ambiental. Lo anterior resulta relevante para la conservación, manejo y restauración de los arrecifes de coral del Pacífico mexicano.   &nbsp