JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

איסוף בשטח ותחזוקת מעבדה של אצות ענק יוצרות חופה כדי להקל על השיקום

Published: June 07, 2024
doi:
10.3791/66092
, , , , , , , , , , ,
1Department of Ecology and Evolutionary Biology,University of California, Irvine, 2Department of Ecology and Evolutionary Biology,University of California, Santa Cruz, 3Facultad de Ciencias Marinas,Universidad Autónoma de Baja California, 4Facultad de Ciencias,Universidad Autónoma de Baja California, 5Instituto de Investigaciones Oceanológicas,Universidad Autónoma de Baja California, 6The Nature Conservancy

Summary

פרוטוקול זה מתאר את איסוף השטח ותחזוקת המעבדה השוטפת של מצעים שנזרעו עם אצות ענק יוצרות חופה לשימוש בניסויי שיקום כדי להתמודד עם ההצלחה והמגבלות של טכניקת “חצץ ירוק” בסביבות שדה.

Abstract

אצות ים יוצרות חופה הן מיני יסוד חיוניים, התומכים במגוון הביולוגי ומספקים שירותי מערכת אקולוגית בשווי של יותר מ-500 מיליארד דולר ארה”ב בשנה. הדעיכה העולמית של יערות אצות ים ענקיים עקב גורמי עקה אקולוגיים המונעים על ידי האקלים מדגישה את הצורך באסטרטגיות שיקום חדשניות. טכניקת שיקום מתפתחת המכונה “חצץ ירוק” שואפת לזרוע אצות צעירות על פני שטחים גדולים ללא עבודה תת-ימית נרחבת ומייצגת כלי שיקום מבטיח בשל עלות-תועלת ומדרגיות. מאמר וידאו זה מדגים פרוטוקול וכלים לגידול אצות ענק, Macrocystis pyrifera. הוא גם מספק משאב למחקרים נוספים כדי להתמודד עם ההצלחות והמגבלות של שיטה זו בהגדרות השדה. אנו מתווים שיטות מבוססות שדה ומעבדה לאיסוף רקמת רבייה, נבגים, חיסון, גידול, תחזוקה וניטור של מצעים שנזרעו בשלבי חיים מוקדמים בטכניקת ‘חצץ ירוק’. הפרוטוקול מפשט ומרכז את שיטות השיקום הנוכחיות בתחום זה כדי לתמוך בחוקרים, מנהלים ובעלי עניין בעמידה ביעדי שימור אצות ים.

Introduction

אצות מקרו-אצות חומות (שם מדעי: Laminariales) הן מיני יסוד בעלי חשיבות עולמית, השולטים בשוניות סלעיות חופיות בים ממוזג וארקטי1. אצות אלה יוצרות בתי גידול ביוגניים מורכבים מבחינה מבנית ופוריים מאוד הידועים כיערות קלפ התומכים בקהילות ימיות מגוונות מבחינה טקסונומית2. יערות קלפ ברחבי העולם מספקים שירותי מערכת אקולוגית רבים לבני האדם, כולל ייצור דיג מסחרי, מחזור פחמן וחומרי מזון, והזדמנויות פנאי, בשווי כולל מוערך של 500 מיליארד דולר בשנה3.

למרות ערכם הרב, יערות אצות ים מתמודדים עם לחצים אנתרופוגניים הולכים וגדלים באזורים רבים3. שינוי האקלים מהווה את אחד האיומים המשמעותיים ביותר על אצות ים עקב התחממות האוקיינוס לטווח ארוך בשילוב עם התדירות הגוברת של חריגות טמפרטורה 3,4,5,6,7. עלייה בטמפרטורות האוקיינוס קשורה למגבלה תזונתית8, בעוד שחשיפה ללחץ חום מעל לסף הפיזיולוגי עלולה לגרום לתמותה9. בשילוב עם גורמי לחץ מקומיים אזוריים משתנים7, אוכלוסיות אצות הים יורדות ברחבי העולם בכ -2% בשנה10 עם הפסדים משמעותיים ומעבר מתמשך למדינות קהילתיות חלופיות באזורים מסוימים 6,11,12,13,14. התאוששות טבעית של אוכלוסיות אצות ים בלבד עשויה שלא להספיק כדי להפוך את היקף ההפסדים הנוכחיים והצפויים 15,16,17,18, מה שמדגיש את החשיבות של שיקום פעיל.

מאמצי שיקום אצות הים הנוכחיים יכולים להשתמש בשילוב של מתודולוגיות כדי לבסס מחדש מיני יסוד חשובים אלה בשוניות סלעיות חופיות 3,19. מתודולוגיות שנבחרו לטיפול בחששות ספציפיים לאתר תלויות בהקשר גיאוגרפי, במכשולים הספציפיים להתאוששות אצות ים ובהקשר החברתי-אקולוגי11. הבנת הקשרים והתלות ההדדית של מערכות חברתיות-אקולוגיות היא המפתח, והתערבויות המערבות מוסדות מקומיים וזוכות לתמיכה מקהילות מקומיות מגבירות את הסיכוי למאמצי שיקום מוצלחים20.

בנוסף לשינויי האקלים, לחץ אוכלי עשב או תחרות בין-ספציפית מניעים, מפחיתים או מדכאים את ההתאוששות (למשל, על ידי קיפודי ים13, דגים אוכלי עשב21,22, אצות דשא 9,23 או אצות פולשות24). השיקום עשוי להתמקד בסילוק גורמי עקה ביוטיים אלה25, אם כי שיטות אלה דורשות משאבים ניכרים ותחזוקה מתמשכת11. כדי לזרז את התאוששות מיני אצות הים, נעשו מאמצים לגישת זריעה ישירה, למשל, שקילת שקיות רשת מלאות בלהבי אצות פוריות לבנט’וס המשחררים זואוספורים לסביבה26. שיטה זו, עם זאת, היא גוזלת זמן רב ודורשת התקנה טכנית מתחת למים והסרה. מקרים אחרים מתמקדים בהשתלת כמויות גדולות של צמחים שלמים מתורמים בוגרים, דבר שעלול לפגוע באוכלוסיות תורמים קרובות ופגיעות, ולעתים קרובות מוגבל לקני מידה קטנים בשל הסתמכות על השתלות מתמשכות27.

עבור אזורים, שבהם הגבלת נבגי אצות עשויה לעכב את התאוששות יער הקלפ עקב קיטוע בתי גידול, הוצגה גישה חדשה יחסית לשיקום אצות ים הנקראת טכניקת “חצץ ירוק”. הטכניקה נוסתה בהצלחה בתחנת המחקר Flødevigen בדרום נורבגיה28 והיוותה אפשרות מבטיחה לשיקום בשל עלות-תועלת ומדרגיות. תהליך העבודה של טכניקה זו הוא כדלקמן: (1) תמיסת נבגים נוצרת מרקמה פורייה שנאספה מאצות ים בוגרות בשדה ולאחר מכן נזרעת על מצעים קטנים, כגון חצץ; (2) אצות ים בשלב מוקדם גדלות בתנאים אביוטיים מבוקרי מעבדה על מצעים; (3) מצעים עם ספורופיטים נראים לעין פרוסים בשדה בשוניות ספציפיות כ “חצץ ירוק”, שם הספורופיטים ממשיכים לגדול. שימו לב שמאמצי השתלה טיפוסיים של אנשים בוגרים דורשים התקנה תת-ימית מייגעת ומעכבת עלות על ידי צוללנים, וטכניקת “חצץ ירוק” משתמשת בפריסה פשוטה מפני השטח28.

טכניקת “החצץ הירוק” נבדקת כיום על ידי חברים בקבוצות עבודה בינלאומיות רבות,29 בסביבות שונות ובכמה מיני אצות ים למינריות. פרוטוקול זה מתאר את המתקנים, החומרים והשיטות הנדרשים לאיסוף רקמות, נבגים, זריעה, תנאי גידול, תחזוקה שוטפת וניטור של אצות ים בשלב מוקדם לפני יישום טכניקת שיקום זו בשטח באמצעות אצת הענק, Macrocystis pyrifera. פרוטוקול זה הוא משאב רב ערך לחוקרים, מנהלים ובעלי עניין המבקשים לספק תובנה לגבי ההצלחות והמגבלות של שיטה זו עם M. pyrifera בהגדרות שדה שונות.

Protocol

רקמות אצות ים המשמשות כמתואר בפרוטוקול זה נאספו ופוקחו על ידי מחלקת הדגה וחיות הבר של קליפורניה תחת היתר S-202020004-20205-001. 1. הכנת מתקנים וחומרים ודא שמתקני גידול אצות ים יכולים לשמור על טמפרטורה (10-15 מעלות צלזיוס), לספק אור בספקטרום מלא (0-180 פוטונים μmol m-2 s-1) ולסנן אוורור (גודל נקבוביות של 0.2 מיקרומטר). השתמשו במערכות אינקובטור עם שקע מובנה או יציאת גישה לחוטים וצינורות, אורות ומקור אוויר (איור 1). אם מערכת החממה אינה במסגרת הפרויקט, תקציבו או קנה המידה המיועד, השתמש באמבטיות מים המחוסמות על ידי מי ים טבעיים קרים או צ’ילר (איור 2). עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים ספציפיים.מקם מדחום במצע הגידול או השתמש באקדח טמפרטורה כדי להבטיח שהטמפרטורה היא בין 10-18 מעלות צלזיוס.הערה: טמפרטורות הגידול הן30 ספציפיות לאתר ולעונה. תכנת אורות בספקטרום מלא לתקופת צילום של 12 שעות אור: 12 שעות חושך על ידי שינוי הגדרות התזמון במקור האור או על ידי שימוש בטיימר מכני. למדוד את עוצמת האור באמצעות מד קוונטי עמיד למים של קרינה פעילה פוטוסינתטית (PAR) מתחת לפני השטח ליד החצץ ולהתאים באמצעות מקור אור הניתן לעמעום או על ידי שכבות צלופן (במקרה של גידול גמטופיטים צמחיים, ראה סעיף 9) או רשת מעל מקור האור (לפרטים על התאמות עוצמת האור, ראה סעיף 6.3). יש להקפיד על אוורור תקין באמצעות משאבות אוויר31 יום לאחר הנבג. השתמש במסננים (גודל נקבוביות של 0.2 מיקרומטר) כדי להפחית זיהום חיידקי הנישא באוויר.הערה: עבור גידול “חצץ ירוק” , לחץ אוורור חייב להיות מספיק כדי להזרים מים בכל מיכלי התרבית מבלי להפריע לחיבור של אצות ים בשלב מוקדם למצעי זרעים. אם קיימת ביומסה של גמטופיטים בתפיחה (ראה סעיף 9.2), לחץ האוורור חייב להיות מספיק כדי לשמור על הגמטופיטים תלויים באמצעי התרבית. עיקור חומרים ותחנות. הכינו אותם מראש (ראו טבלת חומרים).נקו משטחים באמצעות 70% אלכוהול איזופרופיל. טפלו ברקמת סורי פוריות ובציוד איסוף נקי מחוץ למשתלת ‘חצץ ירוק’, במידת האפשר. השתמשו בשיטות העיקור הבאות: שטפו באמצעות חומר ניקוי באיכות מעבדה ולאחר מכן שטיפה יסודית במים מזוקקים, השרו בתמיסת אקונומיקה מדוללת (בהתאם להוראות היצרן) ולאחר מכן שטיפה יסודית במים מזוקקים, ואוטוקלאבה בהגדרות מתאימות (כלי זכוכית או מכשירים). לאחר העיקור, ניתן לאחסן חומרים במיכל אטום או לעטוף בנייר כסף. יש לקרצף ולנקות את המיכלים עם המכסים שישמשו לגידול באמצעות חומר ניקוי ברמה מעבדתית, ולאחר מכן יש לבצע שטיפה יסודית במים מזוקקים.הערה: מיכלי תרבית מכסים יסייעו להפחית את התאדות מצעי הצמיחה. השאירו את העפעפיים פתוחים מעט כדי לאפשר החלפת אוויר, או השתמשו בשסתום בדיקה כדי להפחית את הזיהום הנישא באוויר. אם מיכלים עם מכסה אינם זמינים, אטמו את מיכלי התרבית עם תרמופלסטיק כגון סרט פרפין וצרו 2-3 נקבים. אם משתמשים במיכלים גדולים יותר, השתמשו בכיסויים נגד אידוי העשויים מפלסטיק שקוף. ודא כי חצץ יש משטח מרקם או מעט מגולען מאז gametophytes נוטים יותר להישמר על מצעים עם rugosity גבוהה32,33. יש לקרצף ולשטוף חצץ עד שהמים זורמים צלולים כדי להסיר אבק או לכלוך. יש להשרות חצץ בתמיסת אקונומיקה מדוללת ב-10% למשך 24 שעות לפחות ולשטוף במי ים מעוקרים מסננים (ראה סעיף 2.1). לחלופין, לאחר קרצוף ושטיפה, יש להשרות חצץ למשך שבוע במים דה-יוניים (DI)32.הערה: באופן אידיאלי, מצע שנקצר באופן מקומי משמש להפחתת זיהום אתר השיקום. לחלופין, מומלץ חצץ ברמה של אקווריום. הימנעו ממצעים גירניים כגון אבן גיר, שעלולים להוביל להלבנת רקמות ולתמותה לאחר מכן של אצות ים מושתלות32. 2. הכנת מדיה צמיחה סינון ועיקור מי ים בשיטות הבאות, בהתאם לזמינות המשאבים. חשב את נפח מי הים המעוקרים במסנן הדרוש לרענון מיכלי תרבית בכל שבוע (ראה סעיף 7) ותזמן משימת סינון/עיקור זו בהתאם. אחסנו אצוות גדולות של מי ים מעוקרים במסנן במיכלים כהים למשך עד 6 חודשים בטמפרטורה של 8-10 מעלות צלזיוס. אם אין מקרר, יש לאחסן באזור חשוך וקריר.סנן מים באמצעות מערכת סינון ואקום בגודל נקבוביות של 0.55-1 מיקרומטר. כבו את מקור הוואקום לפני שכל המים נמשכים דרכו כדי למנוע נזק לפילטר, ושפכו את המים המסוננים למיכל סטרילי ייעודי. עבור נפחים גדולים יותר, השתמש במערכת סינון זרימה. לדוגמה, להזרים מי ים דרך סדרה של שלושה מסננים עם קפלים (10 מיקרומטר, 5 מיקרומטר ו-1 מיקרומטר) המסודרים מגודל הנקבוביות הגדול ביותר לקטן ביותר.הערה: אם מי ים טבעיים אינם נגישים, ניתן להכין מי ים מלאכותיים. לחלופין, ניתן לרכוש מי ים טבעיים מחנויות אקווריומים, בכמויות גדולות ולעתים קרובות הם מסוננים, מחוטאים ומאוזנים ברמת החומציות. העשרה תקשורתית עדיין נחוצה לאפשרויות אלה. עיקור מי ים מסוננים בשיטות UV ו / או autoclaving. חבר מערכות זרימה לאור UV באקווריום בקצב זרימה המומלץ על ידי היצרן. מי ים אוטוקלאביים בכלי זכוכית בטוחים לשימוש באוטוקלאב, עם מכסים פתוחים מעט או מכוסים בנייר כסף ובמחזור נוזלים (121°C; 1-2 PSI, 15-30 דקות, תלוי בנפח הנוזל34.הערה: מומלץ לבצע אוטוקלאבינג של מי ים מסוננים בשלבים המוקדמים של התרבית. העשרת מי ים מעוקרים במסננים עם חומרים מזינים וויטמינים חיונית לצמיחת M. pyrifera . אמצעי מי ים מועשרים Provasoli (PES) הוא מדיום בשימוש נרחב המיועד לתרביות אצות35. רכשו מדיה זו ממרכזי תרבות אצות. הכנות של PES וויטמינים נוספים עבור M. pyrifera צמיחה מתוארים ב34.העשירו כל ליטר של מי ים מסוננים ב-20 מ”ל PES. לחלופין, השתמש באמצעי טיפוח ברמה תעשייתית. חנות פתרונות העשרה בהתאם להמלצות היצרן. העשירו מי ים מעוקרים במסננים כאשר יש צורך במצע גידול כדי למנוע פגיעה בתמיסות העשרה. 3. איסוף שדה לקבוע את העיתוי של אוספי ספורופיל כדי לחקות את מחזור הרבייה הטבעי של אוכלוסיות מקומיות של M. pyrifera. התייעץ עם מומחים מקומיים (למשל, חוקרי אצות, מנהלים, אקולוגים, מדענים אזרחיים, קבוצות צלילה) כדי להבטיח תזמון מתאים לאיסוף ספורופיל. השג את האישורים הדרושים לאיסוף רקמות אצות ים העומדים בחוקים ובתקנות המקומיים. זה יכול להיות חלק גוזל זמן מתהליך הטיפוח ויש לשלב אותו בלוחות הזמנים של הפרויקט. על ידי מנגנון נשימה תת-מימי עצמאי (SCUBA) לבחירת 3-5 להבי ספורופיל מ-10-15 פרטים פוריים מסוג M. pyrifera עם סורי גלוי, במרווחים של לפחות 2 מ’ זה מזה. בחר ספורופילים נקיים ושלמים, במידת האפשר, עם מעט או ללא התכלות או השפלה. יש לאחסן את להבי הספורופיל בנפרד בהתאם להורה מנקודה זו ואילך.הערה: ספורופילים גדלים ב”חצאית” צפופה בבסיס, מעל אחיזת הקלפ הבוגרת, וניתן לזהותם על ידי היעדר פנאומטוציסטים מלאים בגז1. רקמת סורוס בוגרת היא לעתים קרובות מעט מוגבהת ובצבע כהה יותר מאשר הרקמה שמסביב1. יש להעביר להבי ספורופיל בשקיות איסוף כהות כדי למנוע חשיפת יתר לאור השמש, עם מינימום מי ים מהאתר כדי לשמור על להבים רטובים, ולאחסן בצידניות בטמפרטורה של כ-12 מעלות צלזיוס עד ההגעה לחלל הגידול. ודא שהדגימות אינן במגע ישיר עם קרח.הערה: ניתן לשלוח ספורופילים אל מיקומים אחרים או מהם.יש לשטוף ספורופילים במי ים. יש לעטוף להבים, שנאספו מאדם בודד מסוג M. pyrifera , במגבות נייר לחות ספוגות במי ים ושוב ברדיד אלומיניום כדי למנוע חדירת אור והתייבשות נוספת36. שיטת אחסון זו ידועה בכינויה “שיטת בוריטו”. הניחו את האריזות בצידנית עם קרח, עם מחסום מגן כגון ניילון בועות ממוחזר או קרטון. הכינו את הצידנית למשלוח לילה. ודא שמישהו זמין לקבל את המשלוח והנח את החבילות בתנאי קירור. 4. ספורולציה במידת האפשר, יש לעבד ספורופילים בסביבה מבוקרת טמפרטורה בין 10-15 מעלות צלזיוס והרחק מכל תרביות אחרות. הכינו ועיקרו מכשירים ותחנות מבעוד מועד. יש ללבוש כפפות מגן בעת הטיפול ברקמת אצות ים כדי להפחית את הזיהום. לחלופין, יש לאחסן ספורופילים למשך 12-48 שעות בתנאי קירור, מה שמעודד שחרור נבגים מרקמת סורוס37. כדי לאחסן, השתמש ב”שיטת בוריטו” המתוארת בסעיף 3.3. בחר רקמת סורוס בשלה וחתך אותה ל 25 ס”מ2 חלקים באמצעות מספריים סטריליים. בחרו 1-2 מקטעים סוריים נקיים מתוך 10-15 הורי אצות ים בודדים, כדי לקדם את הגיוון הגנטי.הערה: אם מאוחסנים, ניתן למצוא עדות לנבג חלקי על מגבות הנייר, דבר המעיד על נוכחות של רקמת סורוס פורייה. רקמת סורוס היא לעתים קרובות מעט מוגבהת ובצבע כהה יותר מאשר הרקמה שמסביב. כדי לנקות, יש לקרצף בעדינות את שני צידי רקמת הסורוס בכיוון אחד בלבד בעזרת גזה סטרילית ספוגה במי ים מעוקרים בפילטר. במידת הצורך, גרדו את רקמת הסורוס בעדינות עם סכין גילוח סטרילית כדי להסיר לחלוטין את העכירות. יש לטבול את החלק הסורי באמבט מים מתוקים למשך 30 שניות עד דקה ולשטוף במי ים מעוקרים באמצעות פילטרים.הערה: רענן את אמבט המים המתוקים וחטא את החומרים בשימוש בעת טיפול בקטעי סורי שונים מאנשים שונים כדי להפחית זיהום צולב. יש לטבול כל קטע סורי במי ים מעוקרים במסנן בטמפרטורה של 10-15 מעלות צלזיוס בתוך צינור צנטריפוגה סטרילי של 50 מ”ל. מניחים את הצינורות בטמפרטורה של 4-12 מעלות צלזיוס בחושך כדי לנבג למשך 4 שעות לכל היותר. אם מקרר אינו זמין, אחסנו אותו באזור קריר ומואר חלש.הערה: לחלופין, ניתן לספור חלקי סורי במיכל יחיד וסטרילי. באמצעות מיקרוסקופ מורכב המוציטומטר, לבחון את צפיפות הנבג של 3-4 דגימות כל 30 דקות עד 4 שעות. החליפו קצוות פיפטה בין דוגמאות. אם הצפיפות היא לפחות 10,000 נבגים mL-1 (ראה סעיף 5.1.1), עבור לשלב הבא. אם קטע סורי אינו מייצר נבגים לאחר 4 שעות, השליכו את הדגימה. נבגים יכולים לשקוע בתוך שעות לאחר השחרור, אך ניתן לצפות בהם שוחים בתנועה מעגלית. מוציאים כל קטע סורי מהצינורות בפינצטה סטרילית. שלב את תמיסות הנבגים המתקבלות למיכל יחיד מעוקר וכמת את הצפיפות המשולבת הסופית. 5. חיסון חשב את הנפח הסופי של תמיסת הנבגים הדרושה לחיסון. יש לוודא שהריכוז הסופי הוא כ-500-1,000 נבגים מ”ל−1 במיכלי תרבית.כדי לחשב את ריכוז דגימת הנבג המשולבת מספירות הרשת המרכזית של ההמוציטומטר, חלק את הספירה ב- 10-4 מ”ל (המייצג את נפח התמיסה הנצפית בהמוציטומטר). כדי לקבוע את נפח תמיסת הנבגים שיש להוסיף לכל מיכל, קבע את כמות מצעי הגידול הדרושים כדי לטבול מצעים בתוך מיכלי תרבית. כדי למצוא את המספר הכולל של נבגים בכל מיכל, הכפל נפח מי ים זה בריכוז הרצוי. כדי לקבוע את הנפח הכולל של תמיסת הנבגים שיש להוסיף, חלק את הכמות הכוללת של הנבגים בריכוז הנבגים למ”ל בתמיסת הנבגים. מקמו מגלשות זכוכית סטריליות בתוך מיכלי תרבית כדי לפקח על התפתחות אצות הים. כלול לפחות 30 שקופיות המפוזרות באופן אקראי בין מכלי תרבות לצורך ניטור מספק (ראה פרטים בסעיף 7). יש לחסן את הנפח המחושב של תמיסת הנבגים במיכל התרבית באמצעות קצה פיפטה סטרילי המכיל מצעים השקועים במצע גידול. סגרו את המיכל וערבבו בעדינות לפיזור נבגים. אוטמים ומכניסים את המיכל למערכת התרבית. 6. תנאי גידול הגדר את הטמפרטורה בין 10-15 ° C בהתבסס על הטמפרטורה באתר הפריסה. לאחר יום אחד, ספקו אוורור אור עם מקור אוויר מסונן. הגדר נורות LED בספקטרום מלא עבור צמחי מים למחזור אור של 12 שעות: מחזור כהה של 12 שעות, עם עוצמות אור הנעות בין 0-180 μmol פוטון m-2 s-1:הגדר את עוצמת האור ל 5-10 μmol פוטון m-2 s-1 מ 0-1 יום ולהגדיל ל 20 – 30 μmol פוטון m-2 s-1 עד סוף שבוע אחד. מנקודה זו ואילך, להגדיל את הקרינה על ידי 10-20 μmol פוטון m-2 s-1 כל 3-4 ימים עד להגיע לקרינה של 180 μmol פוטון m-2 s-1 בסוף 6 wk. המשך לתרביות אחוריות ב 180 μmol פוטון m-2 s-1 עד סוף 8 wk, או כאשר ספורופיטים הגיעו בערך 1-2 ס”מ אורך. 7. ניטור עקוב אחר לפחות שתי שקופיות זכוכית אקראיות מדי יום/פעם ביומיים בשבועיים הראשונים כדי להעריך את ההתפתחות.כדי לפקח על המגלשה, טפל במגלשה עם פינצטה מעוקרת והנח אותה בצלחת פטרי נקייה המכילה מספיק מי ים מעוקרים כדי לטבול את מגלשת הזכוכית. אין להחזיר מגלשות זכוכית לתרביות לאחר הסרתן כדי למנוע זיהום צולב. השתמש בתרכובת או במיקרוסקופ הפוך בהגדלה של 40-400x כדי לצפות באצות ים בשלב מוקדם. עקוב אחר ההתפתחות באמצעות ציר הזמן הבא (ראה איור 3 לדוגמאות של שלבי היסטוריית חיים התפתחותיים).הערה: נבגים מיושבים נצפים ב 0-1 d. נבגים יכולים לנבוט תוך מספר שעות, כפי שמודגם על ידי היווצרות צינור נבט. נביטה נצפתה בדרך כלל ב 1-2 d. גמטופיטים מוקדמים נצפים בדרך כלל ב 1-4 d. גמטוגנזה, התהליך שבו תאים עוברים חלוקה והתמיינות ליצירת גמטות זכריות ונקביות, נצפית בדרך כלל בשבועיים הראשונים. תאי הנקבה גדולים פי 5-7 מהזכרים. הגמטופיטים הזכרים מגדלים ענפים דקים וחוטיים, בעוד שהנקבות עגולות יותר או ביציות יותר בצורתן. הנקבות בדרך כלל מייצרות ביצים או ביציות תוך 2-3 שבועות. זרע המשתחרר מהזכרים שוחה אל הנקבות ומפרה את הביציות, וכתוצאה מכך נוצרות זיגוטות דיפלואידיות. צפיפות החיסון הנכונה תבטיח רבייה מוצלחת בקרבה38,39. ביציות מופרות מתפתחות לספורופיטים עובריים. ספורופיטים נצפים בדרך כלל תוך 2-4 שבועות. הזיגוטה עוברת חלוקת תאים מהירה, וכתוצאה מכך גדלים להבים של 1-2 ס”מ תוך כ 6-8 שבועות. לאחר שבועיים, עקבו אחר לפחות שתי שקופיות זכוכית אקראיות 1-2 פעמים בשבוע לגדילה בריאה וזיהום עד שהספורופיטים מגיעים לגודל של 1-2 ס”מ.הערה: גדילה בריאה מאופיינת בצבע חום-זהוב (בניגוד לירוק או שקוף). ישנם מספר מדדים כמותיים שניתן לצפות בהם על שקופיות זכוכית במיקרוסקופ הפוך, כולל הישרדות, קצב נביטה, התפתחות וגטטיבית, בגרות רבייה ופוריות ויחס מין40. להעריך זיהום על ידי חיידקים, פטריות, ciliates, ו diatoms עם מיקרוסקופ. הסר זיהום מבודד. שליטה בסימנים מוקדמים של זיהום דיאטום עם גרמניום דו-חמצני (GeO2) (ראה סעיף 8.3) טיפול. 8. תחזוקה כוונן את תנאי התאורה בהתאם לסעיף 6.3. בכל שבוע, לשנות את המדיה הצמיחה כדי לחדש את החומרים המזינים הדרושים ומינרלים עבור M. pyrifera צמיחה.מצננים מצעי גידול טריים לטמפרטורה המתאימה. יש לוודא שהטמפרטורה לא תעלה על 15°C במהלך תהליך זה. יש לסחוט מדיה מתוך מיכלי הגידול כדי למנוע הפרעה למצעי הזרעים. תן למדיה להתרוקן עד שהמכל כמעט ריק. רענן את המדיה באופן מיידי כדי למזער התייבשות. בעת מילוי מחדש של מיכלי גידול, הטו אותם מעט כך שהמדיה תזרום לאורך הצד של מיכל הגידול ותפריע למצעים באופן מינימלי. סדרו מחדש באופן אקראי את מיקומי המכל או הגיגית במהלך שינויי מדיה שבועיים כדי להתחשב בהבדלים בקרינת האור.הערה: עיין בקובץ משלים 1 עבור לוח שנה למעקב אחר פעילויות וציפיות עבור תרביות מקרוציסטיס. זה מציין את העיתוי של התאמות לאור ואוורור, כמו גם שינויים שבועיים במדיה. לחלופין, לשלוט זיהום diatom עם טיפול של דו תחמוצת גרמניום (GeO2). הוסף 0.3-0.5 מ”ל של 250 מ”ג/מ”ל GeO2 לכל 1 ליטר של מי ים שנוספו למצעי הזרעים כדי להפחית זיהום דיאטום נרחב.הערה: GeO2 עלול לעכב ייצור גמט אצות. יש לבצע טיפול של GeO2 בחלון הזמן הקצר לאחר הנביטה ולפני שיאי ייצור הביציות והזרע (1-7 ד’) ו/או לאחר הפריית ביצית ותצפיות ספורופיטים (>21 ד’), ולאחר מכן החלפת מדיה 48 שעות לאחר הסרת הכימיקל. צירי זמן אלה עשויים להשתנות בהתאם לתנאי התרבית, ולכן ניטור התפתחות שלב החיים באמצעות מיקרוסקופ הוא הדרך הטובה ביותר להעריך את העיתוי של יישום GeO2 . אם זיהום דיאטומי נמשך במיכלי תרבית ונצפתה צמיחת יתר על אצות בשלב מוקדם, שקול זריעה מחדש של המצע. 9. גידול גמטופיטים צמחיים של אצות ענק להפיץ תרביות גמטופיטים בתנאים וגטטיביים כל השנה כדי להפחית את התלות באיסוף ספורופילים עונתי מהשונית הטבעית.אחסנו תרביות גמטופיטים על פי אוכלוסיית המקור בצלוחיות מלאות במצעי גדילה ב 4-12 מעלות צלזיוס באור אדום בעוצמה של 5-20 μmol פוטון m-2 s-1 במחזור אור 12: 12 כהה. לספק אוורור קבוע ולשנות מדיה כל 2-6 חודשים. כדי להגדיל את הביומסה של גמטופיטים שגדלו באופן א-מיני לשימוש בזריעת “חצץ ירוק”, יש להגביר את האוורור כדי להשהות גמטופיטים, להגדיל את תדירות שינויי המדיה לשבועיים, ולפרק גמטופיטים כל שבועיים.יש להשהות את הביומסה של הגמטופיטים בבקבוק התרבית על ידי ניעור או ערבוב ולגרד את דפנות בקבוק התרבית בעזרת כלי סטרילי כדי לעקור את הגמטופיטים המחוברים, במידת הצורך. יוצקים את הגמטופיטים המרחפים לבלנדר סטרילי או מטחנת קפה ומעבדים את תמיסת הגמטופיטים בפולסים במשך 1-2 שניות בערך 5-15 פעמים, תלוי בריכוז הביומסה, עד שלא נראות מסות גושיות. כדי לגרום לרבייה עבור זריעת “חצץ ירוק”, פרגמנטים gametophytes, כפי שהוסבר לעיל. לאחר מכן, יש לחסן את המצע ולהגדיל את אור הלד בספקטרום מלא מ-5-20 ל-45-60 μmol פוטון m-2 s-1 (+10 μmol פוטון m-2 s-1 מדי יום לצורך התאקלמות התמונה), ולאחר מכן להגדיל ב-10-20 μmol פוטון m-2 s-1 כל 3-4 d עד שיגיע לקרינה של 180 μmol פוטון m-2 s-1. 10. פריסה לאחר 6-8 שבועות של תרבית במעבדה, ודאו שאורכם של ספורופיטים צעירים הוא 1-2 ס”מ והם מוכנים לפריסה (איור 4). רענן את מדיית הצמיחה במכולות תרבית 24 שעות לפני הפריסה. השג את האישורים הדרושים לפריסת חצץ העומדים בחוקים ובתקנות המקומיים. זה יכול להיות חלק גוזל זמן מתהליך הטיפוח ויש לשלב אותו בלוחות הזמנים של הפרויקט. העבירו ‘חצץ ירוק’ במגשים מכוסים במגבות ספוגות במי ים כדי לשמור על האצות לחות. הניחו מגשים בצידניות מבודדות עם קרח, וודאו שהם אינם באים במגע ישיר עם קרח. ודאו ש’החצץ הירוק’ ארוז היטב כדי למנוע גלגול של המצעים וניתוק הספורופיטים במהלך ההובלה.הערה: בהתאם לזמינות המקום, ניתן גם להעביר מצעים במיכלי התרבית או בגיגיות שלהם כדי להפחית את הטיפול. הובלת ‘חצץ ירוק’ עד 6 שעות בצידנית מוצלת. יש לתזמן את הפריסה כדי למנוע את אור השמש הישיר ביותר. אם אתם פורסים מתוך סירה, השתמשו במבנה מוצל כדי להימנע משמש ישירה במהלך תהליך הפריסה. פזרו בזהירות “חצץ ירוק” מפני השטח אל השונית שמתחתיה או באמצעות SCUBA בעת ניסויים באתרים חדשים ובקנה מידה קטן.

Representative Results

טכניקת שיקום “החצץ הירוק” עדיין נמצאת בשלב הפיילוט, עם נתוני הישרדות מוגבלים של צמחים חיצוניים עבור מינים אחרים28, ועדיין לא פורסמו נתונים עבור Macrocystis pyrifera. באמצעות איסוף השדה ותחזוקת המעבדה המתוארים בפרוטוקול זה, בחנו את המשמעות של תנאי גידול ספציפיים לאתר עבור שתי אוכלוסיות אצות ים תורמות נפרדות לפני פריסה היפותטית של “חצץ ירוק” (איור 5). רקמת אצות הרבייה נאספה בקליפורניה (ארה”ב) מאוכלוסיות K1 קרירות יותר (סנטה קרוז 36.60167°N, 121.88508°W) וחמות יותר K4 (סן דייגו, 32.85036°N, -117.27600°W) וגודלה בשתי טמפרטורות: (1) 12 °C (טמפרטורת הגידול הסטנדרטית לחקלאות ימית של אצות, ו-SST החורף הממוצע עבור K1), ו-(2) 20 °C (ה-SST הממוצע בקיץ עבור K4, וגל חום של 4 מעלות צלזיוס עבור K1). כל שקופיות הזכוכית המשמשות לניטור התפתחות שלב החיים של אצות הים סומנו ברשת סטנדרטית, ותמונות ברזולוציה גבוהה צולמו באמצעות רשת זו כהפניה כדי לאפשר תצפית על שדות קבועים לאורך זמן באמצעות מיקרוסקופ ומצלמה הפוכים (N = 5 תמונות לדגימה, 2.479 מ”מ x 1.859 מ”מ). לאחר 24 d לאחר נבג, גמטופיטים נספרו מתמונות מיקרוסקופ (N = 300 תמונות מ-60 דגימות). כדי לבדוק הבדלים בספירת הגמטופיטים, מודלים של אפקטים מעורבים ליניאריים כלליים הופעלו עם התפלגות פואסון באמצעות הפונקציה glmmTMB() בחבילה glmmTMB41, והשוואות זוגות נערכו עם emtrends() מ-package emmeans42ב-R. התוצאות שלנו מראות כי התגובה של גמטופיטים לשונות תרמית הייתה שונה בין אוכלוסיות K1 ו-K4 (t = 2.7, p = 0.007), שם הטמפרטורה לא השפיעה על אוכלוסיית K4 החמה יותר (הערכה = -0.01, שגיאת תקן [SE] = 0.01, רווח בר-סמך [CI] = [-0.03, 0.01]), אך כן הייתה לה השפעה על אוכלוסיית K1 הקרירה יותר (הערכה = -0.06, SE = 0.02, CI = [-0.10, -0.03]) (איור 6A), מה שמרמז על סטייה אדפטיבית אפשרית בתכונות סבילות תרמית. גמטופיטים של אצות ים מתוארים לעתים קרובות כשלב התנגדות43, כלומר הם מייצרים פנוטיפ רב-תכליתי שהוא עמיד ללחץ ויחסית לא רגיש לשינויים סביבתיים. עם זאת, תוצאות אלה מצביעות על כך שהשתנות תרמית מטילה לחץ משמעותי בשלב מוקדם זה. לאחר 32 d לאחר ספורולציה, ספורופיטים גלויים באורכים גדולים מכ -1 מ”מ נספרו על כל מגלשת זכוכית בגודל 2.5 ס”מ על ידי 7.5 ס”מ (N = 72 דגימות סה”כ). כדי לבדוק הבדלים בספירות ספורופיטים גלויות, נעשה שימוש במודלים של אפקטים מעורבים ליניאריים כלליים עם התפלגות פואסון תוך שימוש בפונקציה glmmTMB() בחבילה glmmTMB והשוואות זוגיות נערכו עם emtrends() מ-package emmeans ב-R. התוצאות שלנו מראות שהתגובה של ספורופיטים לשונות תרמית דומה בין אוכלוסיות מובחנות K1 ו-K4 (z = 0.92, p = 0.36), שבהן הטמפרטורה השפיעה על אוכלוסיית K4 החמה יותר (אומדן = -0.66, SE = 0.04, CI = [-0.74, – 0.57]), כמו גם על אוכלוסיית K1 הקרירה יותר (הערכה = -0.85, SE = 0.13, CI = [-1.10, -0.60]) (איור 6B). דגימות שגודלו ב 20 ° C גדלו מעט ספורופיטים גלויים (ממוצע ± SE = 0.4 ± 0.2) בהשוואה לאלה שגודלו ב 12 ° C (ממוצע ± SE = 82.4 ± 9.8). תוצאה זו מצביעה על כך שייצור ספורופיטים רגיש יותר לטמפרטורה מאשר שלב הגמטופיטים, וכי אסור שטמפרטורת התרבית הספציפית לאתר תעלה על 15 מעלות צלזיוס כדי להשיג התפתחות ספורופיטים כמתואר בפרוטוקול. איור 1: דיאגרמה של מערכת האינקובטור ‘חצץ ירוק’ . (A) מקור אור אדום לתרביות גמטופיטים בתפיחה צמחית. (ב) יציאת גישה לחוטי חשמל וצינורות, המובילים לשקע חיצוני. (C) מבנה לחסימת אור בספקטרום מלא מקטע האור האדום. (ד) קטע גידול ‘חצץ ירוק’ . (E) מקורות אור בספקטרום מלא. (F) קווי צינורות המחוברים למקור אוויר מסונן חיצוני. (G) בדוק את השסתומים כדי להפחית את הזיהום הנישא באוויר. (H) מיכלי תרבית בודדים הממזערים את הזיהום. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 2: דיאגרמה של מערכת אמבט מים ‘חצץ ירוק’ . (A) צ’ילר עם משאבה שקועה ( ב-I). (ב) גיגית של 20 גלון לאמבט מים. (ג) יש לנקז כדי למחזר אמבט מים. (ד) שסתום למחזור אמבט מים. (E) מקור אור. (ו) מיכל ‘חצץ ירוק’ בנפח 2.5 ליטר עם מכסה שקוף ופתח אוורור. (G) מקור אוורור. (ח) צינורות המזרימים מים באמצעות משאבות שקועות. (I) מקלט אמבט מים מ/אל צ’ילר מ/אל אמבטיות עם משאבות טבולות. (י) כיסוי אקרילי למזעור אידוי אמבט המים. (K) הצללת רשת להתאמת עוצמת האור. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 3: התפתחות Macrocystis pyrifera . שלבי היסטוריית חיים התפתחותית של Macrocystis pyrifera מניסויי גדילה במעבדה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 4: “חצץ ירוק” שנזרע עם Macrocystis pyrifera. ‘ זרעי חצץ ירוק עם Macrocystis pyrifera מתורבתים במעבדה עד שהספורופיטים מגיעים ל 1-2 ס”מ. ‘חצץ ירוק’ נפרס וממשיך לגדול בשדה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 5: סדרות זמן ניסיוניות. תמונות לדוגמה מסדרת זמן בעקבות גידול והתפתחות ניסיוניים של Macrocystis pyrifera , gametophytes ו- sporophytes, שמקורם בשתי אוכלוסיות שנאספו בקליפורניה (ארה”ב) וגודלו בתרבית בשתי טמפרטורות שונות. K1 = סנטה קרוז, K4 = סן דייגו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. תרשים 6: תוצאות מייצגות. Macrocystis pyrifera שלבי חיים שנצפו עבור K1 סנטה קרוז סן דייגו K4 סנטה קרוז אוכלוסיות של מוצא תרבית בתנאים תרמיים קבועים של 12 ו 20 ° C. קווי שגיאה, ממוצע ± 1 SE. כוכבית (*) מציינת הבדלים מובהקים סטטיסטית (p < 0.05). (A) גמטופיטים ביום 24 (N = 300 תמונות בסך הכל מ-60 דגימות). (B) ספורופיטים גלויים ביום 32 (N = 72 דגימות, בתוך שטח מתוקנן של 2.5 ס”מ על 7.5 ס”מ). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. קובץ משלים 1. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Discussion

שינויי אקלים אנתרופוגניים מהווים איום הולך וגובר על בריאות האוקיינוסים בעולם 44,45,46,47,48, וכתוצאה מכך הפרעות גדולות ואובדן המגוון הביולוגי 49,50,51,52. כדי להאיץ את השיקום של מערכות אקולוגיות שנפגעו, האו”ם הכריז על 2021 עד 2030 כ”עשור האו”ם לשיקום מערכות אקולוגיות”, במקביל ל”עשור האו”ם למדעי האוקיינוס לפיתוח בר קיימא”, שמטרתו להפוך את ההידרדרות בבריאות האוקיינוסים53. בהתאם לקריאה גלובלית זו לפעולה, ברית יערות קלפ השיקה את אתגר יער קלפ כדי לשחזר 1 מיליון דונם ולהגן על 3 מיליון דונם של יער קלפ עד שנת 204054. השיקום הימי אינו מוערך כראוי55, ומערכות אקולוגיות של אצות ים זוכות לתשומת לב פחותה משמעותית מבתי גידול כמו שוניות אלמוגים, יערות מנגרובים וכרי עשב-ים56. שיקום מערכות אקולוגיות שנפגעו הוכח כיעיל בבנייה מחדש של מערכות אקולוגיות ימיות, אך יכול לעלות בממוצע בין 80,000 ל -1,600,000 דולר לדונם, כאשר העלויות הכוללות החציוניות צפויות להיות גבוהות פי שניים עד ארבעה57. ההפסדים הנוכחיים והצפויים מחייבים פיתוח מתודולוגיות לשיקום אצות ים מדרגיות, ישימות וחסכוניות כהתערבויות שימור דחופות.

מאמצי שיקום אצות הים הנוכחיים משתמשים בשילוב של מתודולוגיות כדי לטפל בגורמים ספציפיים לאתר של אובדן אצות ים, כולל השתלת אצות בוגרות, זריעה ישירה של זואוספורים ו/או גמטופיטים, בקרת מרעה והתקנה של שוניות מלאכותיות11. עם זאת, שיטות אלה דורשות משאבים משמעותיים ויש להן מדרגיות מוגבלת. השתלה טיפוסית של אצות ים בוגרות דורשת פריסה מייגעת של חומרים מלאכותיים או מבנים על הבנתוס, על ידי צוללנים. התערבויות מלמטה למעלה להקמה מחדש של שוניות סלעיות חופיות, כגון שליטה במתחרים ובמרעה, מוגבלות גם הן על ידי עלויות העבודה מכיוון שהן מסתמכות על הסרה ידנית מתחת למים או הרחקה של גורמי עקה ביוטיים אלה11. טכניקת “החצץ הירוק” מתגברת על מגבלות אלה באמצעות פריסה פשוטה מפני השטח, שאינה דורשת התקנה מתחת למים או ידע טכני ומדרגיות בעלויות נמוכות יחסית28. גישה חדשנית זו מספקת כלי שיקום מבטיח, ודוחקת בניסויים נרחבים במיקומים ובסביבות מגוונות כדי לממש את מלוא הפוטנציאל שלה32.

בעוד מאמצי שיקום מוצלחים עם “חצץ ירוק” תועדו בפיורדים מוגנים בנורבגיה באמצעות אצת הסוכר, Saccharina latissima26, טכניקה זו עדיין נמצאת בשלב הפיילוט עבור Macrocystis pyrifera במזרח האוקיינוס השקט. יש צורך בניסויים נוספים כדי לטפל בהישרדות הצפויה של M. pyrifera outplants בטווח שלה. בתנאים חשופים לגלים האופייניים לצמיחת M. pyrifera , חצץ קטן יותר עשוי להיות נוטה יותר לתנועה ולשחיקה, מה שמוביל לצמחי חוץ פגומים. יתר על כן, ציפה חיובית המסופקת על ידי פנאומטוציסטים מלאים בגז של M. pyrifera עלולה להוביל לכך שצמחי חוץ של “חצץ ירוק” ייסחפו ביעילות מאתר השיקום, ולכן, גודל ומשקל החצץ הם גורמים חשובים שיש לחקור עבור מין זה. במחקר פיילוט שנערך לאחרונה (מאי 2022; אנסנדה, באחה קליפורניה, מקסיקו), נצפתה הצלחה ראשונית בשטח עם M. pyrifera , המתבטאת בהיצמדות ההפטרה למצע שמסביב ובגדילה של צעירים שאורכם מגיע ל-1.2 מ’ לאחר חודשיים בשדה (איור 4). זה מדגים הזדמנות ברורה שעדיין לא נבדקה בשימוש ב”חצץ ירוק” עבור M. pyrifera במזרח האוקיינוס השקט. סרטון זה מציג את טכניקת ‘החצץ הירוק’ עם M. pyrifera והוא משאב יקר ערך המפשט ומרכז פרקטיקות קיימות בשלב הטיפוח של השיקום כדי לתמוך במחקרים המתייחסים להצלחות ומגבלות בסביבות שדה שונות.

בעזרת טכניקת “החצץ הירוק” ניתן לזרוע יחידות חצץ קטנות ובודדות בקנה מידה שעשוי להגדיל את סיכויי ההצלחה בהשוואה לגישות השתלה נפוצות יותר בצמחים בוגרים. עם זאת, היבט המפתח להרחבה של טכניקה זו הוא פריסה פשוטה שלה מפני השטח, אשר יכול להקל על שיקום של שטחים גדולים על ידי סירה. עבור הגדרות שדה שבהן פריסת חצץ קטן אינה מתאימה, פרוטוקול זה יכול להיות מותאם להשתלת M. pyrifera על מגוון רחב של מצעים, כולל חצץ גדול יותר או אפילו סלעים קטנים, חוט שניתן לקשור לעוגנים תת-ימיים טבעיים או פרוסים, או אריחים שניתן להבריח או להדביק באמצעות אפוקסי ימי לקרקעית הים בתנאים חשופים יותר. התאמות פריסה אלה לא ישנו את המתקנים הדרושים לגידול M. pyrifera , אך לאחר מכן יגדילו את עלות הפריסה.

הפרעות אנתרופוגניות ושינויי אקלים מתגברים כיום על היכולת של אוכלוסיות טבעיות להסתגל. זה מציב אתגרים משמעותיים למאמצי שימור מסורתיים המחזירים מערכות אקולוגיות למצבן ההיסטורי 58,59,60,61,62,63. לפיכך, מסגרות שימור הורחבו וכוללות ניהול צופה בהתחשב בחוסן וביכולת הסתגלות64. ניהול צפוי להתמודדות עם שינויי האקלים מיושם עבור מיני עצים במערכות אקולוגיות ביער65 והוצע למאמצי שיקום נוספים כדי לשפר את הפוטנציאל האבולוציוני של צמחי חוץ66,67. למרות שאסטרטגיות אלה מטבען קלות יותר למניפולציה בסביבות יבשתיות, מספר מחקרים מתחילים לחקור את יישומן בסביבות ימיות 62,68,69,70. לדוגמה, שוניות אלמוגים מאוימות על ידי גורמי עקה אנתרופוגניים רבים שהביאו לירידות חסרות תקדים71,72. בתגובה לאובדן של מיני יסוד חשובים אלה, טכניקות שיקום פעיל וסיוע בהסתגלות מומלצות יותר ויותר לשימור שוניות האלמוגים שנותרו והפונקציות הקשורות אליהן 62,73,74. טכניקה אחת כוללת העתקת פרטים בטווח התפוצה הנוכחי של המינים שלהם כדי להגביר את הסובלנות לעקה בחום75. באשר לשיקום אצות יוצרות חופה, ל”חצץ ירוק” יש מסגרת הניתנת להתאמה אישית לחקור טכניקות הסתגלות בסיוע כגון טרנסלוקציה של גנוטיפים עמידים לאזורים פגיעים, מניפולציה לא גנטית כגון הכלאה, או התאקלמות של פרטים ללחץ סביבתי62 עם תוצאות שמטרתן להשיג זנים עמידים יותר לתוכניות שיקום76,77.

רתימת תמיכה מקומית לשיפור מאמצי השיקום חיונית לשימור מערכות אקולוגיות של אצות ים. מעורבות בעלי עניין מקומיים יכולה להגדיל את הרכישה המקומית לצרכי שיקום 6,50 ולקדם ניהול חופים שעשוי להביא לאחר מכן להגדלת המימון ואריכות הימים של הגנה על המערכת האקולוגית של אצות ים. כמו בכל מתודולוגיה אחרת לשיקום אצות ים, מסגרות קבלת החלטות מובנות המשלבות יעדים אקולוגיים, סוציו-אקונומיים ושימור מגוונים יסייעו להשיג תוצאות מיטביות עבור מערכות אקולוגיות של אצות ים והקהילות שבהן הן תומכות11.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה על ידי California Sea Grant Kelp Recovery Research Program R/HCE-17 ל-JBL ו-MESB, פרס התמחות במחקר של הקרן הלאומית למדע DGE-1735040 ל-PDD, The Nature Conservancy, Schmidt Marine Technology Partners, Sustainable Ocean Alliance, Tinker Foundation to AP-L ו-The Climate Science Alliance Baja Working Group to RBL ו-JL. אנו מודים לסטיבן אליסון, Cascade Sorte, סמנתה קנינגהם, סם ובר וקייטלין איי מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין; מארק קאר, פיטר ריימונדי, שרה אמינהייזר, אן קפושינסקי מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז; וולטר הידי ונורה אדי ב-The Nature Conservancy; פיליפה אלברטו וגבריאל מונטסינוס מאוניברסיטת ויסקונסין, מילווקי; חוסה אנטוניו זרטוש-גונזלס, אלחנדרה פריירה-ארייטה וליליאנה פריירה-ארייטה באוניברסיטה האוטונומית של באחה קליפורניה; לואיס מלפיקה-קרוז, אליסיה אבדיה-קרדוסו ודניאל דיאס-גוזמן מ-MexCal; צוללני מקסליטוס אלחנדרה רייס, מוניקה פראלטה, תרזה טאוורה, ג’וליה נווארטה, אינואה וילאלטה, ג’רמי באואר ואלפונסו פריירה; וננסי קארוזו לייעוץ טכני. אנו מודים ל-Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California על אספקת מתקנים המשמשים לפיתוח מערכת אמבט המים. אנו מודים לאירה שפיצר על תכני וידאו מתחת למים ורחפנים.

Materials

0.22 µm filters Milipore SCGPS05RE Natural seawater sterilization
1 L glass bottles Amazon B07J6JP4D1 Natural seawater sterilization
1 µm filters (water + air) Amazon B01M1VWUWL Natural seawater sterilization
1'' PVC 90-Degree Elbow Home Depot 203812125 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
10 µm filters Amazon B00D04BG56 Natural seawater sterilization
20 µm filters Amazon B082WS9NPH Natural seawater sterilization
3x5mm tubing Amazon B0852HXPN6 Option 1 Small scale – Incubator
4×4'' Sterile Gauze Amazon B07NDK8XM3 Sporulation
4x6mm tubing Amazon B08BCRV1FY Option 1 Small scale – Incubator
5 µm filters Amazon B082WS9NPH Natural seawater sterilization
50 mL falcon tubing Amazon B01M04HGPJ Sporulation
8x10mm tubing Amazon B01MSM3LLZ Option 1 Small scale – Incubator
Air filters Thermo Fisher MTGR85010 Option 1 Small scale – Incubator
Alcohol lamp Amazon B07XWD9WWC Sporulation
Ammonium iron(II) sulfate hexahydrate ACS reagent, 99% Sigma 215406-100G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Aquarium Grade Gravel Amazon B07XRCKFBJ Option 1 Small scale – Incubator
Biotin powder, BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, 99% Sigma B4639-100MG Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Boric Acid, 99.8%, 10043-35-3, MFCD00011337, BH3O3, 61.83, 500g Thermo Fisher 5090113707 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Calcium D-Pantothenate,ge98.0% (T),C9H17NO5,137-08-6,25g,D-Pantothenic Acid Calcium Salt, P0012-25G 1/EA Thermo Fisher P001225G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Check valves Amazon B08HRZR4MM Option 1 Small scale – Incubator
Clear tubing 3/8'' – 10 ft Amazon B07MTYMW13 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
COBALT(II) SULFATE HEPTAH-100G, WARNING – California – Cancer Hazard, 93-2749-100G 1/EA Thermo Fisher 5090114752 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Compound microscope with camera OMAX M83EZ-C50S Monitoring
Culture flask Thermo Fisher 07-250-080 Option 1 Small scale – Incubator
Culture light Amazon B07RRRPJ63 Option 1 Small scale – Incubator
Culture stoppers Amazon B07DX6J7QD Option 1 Small scale – Incubator
Drainage connector Amazon B00GUZ6CV0 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
EDTA CAS Number: 6381-92-6 Molecular Formula: C10H14N2O8Na2- 2H2O Molecular Weight: 372.2 Thermo Fisher 50213299 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Eisco Safety Pack Graduated Cylinder Sets Class A, ASTM, Capacity: 10 mL, 25 mL, 50 mL, Graduations: 0.2 mL, 0.5 mL, 1.0 mL, Borosilicate 3.3 Glass, Autoclavable: Yes, Class: Class A, Graduated: Yes, Tolerance: 0.10 mL, 0.17 mL, 0.25 mL Thermo Fisher S81273 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Eisco Safety Pack Graduated Cylinder Sets Class A, ASTM, Capacity: 50 mL, 100 mL, 250 mL, Graduations: 1.0 mL, 1.0 mL, 2.0 mL, Borosilicate 3.3 Glass, Autoclavable: Yes, Class: Class A, Graduated: Yes, Tolerance: 0.25 mL, 0.50 mL, 1.0 mL Thermo Fisher S81275 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Eisco Safety Pack Volumetric Flask Sets – Class A, ASTM, Capacity: 10 mL, 25 mL, 50 mL, Borosilicate 3.3 Glass, Autoclavable: Yes, Class: Class A, Closure Material: Glass, Closure Size: Stopper Number: 9, 9, 13, Closure Type: Penny Stopper, Graduated: Ye Thermo Fisher S81271 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Filter holder Amazon B07LCKBKCT Natural seawater sterilization
Fisherbrand Graduated Cylinders, Capacity: 500 mL, Graduations: 5 mL, Borosilicate Glass, Autoclavable: Yes, Limit of Error: +/-4.0 mL, Recommended Applications: Education, Subdivision: 5 mL, S63460 1/EA Thermo Fisher S63460 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
FLEXACAM C1 Camera Leica FLEXACAM C1 Monitoring
Folic acid, C19H19N7O6, CAS Number59303, vitamin m, pteroylglutamic acid, vitamin b9, folvite, folacin, folacid, pteroyllglutamic acid, pteglu, folic acid, folate, 25g, 100781, CHEBI:27470, Yellow to Orange, 2004190, 441.41, OVBPIULPVIDEAOLBPRGKRZSAN Thermo Fisher AAJ6083314 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Free Standing 20 Gallon Utility Sink Amazon B094TLH19L Option 2 – Medium scale – Water bath systems
GERMANIUM DIOXIDE 99.99 10GR Thermo Fisher AC190000100 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Glass Graduated Cylinders, Class A Round Base, Eisco, For Use With: Measuring liquids, Capacity: 1000 mL, Graduations: 10 mL White, CH0344OWT 1/EA Thermo Fisher S88442 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Glass slides Amazon B00L1S93PS Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Glycerol phosphate disodium salt hydrate isomeric mixture Sigma G6501-100G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Growth containers -3.4 Qt- 3.25 Lt transparent containers with transparent lid Container store #10014828 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Growth light Amazon B086R14MFW Option 1 Small scale – Incubator
Hemocytometer Amazon B07TJQDKLJ Sporulation
HEPES 99.5% (titration) Sigma H3375-500G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Hinged plastic jars SKS Bottle & Packaging 40280125.01S Option 1 Small scale – Incubator
Inositol research grade, USP/NF For bacteriology. Optically inactive. Tested for its suitability in tissue culture. Size – 100G Storage Conditions – +15 C TO +30 C Catalog Number – 26310.01 CAS 87-89-8 Thermo Fisher 50247745 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Instant Ocean – 50 G Amazon B000255NKA Option 1 Small scale – Incubator
Inverted Microscope Leica DMi1 Leica DMi1 Monitoring
Iron(III) chloride hexahydrate ACS reagent, 97% Sigma 236489-100G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Licor Ligth Meter Data Logger Licor LI-250A Monitoring
Light/temperature HOBO data logger Amazon B075X2SWKN Monitoring
Lights 150W Amazon B0799DQM9V Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Manganese sulfate monohydrate meets USP testing specifications Sigma M8179-100G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Medium size rocks 2-3 inch, 20 pounds Home Depot 206823930 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Nicotinic Acid, 99%, C6H5NO2, CAS Number59676, daskil, apelagrin, acidum nicotinicum, akotin, 3carboxypyridine, niacin, 3pyridinecarboxylic acid, nicotinic acid, pellagrin, wampocap, 250g, 109591, CHEBI:15940, 1.4, 2004410, 293 deg.C (559 deg.F), 123.11, Thermo Fisher AAA1268330 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
p-Aminobenzoic acid 99.82% 4-aminobenzoic acid, C7H7NO2, CAS Number: 150-13-0, 25g, 0210256925 1/EA Thermo Fisher ICN10256925 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
PCV cement Amazon B001D9WRWG Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Plastic water valve Amazon B0006JLVE4 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Plastic water valve Amazon B07G5FY7X1 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Precision scale 1mg Amazon B08DTH95FN Materials to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Pump for filtered air Amazon B0BG2BT9RX Option 1 Small scale – Incubator
PVC tubing 1×24'' Home Depot 202300505 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Quantum Light meter Apogee Instruments MQ-510 Monitoring
Refrigerated Incubator Thermo Fisher 15-103-1566 Option 1 Small scale – Incubator
Rubber Grommets Amazon B07YZD22ZP Option 1 Small scale – Incubator
Salinity refractometer ATC B018LRO1SU Monitoring
Shade mesh 6×50 ft Home depot 316308418 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Sodium Nitrate ge 99.0% Nitric Acid, Sodium Salt, NNaO3, CAS Number: 7631-99-4, 500g, 1/EA Thermo Fisher BP360500 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Soldering for aeration opening Amazon B08R3515SF Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Spray isporopyl alcohol Amazon ‎ B08LW5P844 Sporulation
Stainless steel sissors Amazon B07BT4YLHT Sporulation
Stainless steel tray Amazon B08CV33YXG Sporulation
Stainless steel twizzers Amazon B01JTZTAJS Sporulation
Stir Bars Amazon B07C4TNKXB Materials to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Submersible circulation pump 400 GPH Amazon B07RZKRM13 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Submersible Spherical Quantum Sensor Waltz US-SQS/L Monitoring
Temperature gun Infrared Thermometer 749 B07VTPJXH9 Monitoring
Thiamine hydrochloride BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture Sigma T1270-25G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Thymine 99% 2, 4-Dihydroxy-5-methylpyrimidine, C5H6N2O2, CAS Number: 65-71-4, 25g, 157850250 1/EA Thermo Fisher AC157850250 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Transparent Acrylic sheet 24×48 inch Home Depot 202038048 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Tubing water circulation 1''x10 ft Amazon B07ZC1PSF3 Option 2 – Medium scale – Water bath systems
UV light for natural seawater sterilization Amazon B018OI7PYS Natural seawater sterilization
Vacum pump Amazon B087XBTPVW Natural seawater sterilization
Vitamin B12 BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, 98% Sigma V6629-100MG Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Volumetric Flasks, Class A Glass, Eisco, with Polypropylene Stopper, Graduated, White printed markings, Capacity: 1000 mL, CH0446IWT 1/EA Thermo Fisher S89446 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Volumetric Flasks, Class A Glass, Eisco, with Polypropylene Stopper, Graduated, White printed markings, Capacity: 500 mL, CH0446HWT 1/EA Thermo Fisher S89445 Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
Water Chiller 200-600GPM Amazon B07BHHP71C Option 2 – Medium scale – Water bath systems
Y-splitters for 4x6mm tubing Amazon B08XTJKFCH Option 1 Small scale – Incubator
Zinc sulfate heptahydrate BioReagent, suitable for cell culture Sigma Z0251-100G Chemicals to create Provasoli’s Enriched Seawater (PES) and vitamins for media enrichment
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schiel, D. R., Foster, M. S. . The Biology and Ecology of Giant Kelp Forests. , (2015).
  2. Smale, D. A., Burrows, M. T., Moore, P., O’Connor, N., Hawkins, S. J. Threats and knowledge gaps for ecosystem services provided by kelp forests: a northeast Atlantic perspective. Ecol Evol. 3 (11), 4016-4038 (2013).
  3. Eger, A. M., et al. The value of ecosystem services in global marine kelp forests. Nat Comm. 14 (1), 1894 (2023).
  4. Bennett, S., Wernberg, T., Arackal Joy, B., de Bettignies, T., Campbell, A. H. Central and rear-edge populations can be equally vulnerable to warming. Nat Comm. 6 (1), 10280 (2015).
  5. Jueterbock, A., et al. Climate change impact on seaweed meadow distribution in the North Atlantic rocky intertidal. Ecol Evol. 3 (5), 1356-1373 (2013).
  6. Rogers-Bennett, L., Catton, C. A. Marine heat wave and multiple stressors tip bull kelp forest to sea urchin barrens. Sci Rep. 9 (1), 15050 (2019).
  7. Krumhansl, K. A., et al. Global patterns of kelp forest change over the past half-century. PNAS. 113 (48), 13785-13790 (2016).
  8. Zimmerman, R. C., Kremer, J. N. Episodic nutrient supply to a kelp forest ecosystem in Southern California. J Mar Res. 42 (3), 591-604 (1984).
  9. Rothäusler, E., et al. Physiological performance of floating giant kelp Macrocystis pyrifera (phaeophyceae): Latitudinal variability in the effects of temperature and grazing. J Phycol. 47 (2), 269-281 (2011).
  10. Wernberg, T., Krumhansl, K., Filbee-Dexter, K., Pedersen, M. F. Chapter 3 – Status and trends for the world’s kelp forests. World Seas: An Environmental Evaluation (Second Edition). , 57-78 (2019).
  11. Eger, A. M., Layton, C., McHugh, T. A., Gleason, M., Eddy, N. Kelp restoration guidebook: Lessons learned from kelp restoration projects around the world. TNCKelp Forest Alliance. , (2022).
  12. Filbee-Dexter, K., et al. Marine heatwaves and the collapse of marginal North Atlantic kelp forests. SciRep. 10 (1), 13388 (2020).
  13. Filbee-Dexter, K., Scheibling, R. E. Sea urchin barrens as alternative stable states of collapsed kelp ecosystems. Mar Ecol Prog Ser. 495, 1-25 (2014).
  14. Filbee-Dexter, K., Wernberg, T. Rise of turfs: A new battlefront for globally declining kelp forests. BioSci. 68 (2), 64-76 (2018).
  15. Assis, J., Araújo, M. B., Serrão, E. A. Projected climate changes threaten ancient refugia of kelp forests in the North Atlantic. Glob Change Biol. 24 (1), e55-e66 (2018).
  16. Davis, T., Champion, C., Coleman, M. Ecological interactions mediate projected loss of kelp biomass under climate change. Divers Distrib. 28 (2), 306-317 (2021).
  17. Goldsmit, J., et al. Kelp in the eastern Canadian arctic: Current and future predictions of habitat suitability and cover. Front Mar Sci. 18, 742209 (2021).
  18. Ling, S. D., Cornwall, C. E., Tilbrook, B., Hurd, C. L. Remnant kelp bed refugia and future phase-shifts under ocean acidification. PLoS One. 15 (10), e0239136 (2020).
  19. Eger, A. M., et al. Global kelp forest restoration: past lessons, present status, and future directions. Biol Rev. 97 (4), 1449-1475 (2022).
  20. Waylen, K. A., Fischer, A., McGowan, P. J., Thirgood, S. J., Milner-Gulland, E. J. Effect of local cultural context on the success of community-based conservation interventions. Biol Consv. 24 (4), 1119-1129 (2010).
  21. Vergés, A., et al. The tropicalization of temperate marine ecosystems: climate-mediated changes in herbivory and community phase shifts. Proc Royal Soc. B. 281 (1789), 20140846 (2014).
  22. Zarco-Perello, S., Wernberg, T., Langlois, T. J., Vanderklift, M. A. Tropicalization strengthens consumer pressure on habitat-forming seaweeds. Sci Rep. 7 (1), 820 (2017).
  23. Worm, B., Lotze, H. K. Chapter 21 – Marine biodiversity and climate change. Climate Change (Third Edition). , 445-464 (2021).
  24. Félix-Loaiza, A. C., Rodríguez-Bravo, L. M., Beas-Luna, R., Lorda, J., de La Cruz-González, E., Malpica-Cruz, L. Marine heatwaves facilitate invasive algae takeover as foundational kelp. Botanica Marina. 65 (5), 315-319 (2022).
  25. Miller, K. I., Blain, C. O., Shears, N. T. Sea urchin removal as a tool for macroalgal restoration: A review on removing "the spiny enemies&#34. Fron Mar Sci. 9, 831001 (2022).
  26. Westermeier, R., et al. Repopulation techniques for Macrocystis integrifolia (Phaeophyceae: Laminariales) in Atacama, Chile. J Appl Phycol. 26, 511-518 (2014).
  27. Layton, C., et al. Kelp forest restoration in Australia. Fron Mar Sci. 7, 74 (2020).
  28. Fredriksen, S., et al. gravel: a novel restoration tool to combat kelp forest decline. Sci Rep. 10 (1), 3983 (2020).
  29. . Projects of the Green Gravel Action Group Available from: https://www.greengravel.org/ (2024)
  30. Fain, S. R., Murray, S. N. Effects of light and temperature on net photosynthesis and dark respiration of gametophytes and embryonic sporophytes of macrocystis pyrifera. J Phycol. 18 (1), 92-98 (1982).
  31. Westermeier, R., Patiño, D., Piel, M. I., Maier, I., Mueller, D. G. A new approach to kelp mariculture in Chile: production of free-floating sporophyte seedlings from gametophyte cultures of Lessonia trabeculata and Macrocystis pyrifera. Aquac Res. 37 (2), 164-171 (2006).
  32. Alsuwaiyan, N. A., et al. Green gravel as a vector of dispersal for kelp restoration. Fron Mar Sci. 9, 910417 (2022).
  33. Falace, A., Kaleb, S., De La Fuente, G., Asnaghi, V., Chiantore, M. Ex situ cultivation protocol for Cystoseira amentacea var. stricta (Fucales, Phaeophyceae) from a restoration perspective. PloS One. 13 (2), e0193011 (2018).
  34. Redmond, S., Green, L., Yarish, C., Kim, J., Neefus, C. . New England seaweed culture handbook. , (2014).
  35. Provasoli, L., McLaughlin, J. J. A., Droop, M. R. The development of artificial media for marine algae. Arch Mikrobiol. 25, 392-428 (1957).
  36. Navarro, D., Navarro, D. E. . California Kelp Forest Restoration: Science Activity Guide for Teachers. , (2006).
  37. Alsuwaiyan, N. A., et al. A review of protocols for the experimental release of kelp (Laminariales) zoospores. Ecol Evol. 9 (14), 8387-8398 (2019).
  38. Lüning, K., Müller, D. G. Chemical interaction in sexual reproduction of several Laminariales (Phaeophyceae): release and attraction of spermatozoids. Z. Pflanzenphysiol. 89 (4), 333-341 (1978).
  39. Müller, D. G., Maier, I., Gassmann, G. Survey on sexual pheromone specificity in Laminariales (Phaeophyceae). Phycologia. 24 (4), 475-477 (1985).
  40. Vieira, V. M., Oppliger, L. V., Engelen, A. H., Correa, J. A. A new method to quantify and compare the multiple components of fitness-a study case with kelp niche partition by divergent microstage adaptations to temperature. Plos One. 10 (3), e0119670 (2015).
  41. Brooks, M. E., et al. glmmTMB balances speed and flexibility among packages for zero-inflated generalized linear mixed modeling. The R Journal. 9 (2), 378-400 (2017).
  42. Russell, L. emmeans: estimated marginal means, aka least-squares means. R package version. 1 (2), (2018).
  43. Ladah, L. B., Zertuche-González, J. A. Survival of microscopic stages of a perennial kelp (Macrocystis pyrifera) from the center and the southern extreme of its range in the Northern Hemisphere after exposure to simulated El Niño stress. Mar Biol. 152, 677-686 (2007).
  44. Halpern, B. S., et al. A global map of human impact on marine ecosystems. Science. 319 (5865), 948-952 (2008).
  45. Halpern, B. S., et al. Spatial and temporal changes in cumulative human impacts on the world’s ocean. Nat Comm. 6 (1), 1-7 (2015).
  46. Halpern, B. S., et al. Recent pace of change in human impact on the world’s ocean. Sci Rep. 9 (1), 11609 (2019).
  47. Micheli, F., et al. Cumulative human impacts on Mediterranean and Black Sea marine ecosystems: assessing current pressures and opportunities. PloS One. 8 (12), e79889 (2013).
  48. Portner, H. -. O., et al. . IPCC, 2022: Summary for policymakers. , (2022).
  49. Butchart, S. H. M., et al. Global biodiversity: Indicators of recent declines. Science. 328 (5982), 1164-1168 (2010).
  50. Rocha, J., Yletyinen, J., Biggs, R., Blenckner, T., Peterson, G. Marine regime shifts: Drivers and impacts on ecosystems services. Phil Trans Roy Soc. B. 370 (1659), 20130273 (2015).
  51. Worm, B., et al. Impacts of biodiversity loss on ocean ecosystem services. Science. 314 (5800), 787-790 (2006).
  52. Worm, B., Lotze, H. K. Marine biodiversity and climate change. Climate Change (Third Edition). Chapter 21, 445-464 (2021).
  53. Waltham, N. J., et al. UN decade on ecosystem restoration 2021-2030-What chance for success in restoring coastal ecosystems. Fron Mar Sci. 7, (2020).
  54. . Kelp Forest Challenge Available from: https://kelpforestalliance.com/ (2024)
  55. Gordon, T. A. C., Radford, A. N., Simpson, S. D., Meekan, M. G. Marine restoration projects are undervalued. Science. 367 (6478), 635-636 (2020).
  56. Morris, R. L., et al. Key principles for managing recovery of kelp forests through restoration. BioScience. 70 (8), 688-698 (2020).
  57. Bayraktarov, E., et al. The cost and feasibility of marine coastal restoration. Ecol Appl. 26 (4), 1055-1074 (2016).
  58. Breed, M. F., et al. Priority actions to improve provenance decision-making. BioScience. 68 (7), 510-516 (2018).
  59. Breed, M. F., et al. The potential of genomics for restoring ecosystems and biodiversity. Nat Rev Genet. 20 (10), 615-628 (2019).
  60. Gurgel, C. F. D., Camacho, O., Minne, A. J. P., Wernberg, T., Coleman, M. A. Marine heatwave drives cryptic loss of genetic diversity in underwater forests. Curr Biol. 30 (7), 1199-1206.e2 (2020).
  61. Hobbs, R. J., Higgs, E., Harris, J. A. Novel ecosystems: implications for conservation and restoration. Trends Ecol Evol. 24 (11), 599-605 (2009).
  62. Oppen, M. J. H., van Oliver, J. K., Putnam, H. M., Gates, R. D. Building coral reef resilience through assisted evolution. PNAS. 112 (8), 2307-2313 (2015).
  63. Perring, M. P., et al. Advances in restoration ecology: Rising to the challenges of the coming decades. Ecosphere. 6 (8), art131 (2015).
  64. Coleman, M. A., et al. Restore or redefine: Future Trajectories for Restoration. Fron MarSci. 7, 237 (2020).
  65. O’Neill, G. A. . Assisted migration to address climate change in British Columbia: recommendations for interim seed transfer standards. , (2008).
  66. Broadhurst, L. M., et al. Seed supply for broadscale restoration: maximizing evolutionary potential. Evol App. 1 (4), 587-597 (2008).
  67. Vitt, P., Havens, K., Kramer, A. T., Sollenberger, D., Yates, E. Assisted migration of plants: Changes in latitudes, changes in attitudes. Biol Cons. 143 (1), 18-27 (2010).
  68. Buerger, P., et al. Heat-evolved microalgal symbionts increase coral bleaching tolerance. Sci Adv. 6 (20), eaba2498 (2020).
  69. Chakravarti, L. J., van Oppen, M. J. H. Experimental evolution in coral photosymbionts as a tool to increase thermal tolerance. Fron Mar Sci. 5, (2018).
  70. van Oppen, M. J. H., et al. Shifting paradigms in restoration of the world’s coral reefs. Global Change Biology. 23 (9), 3437-3448 (2017).
  71. Harborne, A. R., Rogers, A., Bozec, Y. -. M., Mumby, P. J. Multiple Stressors and the Functioning of Coral Reefs. Ann Rev Mar Sci. 9 (1), 445-468 (2017).
  72. Hughes, T. P., et al. Climate change, human impacts, and the resilience of coral reefs. Science. 301 (5635), 929-933 (2003).
  73. Anthony, K., et al. New interventions are needed to save coral reefs. Nat Ecol & Evol. 1 (10), 1420-1422 (2017).
  74. Darling, E. S., Côté, I. M. Seeking resilience in marine ecosystems. Science. 359 (6379), 986-987 (2018).
  75. van Oppen, M. J. H., Puill-Stephan, E., Lundgren, P., De’ath, G., Bay, L. K. First-generation fitness consequences of inter-populational hybridization in a Great Barrier Reef coral and its implications for assisted migration management. Coral Reefs. 33 (3), 607-611 (2014).
  76. Coleman, M. A., Goold, H. D. Harnessing synthetic biology for kelp forest conservation1. J Phycol. 55 (4), 745-751 (2019).
  77. Liboureau, P., Pearson, G. A., Barreto, L., Serrao, E. A., Kreiner, A., Martins, N. Effects of thermal history on reproductive success and cross-generational effects in the kelp Laminaria pallida (Phaeophyceae). Mar Ecol Prog Ser. 715, 41-56 (2023).

Tags

KelpMacrocystis PyriferaKelp CulturingGreen Gravel TechniqueKelp RestorationTemperature ControlLight RequirementsAerationSterilizationGravel SubstrateSeawater Filtration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Dawkins, P. D., Paz-Lacavex, A., Fiorenza, E. A., Rush, M. A., Beas-Luna, R., Lorda, J., Malpica-Cruz, L., Sandoval-Gil, J. M., McHugh, T. A., Han, M. K., Bracken, M. E. S., Lamb, J. B. Field Collection and Laboratory Maintenance of Canopy-Forming Giant Kelp to Facilitate Restoration. J. Vis. Exp. (208), e66092, doi:10.3791/66092 (2024).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image