Published June 8, 2018 | Version v1
Publication Open

Bacterioplankton drawdown of coral mass-spawned organic matter

  • 1. Scripps Institution of Oceanography
  • 2. University of California, San Diego
  • 3. National Institute of Polar Research
  • 4. Knorr-Bremse (Germany)
  • 5. Bruker (Germany)
  • 6. Bocas del Toro Research Station
  • 7. Smithsonian Tropical Research Institute
  • 8. Pennsylvania State University
  • 9. The University of Tokyo
  • 10. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Description

Coral reef ecosystems are highly sensitive to microbial activities that result from dissolved organic matter (DOM) enrichment of their surrounding seawater. However, the response to particulate organic matter (POM) enrichment is less studied. In a microcosm experiment, we tested the response of bacterioplankton to a pulse of POM from the mass-spawning of Orbicella franksi coral off the Caribbean coast of Panama. Particulate organic carbon (POC), a proxy measurement for POM, increased by 40-fold in seawater samples collected during spawning; 68% degraded within 66 h. The elevation of multiple hydrolases presumably solubilized the spawn-derived POM into DOM. A carbon budget constructed for the 275 µM of degraded POC showed negligible change to the concentration of dissolved organic carbon (DOC), indicating that the DOM was readily utilized. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry shows that the DOM pool became enriched with heteroatom-containing molecules, a trend that suggests microbial alteration of organic matter. Our sensitivity analysis demonstrates that bacterial carbon demand could have accounted for a large proportion of the POC degradation. Further, using bromodeoxyuridine immunocapture in combination with 454 pyrosequencing of the 16S ribosomal RNA gene, we surmise that actively growing bacterial groups were the primary degraders. We conclude that coral gametes are highly labile to bacteria and that such large capacity for bacterial degradation and alteration of organic matter has implications for coral reef health and coastal marine biogeochemistry.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

النظم الإيكولوجية للشعاب المرجانية حساسة للغاية للأنشطة الميكروبية التي تنتج عن إثراء المواد العضوية الذائبة (DOM) لمياه البحر المحيطة بها. ومع ذلك، فإن الاستجابة لتخصيب المواد العضوية الجسيمية (POM) أقل دراسة. في تجربة مصغرة، اختبرنا استجابة العوالق البكتيرية لنبض POM من التفريخ الشامل لمرجان Orbicella franksi قبالة ساحل بنما الكاريبي. يزداد الكربون العضوي الجسيمي (POC)، وهو قياس بديل لـ POM، بمقدار 40 ضعفًا في عينات مياه البحر التي تم جمعها أثناء التفريخ ؛ 68 ٪ تتحلل في غضون 66 ساعة. ويفترض أن ارتفاع إنزيمات هيدروليكية متعددة قد أدى إلى إذابة بوم المشتق من التفريخ في DOM. أظهرت ميزانية الكربون التي تم إنشاؤها لـ 275 ميكرومتر من نقطة الرعاية المتدهورة تغيرًا طفيفًا في تركيز الكربون العضوي المذاب (DOC)، مما يشير إلى أنه تم استخدام DOM بسهولة. يُظهر قياس الطيف الكتلي لرنين أيون تحويل فورييه أن تجمع DOM أصبح غنيًا بالجزيئات التي تحتوي على ذرات غير متجانسة، وهو اتجاه يشير إلى تغيير ميكروبي للمادة العضوية. يوضح تحليل الحساسية الذي أجريناه أن الطلب على الكربون البكتيري كان يمكن أن يمثل نسبة كبيرة من تدهور نقطة الرعاية. علاوة على ذلك، باستخدام الالتقاط المناعي للبروموديوكسيوريدين بالاقتران مع 454 تسلسل حراري لجين الحمض النووي الريبوزي 16S، نفترض أن المجموعات البكتيرية المتنامية بنشاط كانت المتحللة الأولية. نستنتج أن الأمشاج المرجانية شديدة القابلية للبكتيريا وأن هذه القدرة الكبيرة على التحلل البكتيري وتغيير المواد العضوية لها آثار على صحة الشعاب المرجانية والكيمياء الحيوية البحرية الساحلية.

Translated Description (French)

Les écosystèmes de récifs coralliens sont très sensibles aux activités microbiennes résultant de l'enrichissement en matière organique dissoute (DOM) de l'eau de mer environnante. Cependant, la réponse à l'enrichissement en matière organique particulaire (POM) est moins étudiée. Dans une expérience de microcosme, nous avons testé la réponse du bactérioplancton à une impulsion de POM provenant du frai en masse du corail Orbicella franksi au large de la côte caraïbe du Panama. Le carbone organique particulaire (COP), une mesure indirecte du pom, a été multiplié par 40 dans les échantillons d'eau de mer prélevés pendant le frai ; 68 % se sont dégradés en 66 h. L'élévation de plusieurs hydrolases a vraisemblablement solubilisé le POM dérivé du frai dans le DOM. Un bilan carbone construit pour les 275 µM de POC dégradé a montré un changement négligeable de la concentration de carbone organique dissous (COD), indiquant que le DOM était facilement utilisé. La spectrométrie de masse par résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier montre que le pool de DOM s'est enrichi en molécules contenant des hétéroatomes, une tendance qui suggère une altération microbienne de la matière organique. Notre analyse de sensibilité démontre que la demande bactérienne en carbone aurait pu représenter une grande partie de la dégradation du POC. De plus, en utilisant l'immunocapture de bromodésoxyuridine en combinaison avec le pyroséquençage 454 du gène de l'ARN ribosomique 16S, nous supposons que les groupes bactériens en croissance active étaient les principaux dégradateurs. Nous concluons que les gamètes coralliens sont très labiles vis-à-vis des bactéries et qu'une telle capacité de dégradation bactérienne et d'altération de la matière organique a des implications pour la santé des récifs coralliens et la biogéochimie marine côtière.

Translated Description (Spanish)

Los ecosistemas de arrecifes de coral son altamente sensibles a las actividades microbianas que resultan del enriquecimiento de la materia orgánica disuelta (DOM) de su agua de mar circundante. Sin embargo, la respuesta al enriquecimiento de materia orgánica particulada (POM) está menos estudiada. En un experimento de microcosmos, probamos la respuesta del bacterioplancton a un pulso de POM del desove masivo del coral Orbicella franksi en la costa caribeña de Panamá. El carbono orgánico particulado (POC), una medida indirecta para el POM, aumentó 40 veces en las muestras de agua de mar recolectadas durante el desove; el 68% se degradó en 66 h. La elevación de múltiples hidrolasas presumiblemente solubilizó el POM derivado del desove en DOM. Un presupuesto de carbono construido para los 275 µM de POC degradado mostró un cambio insignificante en la concentración de carbono orgánico disuelto (DOC), lo que indica que el Dom se utilizó fácilmente. La espectrometría de masas de resonancia de ciclotrón iónico por transformada de Fourier muestra que el conjunto de Dom se enriqueció con moléculas que contienen heteroátomos, una tendencia que sugiere la alteración microbiana de la materia orgánica. Nuestro análisis de sensibilidad demuestra que la demanda bacteriana de carbono podría haber representado una gran proporción de la degradación de POC. Además, utilizando la inmunocaptura de bromodesoxiuridina en combinación con la pirosecuenciación 454 del gen de ARN ribosómico 16S, suponemos que los grupos bacterianos en crecimiento activo fueron los degradadores primarios. Concluimos que los gametos de coral son altamente lábiles a las bacterias y que una capacidad tan grande para la degradación bacteriana y la alteración de la materia orgánica tiene implicaciones para la salud de los arrecifes de coral y la biogeoquímica marina costera.

Files

s41396-018-0197-7.pdf.pdf

Files (1.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8daeb1a4baeaa44f601dfb9fa8992f45
1.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سحب العوالق البكتيرية من المواد العضوية المرجانية التي تفرخ بكميات كبيرة
Translated title (French)
Réduction du bactérioplancton de la matière organique engendrée en masse par les coraux
Translated title (Spanish)
Reducción del bacterioplancton de la materia orgánica generada en masa de coral

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2805905517
DOI
10.1038/s41396-018-0197-7

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Panama

References

  • https://openalex.org/W1492254333
  • https://openalex.org/W1507509221
  • https://openalex.org/W1514974764
  • https://openalex.org/W1530559976
  • https://openalex.org/W1552724685
  • https://openalex.org/W1596587744
  • https://openalex.org/W1603403197
  • https://openalex.org/W1603719451
  • https://openalex.org/W1606962023
  • https://openalex.org/W1608628250
  • https://openalex.org/W1965073972
  • https://openalex.org/W1966253810
  • https://openalex.org/W1973324265
  • https://openalex.org/W1979905504
  • https://openalex.org/W1985326237
  • https://openalex.org/W1986483261
  • https://openalex.org/W1986580580
  • https://openalex.org/W1987302769
  • https://openalex.org/W1999455283
  • https://openalex.org/W2000789722
  • https://openalex.org/W2016311695
  • https://openalex.org/W2018038177
  • https://openalex.org/W2022388889
  • https://openalex.org/W2025081245
  • https://openalex.org/W2031667720
  • https://openalex.org/W2033461047
  • https://openalex.org/W2036242240
  • https://openalex.org/W2037014515
  • https://openalex.org/W2039129121
  • https://openalex.org/W2039992482
  • https://openalex.org/W2040372941
  • https://openalex.org/W2050065626
  • https://openalex.org/W2057802951
  • https://openalex.org/W2059075825
  • https://openalex.org/W2070242909
  • https://openalex.org/W2073156337
  • https://openalex.org/W2074922163
  • https://openalex.org/W2076697662
  • https://openalex.org/W2080407531
  • https://openalex.org/W2096920036
  • https://openalex.org/W2097159477
  • https://openalex.org/W2098565342
  • https://openalex.org/W2101148706
  • https://openalex.org/W2103919537
  • https://openalex.org/W2110224558
  • https://openalex.org/W2111188813
  • https://openalex.org/W2111291356
  • https://openalex.org/W2119045984
  • https://openalex.org/W2121715478
  • https://openalex.org/W2131511954
  • https://openalex.org/W2144331209
  • https://openalex.org/W2147015201
  • https://openalex.org/W2153345340
  • https://openalex.org/W2160575983
  • https://openalex.org/W2166864497
  • https://openalex.org/W2169908288
  • https://openalex.org/W2172074687
  • https://openalex.org/W2178196831
  • https://openalex.org/W2252365640
  • https://openalex.org/W2300639547
  • https://openalex.org/W2316356442
  • https://openalex.org/W2342446380
  • https://openalex.org/W2527912235
  • https://openalex.org/W2603922830
  • https://openalex.org/W346827628
  • https://openalex.org/W4230224841
  • https://openalex.org/W4248873903
  • https://openalex.org/W68467819
  • https://openalex.org/W998340605