Publication:
Reproductive biology of two ecomorphs of the Caribbean coral Montastraea cavernosa in La Parguera, Puerto Rico

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Authors
Morales-Medina, Jeffry
Embargoed Until
Advisor
Weil, Ernesto F.
College
College of Arts and Sciences - Sciences
Department
Department of Marine Sciences
Degree Level
M.S.
Publisher
Date
2020-12-09
Abstract
The reproductive success of corals is an important element for the maintenance of populations, community and ecosystem function. The common Caribbean reef-building scleractinian Montastraea cavernosa has two distinct, coexisting morphotypes (i.e. ectomorphs), a small-polyped morph (SP), that is active during the day, and a large-polyped (LP), deeper morph, which is active at night. Significant differences in morphometric, behavioral, and ecological traits suggest two separate species. Molecular data has been inconclusive, and previous reproductive studies mixed samples from both ecomorphs. The goal of this study was to characterize the sexual pattern, reproductive mode, gametogenetic cycle and timing of reproduction of coexisting colonies of both ectomorphs. The working hypothesis was that the two morphs belong to the same species. Twenty colonies of each morph living side by side were tagged on two reefs (Turrumote and Media Luna) in La Parguera Natural Reserve (LPNR), southwest coast of Puerto Rico. Ten colonies of each morph were sampled one month and the other ten the next moth to reduce physical impact on colonies and the reproductive cycle. Standard histological techniques were used. Results confirmed that both morphs had gonochoric colonies (one sex) and broadcast gametes, however, over the course three years, several tagged colonies changed sex (from male to female and vice versa), indicating that both morphs are in fact, bi-directional, sequential hermaphrodites, a reproductive pattern never reported for this or any other coral species in the Caribbean. Overall, the female/male ratio was variable over time for both morphs (SP= 1:2, LP= 1:1 in 2015; SP=1:2, LP= 1:2 in 2016, and SP= 1:1, LP= 2:1 in 2017), a result colonies changing sex. The two morphs have a single annual gametogenetic cycle; oocytes developing approximately 6 months prior to spermatocytes; beginning in November, with the pick maturation stage in August-September. No significant differences in the overall gametogenesis process were observed, but the LP morph had significantly (T-test, p = 0.0345) larger mean fecundity compared to the SP morph. We could not check if the LP and SP morphs had different spawning times, which could be a mechanism for reproductive isolation between them. Eggs have zooxanthellae while in the mesenteries, presumably translocated from the mother polyp, a new finding not reported before, which is an evolutionarily advantage for successful larvae dispersion, recruitment and early survivorship for both morphs, a possible explanation for the high abundance of juveniles and adult colonies in most reefs. Overall, with the exception of fecundity,, no significant differences were fund in any of the reproductive phases cycle to support two different species in the genus at this time. However, the clear differences in other traits indicates that more research is needed to ID other potential pre- or post-zygote isolation mechanisms, and/or to establish molecular differences that could resolve the taxonomic status of these morphotypes.

El éxito reproductivo de los corales es un elemento importante para el mantenimiento de las poblaciones, comunidades y funcionamiento del ecosistema. Montastraea cavernosa es un coral escleractinio común en el Gran Caribe. Dos morfotipos (ecomorfos) distintos que coexisten en los mismos hábitats han sido identificados, uno de pólipos pequeños (SP) que está activo durante el día, y uno de pólipos grandes (LP) activo de noche y con una distribución más profunda. Resultados de varios estudios indican diferencias significativas en morfometría, comportamiento, y distribución, asi como coloraciones diferentes. Sin embargo, resultados de estudios moleculares no han sido concluyentes, y los estudios reproductivos previos mezclaron muestras de ambos morfotipos. El objetivo de este estudio fue caracterizar el patrón sexual, modo reproductivo, ciclo gametogenético y las horas de desove de ambos ecomorfos de M. cavernosa. Veinte colonias de cada ecomorfo coexistiendo en el mismo hábitat fueron marcadas en dos arrecifes (Turrumote y Media Luna) en la Reserva Natural La Parguera, costa suroeste de Puerto Rico en 2015. Diez colonias de cada morfotipo se muestrearon un mes y las otras diez al siguiente mes para reducir el impacto sobre las colonias y el ciclo reproductivo. Se utilizaron técnicas histológicas estándar. Los resultados confirmaron que las colonias de ambos morfotipos son gonocóricos (colonias de un solo sexo), sin embargo, varias colonias cambiaron de sexo (de macho a hembra y viceversa) durante el curso de esta investigación, indicando entonces, que el patrón sexual de estos morfotipos de M. cavernosa es “hermafroditismo secuencial bi-direccional”, un patrón nunca reportado para esta u otra especie de corales del Caribe. Ambos morfos tiene un solo ciclo gametogenético anual; con ovocitos comienzan su desarrollo 6 meses antes de los espermatocitos (noviembre), y con una maduración simultánea en agosto-septiembre. La proporción macho/hembra fue variable a lo largo del tiempo en ambos ecomorfos (SP=1:2, LP= 1:1 in 2015; SP=1:2, LP= 1:2 in 2016, y SP= 1:1, LP= 2:1 in 2017), una consecuencia de los cambios de sexo. En general no se observaron diferencias significativas en la gametogénesis, pero el LP mostró una fecundidad significativamente mayor (T-test, p a 0.0345) que SP. Las horas de desove no pudieron ser determinadas y podrían ser diferentes. Se encontró que los huevos en los mesenterios tenían zooxantelas incorporads, presumiblemente translocadas del pólipo madre, una característica no reportada anteriormente. Esto proporciona una ventaja evolutiva para la dispersión de larvas, el reclutamiento y la supervivencia temprana de juveniles en ambos ecomorfos, una posible explicación de la abundancia de juveniles y colonias adultas. Con la excepción de la fecundidad, ninguna otra fase del ciclo reproductivo mostró diferencias significativas para separar los morfotipos en dos especies distintas. Sin embargo, las diferencias consistentes en otros caracteres reportadas en varios estudios, indican que es necesario seguir investigando la posibilidad de algún mecanismos de aislamiento reproductivo y la posibilidad de hibridación, además de verificación mediante otros análisis moleculares para poder resolver el estatus taxonómico de estos morfotipos.
Keywords
Coral reproduction,
Montastraea cavernosa,
Sex change,
Taxonomy,
Puerto Rico
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Cite
Morales-Medina, J. (2020). Reproductive biology of two ecomorphs of the Caribbean coral Montastraea cavernosa in La Parguera, Puerto Rico [Thesis]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/2711