Assessing metabolic changes in the Caribbean coral 𝘖𝘳𝘣𝘪𝘤𝘦𝘭𝘭𝘢 𝘧𝘢𝘷𝘦𝘰𝘭𝘢𝘵𝘢 during gametogenesis using the CISME (Community In Situ Metabolism) device

Abstract

Scleractinian corals are heterotroph animals that also have symbiotic algae living in their tissues which makes it so that they can also be considered autotrophs. These symbionts can provide a large percentage of the organic molecules used by the corals for ATP generation through respiration. Rates of respiration integrate the energy requirements of all the metabolic pathways in an organism, therefore, making it a direct measure of many cellular functions. This project used the CISME to assess metabolic changes along the reproductive cycle of Orbicella faveolata, one of the most important reef building corals in the Caribbean. The CISME can make non-invasive measurements of respiration and photosynthesis of corals in situ (under ambient conditions). Water samples from the incubation period then allow the measurement of total alkalinity values and the calculation of calcification rates. After a pilot study, six large colonies were tagged and sampled (in quadruple) once a month throughout the gametogenic cycle (April to September) to evaluate metabolic changes. Obtained results indicate that both respiration and photosynthesis rates diminish throughout the stages of the reproductive cycle, possibly indicating an energy shift or translocation within the organism cells or due to a host-symbiont interaction. The energy translocation hypothesis is supported by lower calcification rates obtained by the end of the reproductive cycle, marking a probable transition from asexual to sexual reproduction. This study is the first to measure metabolic rates in situ in ambient conditions during the gametogenic process of a scleractinian coral.

Los corales escleractínidos son animales heterótrofos que también poseen algas simbióticas viviendo en su tejido, lo que adicionalmente los hace ser considerados cómo autótrofos. Estos simbiontes proveen un gran porcentaje de las moléculas orgánicas utilizadas por los corales para la formación de ATP a través de la respiración. Las tasas de respiración integran los requerimientos energéticos de todos los caminos metabólicos en un organismo, por ende, haciéndolas una medida directa de varias funciones celulares. Este proyecto utilizó el CISME para observar los cambios metabólicos a lo largo del ciclo reproductivo de Orbicella faveolata, uno de los corales constructores de arrecifes más importantes en el Caribe. El CISME puede hacer medidas no invasivas de respiración y fotosíntesis de corales in situ (bajo condiciones ambientales). Muestras de agua del período de incubación permiten la posterior medida y cálculo de alcalinidad total y tasas de calcificación respectivamente. Luego de un estudio piloto, seis colonias grandes fueron marcadas y muestreadas (con cuatro réplicas) una vez al mes a lo largo del período reproductivo (abril a septiembre) para evaluar cambios metabólicos. Los resultados obtenidos indican que tanto la tasa de respiración cómo la de fotosíntesis disminuyen a lo largo del ciclo reproductivo, posiblemente indicando un cambio o una translocación de energía dentro de las células del organismo o debido a una interacción entre simbiontes. La hipótesis de esta translocación de energía es apoyada por la observación de tasas de calcificación bajas obtenidas al final del ciclo reproductivo, marcando una posible transición de reproducción asexual a reproducción sexual. Este estudio es el primero en medir tasas metabólicas in situ en condiciones ambientales durante la gametogénesis de un coral escleractínido.