Multimodal optisk mikros Metoder Avslør Polyp Tissue morfologi og struktur i Caribbean Reef Bygge Koraller

Global oppvarming og medfølgende miljøendringer er direkte påvirker helse og fordelingen av tropiske marine koraller ^1-4. Flere virkninger blir observert, inkludert korallbleking og fremveksten av smittsomme sykdommer ^5-6. Imidlertid vil mer nøyaktig prediksjon av fremtidig korall svar på disse miljøtrusler krever at en histologisk "baseline" etableres, som definerer vev morfologi og celle sammensetning og fordeling for "tilsynelatende friske" koraller. I sin tur, "påvirket" koraller kan deretter kvantitativt forhold. Videre bør dette baseline etableres for tilsynelatende friske koraller under en rekke miljøforhold, slik at "sunn reaksjon" kan også måles på tvers av miljø gradienter. Som et første skritt mot å etablere denne baseline, har en høyoppløselig 3D studie foretatt av hvordan tilsynelatende sunn koraller polypp vevmorfologi og cellulær sammensetning reagerer på økninger i vanndybde (WD) og tilhørende reduksjon i sollys irradians. Resultatene kan så brukes til å etablere en mer omfattende forståelse av mekanistisk korall tilpasning, samt å få innsikt i korall-symbiont evolusjon og forbedring av lys høsting.

Steinkoraller (Scleractinia) er koloni marine virvelløse dyr som spiller vertskap for en kompleks samling av andre mikroorganismer, kollektivt referert til som koraller holobiont ^7-10. Forskningen foretatt i denne studien søker å bruke en pakke med cutting-edge imaging teknologi å samtidig spore endringer med økende vanndyp i vevet pigmenter og symbiotisk zooxanthellae av tilsynelatende friske verts koraller. Dette vil etablere den nødvendige sammenlignende vev celle "baseline" over en batymetrisk gradient for tilsynelatende friske koraller og fungere som indikatorer på koraller heaLTH ^10. Korall pigmenter, kalt chromatophores, handle for å absorbere, reflektere, scatter, brekker, diffract, eller på annen måte forstyrre hendelsen solstråling ^11. Den zooxanthellae-chromatophore endosymbiotic forholdet har aktivert coevolution strategisk fordelaktig lys-høsting optimalisering og skjelettvekststrategier, samt trofiske plastisitet (skiftende fôringsstrategier back-og-tilbake fra autotrophy å heterotrophy) for koraller dyr ^12.

Den sørlige karibiske øya nasjon av Curaçao (tidligere en del av De nederlandske Antillene) ligger ca 65 km nord for Venezuela i øst-vest trending Aruba-La Blanquilla skjærgården (figur 1A). Den 70 km lange sørkysten av Curaçao inneholder en kontinuerlig moderne og miocen-pliocen-pleistocen-Holocene gamle fringing korallrev kanalen ^13,14. Gjennomsnittlig årlig SST på Curaçao varierer ca 3 ° C enett år om gangen, alt fra et minimum på 26 ° C i slutten av januar til maksimalt 29 ° C i begynnelsen av september, med en gjennomsnittlig årlig temperatur på 27,5 ± 0,5 º C (NOAA SST datasett, 2000-2010). Korallrevet ved Playa Kalki (12 ° 22'31.63 "N, 69 ° 09'29.62" W), liggende nær nordvestspissen av Curaçao (figur 1A), ble valgt for prøvetaking fordi det har vært tidligere godt studert og marine økosystem på dette stedet er badet i frisk nonpolluted sjøvann ^7,15-19. . To nært beslektede scleractinian korallarter, M. annularis og M faveolata, ble valgt for eksperimentering og analyse i denne studien fordi hver art: (1) utstillinger distinkt forskjellige og nonoverlapping batymetriske distribusjoner på rev veiene med hensyn til sokkelen pause og assosiert karbonat sedimentære avsetningsmiljø (M. annularis range = 0-10 m WD; M. faveolataområde = 10-20 m WD ^20; figurene 1B, 2A og 2B); (2) er en vanlig korallrev rammeverk byggmester hele det karibiske hav ^21; og (3) har godt studert økologiske, fysiologiske, og evolusjonære relasjonene ^22.

Feltet prøvetaking for denne studien ble gjennomført ved hjelp av standard dykking teknikker offshore av Playa Kalki på Curaçao. Et grunt til dypt vann batymetriske transekt ble etablert som kjørte over sokkelen, over sokkelen pause, og inn i de dype vann forgrunnen rev miljøer. Tilsynelatende friske koraller hoder ble deretter identifisert for prøvetaking langs denne batymetrisk transektet, inkludert: (1) tre individuelle ~ 1 m diameter korallhoder M. annularis, som alle var på 5 m vanndyp (WD); og (2) tre individuelle ~ 1 m diameter korallhoder M. faveolata, som alle var på 12 m WD. Photosynthetically aktiv stråling (PAR) ble målt som 33-36% PAR ved 5 m WD og 18-22% PAR på 10 m WD. Prøvetakingen ble utført i januar når SST var 26 ° C ved vanndybder på både 5 m og 12 m. Hver av disse seks koraller hoder ble samplet i tre eksemplarer på tilsvarende romlige posisjoner (ie., Ca 45 ° N breddegrad på hver av de seks halvkuleformet koraller hoder). Hver enkelt prøve besto av en 2,5 cm diameter korall vev-skjelett kjerne biopsi som ble samlet inn med en renset bue punch. Tre koraller vev-skjelett biopsier ble samplet på standard SCUBA med hansker fra hver av de korallhoder (9 fra M. annularis kolonier ved 5 m WD og 9 fra M. faveolata på 12 m WD). Umiddelbart etter innsamling på dybde, ble hver biopsi kjerneprøve plasseres i et sterilt 50 ml sentrifugerør av polypropylen, skrue-toppen forsegles, og returneres til overflaten. Sjøvannet ble dekantert fra hvert sentrifugerør og hver kjernebiopsi ble deretter nedsenket, lagres og transporteres i 4% paraformaldehyd.

<p class="Jove_content"> SBFI bildebehandling har tidligere blitt utført på et bredt spekter av biologiske prøver, inkludert hel-hjerne og hel-hjertet menneskelig vev, intakte mus embryoer, sebra fisk embryoer, og flere typer dyr prøver med intakte bein ^23-30. De fleste av disse studiene benyttet optisk / lysmikroskopi med enten fluorescens eller lyse feltteknikker. Men studier har blitt utført ved ultra-høy forstørrelse ved hjelp av scanning elektronserie blokk ansiktet bildebehandling i det siste ^31. I denne studien har en modifisert SBFI protokoll utviklet for og brukes på koraller for første gang. Fordi M. annularis og M. faveolata korall polypper er 1-2 mm i tykkelse, ville ingen av de rutinemessige lysmikroskopi teknikker være i stand til å trenge inn i hele tykkelsen av koraller polypp vev. Derfor har vi SBFI prøveopparbeidelse protokollen spesielt utviklet for korallprøver. I tillegg har vi tilpasset designet en stereo holder, Som er motorisert for å bevege seg i både x og y-retningene. Denne anordning tar bilder av blokken flate av prøven i stedet for å samle delene ved hjelp av en vanlig mikrotomen i front av mikroskop. Vi har også innført en annen ikke-lineære optiske to-foton mikroskopisk teknikk for å bli det same koraller polypper over hele tykkelsen av koraller vev. Dette overvinner de begrensninger som følger av SBFI i form av decalcification og muligheten for endringer i vev morfologi og volum (krympende) som kan induseres av behandlingsprotokoller prøveopparbeidelse (dehydrering) og. Videre ble utslipps profiler fra korallene spektralt vedtatt å identifisere sine peak utslipp og variasjoner mellom chromatophores og fotosyntese zooxanthellae. Disse resultatene ble vurdert i sammenheng med den metode som brukes, og deres individuelle fordeler med hensyn til anskaffelses tid, analyse tid, og evnen til å løse gode strukturelle detaljer uten at structural integritet av koraller vev.