Spatio-temporal variation in the growth of coral fragments of opportunity in the Eastern Tropical Pacific: implications for coral reef restoration

Introduction: Coral-reef communities are considered one of the most biodiverse, but also most threatened, marine ecosystems, and the accelerating loss of habitat over the past decades warrants active intervention. Objective: The present study demonstrates the successful implementation of a low-impact restoration technique in three Central Mexican Pacific degraded coral communities, using a protocol based on natural fragmentation (''fragments of opportunity") of the branching coral Pocillopora spp., considered the most abundant and primary carbonate-producing coral species of the Eastern Tropical Pacific. Methods: The restoration program was implemented in two offshore and one inshore coraline areas. The relationships between seawater temperature and coral survival, growth, and attachment rate were assessed over one year, with 183 fragments monitored each month. Results: The mean coral growth rate was 3.3 ± 0.1 mm mo-1, with annual growth rates in length and width of 39.9 ± 14.2 and 36.5 ± 19.5 mm yr-1, respectively. Self-attachment efficiency was 78 % and the survival rate was high (84 %). The growth rate differed significantly among reefs. Conclusions: Upon monitoring directly fragmented corals over a year, growth rates were deemed high enough to merit active restoration in the region. However, our data show that structural and abiotic differences and seasonal variability must be considered overall in successful long-term coral community restoration initiatives in the eastern Pacific region.

Introducción: Las comunidades de arrecifes de coral se consideran uno de los ecosistemas marinos con mayor biodiversidad, pero también los más amenazados, y la pérdida acelerada de hábitat en las últimas décadas justifica la implementación de una intervención activa. Objetivo: El presente estudio demuestra la implementación exitosa de una técnica de restauración de bajo impacto basada en la fragmentación natural (''fragmentos de oportunidad") del coral ramificado Pocillopora spp., la cual es la especie coralina más abundante y principal productora de carbonato del Pacífico Oriental Tropical. Métodos: El programa de restauración se implementó en dos sitios lejos de la costa y un sitio cercano a la costa, con comunidades coralinas degradadas. Las relaciones entre la temperatura del agua de mar y la supervivencia, el crecimiento y la tasa de adhesión de los corales se evaluaron durante un año con 183 fragmentos monitoreados cada mes. Resultados: La tasa media de crecimiento coralino fue de 3.3 ± 0.1 mm mo-1, con tasas de crecimiento anual en largo y ancho de 39.9 ± 14.2 y 36.5 ± 19.5 mm año-1, respectivamente. La eficiencia de la auto-adherencia fue del 78 % y la tasa de supervivencia fue alta (84 %). La tasa de crecimiento difirió significativamente entre los arrecifes. Conclusiones: Al monitorear directamente los corales fragmentados durante un año, las tasas de crecimiento se consideraron lo suficientemente altas como para merecer una restauración activa en la región. Sin embargo, nuestros datos muestran que las diferencias estructurales y abióticas y la variabilidad estacional deben considerarse en general en las iniciativas exitosas de restauración de comunidades de coral a largo plazo en la región del Pacífico oriental.

Evaluación de los indicadores demográficos de Pocillopora (Scleractinia: Pocilloporidae) en sitios insulares vs. costeros: implicaciones para un programa de restauración regional

Introducción: El mantenimiento de las comunidades coralinas depende directamente de la capacidad de los individuos para crecer como colonia. Dado que el crecimiento forma la base de la estructura física del arrecife, determinar la tasa de crecimiento de las especies de corales constructores y su respuesta a las variaciones ambientales nos permitirá identificar su potencial particular para implementar estrategias de restauración más efectivas. Objetivo: Determinar la tasa de crecimiento del coral constructor de arrecifes Pocillopora en todo el Pacífico Central Mexicano (PCM) y su relación con las fluctuaciones en las condiciones ambientales. Métodos: De agosto de 2019 a octubre de 2020, se monitorearon y trasplantaron un total de 153 fragmentos de coral ramificado del género Pocillopora como parte del programa de restauración en diferentes sitios de la PCM: Parque Nacional Islas Marietas y en la Caleta de Cuastecomates. Se calculó el crecimiento del coral (cm·año-1) y sobrevivencia (%), y se correlacionó con la temperatura, PAR y Kd490 para cada localidad. Resultados: Patrones similares en los parámetros examinados entre los fragmentos de coral fueron encontrados para todos los sitios, con un rango de sobrevivencia de 61.6 - 68 %, cuya mortalidad estuvo relacionada principalmente con huracanes y tormentas que afectaron la región. Sin embargo, la tasa de crecimiento oscila entre 2.0 - 8.0 cm·año-1, sin diferencias significativas entre localidades. Además, no se registraron diferencias en las condiciones ambientales entre las localidades. Conclusiones: Los corales ramificados del género Pocillopora presentan una tasa de crecimiento similar en sitios insulares y costeros de la PCM, por lo que se podría esperar que la implementación de un programa de restauración en toda esta región del Pacífico Mexicano sería potencialmente exitoso, ya que, las condiciones ambientales locales no son factores limitantes.

Introduction: The maintenance of the coral communities depends directly on the capacity of the individuals to grow as a whole colony. Since growth shapes the basis of the physical structure of the reef, determining the growth rate of builder coral-species and their response to environmental variations will allow us to identify their particular potential to implement more effective restoration strategies. Objective: To determine the growth rate of the reef-building coral Pocillopora throughout the Mexican Central Pacific (PCM) and its relationship with fluctuations in environmental conditions. Methods: From August 2019 - October 2020, a total of 153 branched coral fragments of the genus Pocillopora were monitored and transplanted as part of the restoration program in different PCM locations: Islas Marietas National Park and in the Caleta de Cuastecomates. Coral growth (cm·year-1) and survival rate (%), was calculated and correlated with temperature, PAR and Kd490 for each locality. Results: The results show similar patterns in the parameters examined among the coral fragments were found for all sites, with a survival range of 61.6 - 68 %, whose mortality was mainly related to hurricanes and storms that affected the region. However, growth rate range from 2.0 - 8.0 cm·year-1, with no significant differences between locations. Also, no differences in environmental conditions between locations were recorded. Conclusions: The branching corals of the genus Pocillopora present a similar growth rate in insular and coastal sites of the PCM, so it could be expected that the implementation of a restoration program throughout this region of the Mexican Pacific would be potentially successful, since local environmental conditions are not limiting factors.

Testing the effectiveness of natural and artificial substrates for coral reef restoration at Isla Isabel National Park, Mexico

Introduction: The branching coral Pocillopora is the main reef-building species in the Eastern Tropical Pacific (ETP) region. However, their populations have been threatened due to the intense effect of thermal-stress events in the last three decades. As a mitigating response, active restoration strategies have been developed. However, it has not been possible to establish specific protocols along the ETP's reefs. Objective: To evaluate the efficiency of two different substrates (natural vs. artificial), through coral growth comparison (extension rate and tissue area) in three Pocillopora coral morphospecies within a year. Methods: Coral growth was estimated by two techniques: extension rate and tissue area of P. cf. verrucosa, P. cf. capitata, and P. cf. damicornis every three months during a year. Results: The extension rate and superficial area growth vary among the coral morphospecies P. cf. verrucosa (16.33 mm yr-1 and 168.49 mm2 yr-1), P. cf. capitata (16.25 mm yr-1 and 176.83 mm2 yr-1), and P. cf. damicornis (12.38 mm yr-1 and 87.62 mm2 yr-1). The data reveals that substrate type did not affect Pocillopora growth, yet there was an effect caused by seasonal changes. Conclusions: This study demonstrates that coral restoration can be implemented using both natural and artificial substrata, with no differences in coral growth. We recommend the implementation of coral reef restoration programs, highlighting the importance of initiate during the warm season due to optimal growth performance of P. cf. verrucosa and P. cf capitata species, which improves the effectiveness of management actions in Isla Isabel National Park.

Introducción: Los corales ramificados del género Pocillopora son los constructores arrecifales más importantes del Pacífico Tropical Oriental (PTO). Sin embargo, sus poblaciones han disminuido por efectos de eventos de estrés térmico ocurridos las últimas décadas. Por ello, se han desarrollado estrategias de restauración activa como respuesta de mitigación, pero no ha sido posible establecer protocolos específicos para estas especies en el PTO. Objetivo: Evaluar la eficiencia de dos tipos de sustrato (natural vs. artificial) con base en la comparación del crecimiento de coral (tasa de extensión y área de tejido) en tres morfoespecies de Pocillopora a lo largo de un año. Métodos: Las estimaciones del crecimiento coralino se hicieron con dos técnicas (extensión lineal y área superficial) en P. cf. verrucosa, P. cf. capitata and P.cf. damicornis cada tres meses durante un año. Resultados: Las tasa de extensión y crecimiento del área superficial variaron entre las morfoespecies de P. cf. verrucosa (16.33 mm año-1 y 168.49 mm2 año-1), P. cf. capitata (16.25 mm año -1 y 176.83 mm2 año-1), y P.cf. damicornis (12.38 mm año-1 y 87.62 mm2 año-1). Los resultados mostraron que los tipos de sustratos no afectaron el crecimiento de los corales Pocillopora, aunque existió un efecto causado por el cambio de la estación climática, donde la estación cálida promueve un incremento su crecimiento. Conclusiones: Este estudio demuestra que la restauración de corales puede ser implementada con sustrato artificial o natural, sin diferencias en el crecimiento de corales entre ellos. Nosotros recomendamos continuar con la implementación de los programas de restauración de arrecifes de coral, resaltando, la importancia de iniciarlos en la estación cálida cuando existe un desempeño más óptimo en el crecimiento, particularmente de las especies P. cf. verrucosa y P. cf. capitata, lo cual ayudará a mejorar la efectividad de las acciones de manejo en el Parque Nacional Isla Isabel.

Palabras clave: Isla Isabel; coral hermatípico; Pacífico Central Mexicano Central; restauración arrecifal.

Active restoration efforts in the Central Mexican Pacific as a strategy for coral reef recovery

Introduction: The 1997-98 El Niño event caused massive coral bleaching and mortality in the Central Mexican Pacific (CMP). Punta de Mita alone used to harbor more than 30 % of the coral coverage in this region, with a mono-specific Pocillopora coverage. The 1997-1998 ENSO event caused massive coral mortality reducing live coral coverage to < 5 %. Despite being considered a coral region unlikely to recover, recent restoration efforts have been implemented to rehabilitate the coral community. Objective: To assess coral recovery by analyzing the coral growth and survival rates of branching Pocillopora species at Punta de Mita. Methods: Healthy coral fragments of opportunity were re-attached to the natural substrata using zip ties and measured considering their growth in terms of maximum length and width (cm) to determine their annual extension rates. Results: After 50 weeks, corals duplicated their size, with a mean growth of ~ 4 cm year-1. After 100 weeks (2 years), corals triplicated their size, increasing on average 8-9 cm in each diameter. Conclusions: Successful coral reef restoration activities in the Central Mexican Pacific are the result of Pocillopora's physiological processes, such as fast growth rates, and recent life-history traits, like the ability to cope with thermal anomalies, which enable them to thrive in a dynamic region severely affected by natural and anthropogenic perturbations. Indeed, a region considered unlikely to recover has regained its live coral cover from < 5 % in 1998 up to 15 % in 20 years. This demonstrates the importance of assisting natural coral recovery with restoration efforts, especially in coral locations that, despite environmental perturbations, have proven to be resilient and may become coral refugia areas under the current climate change scenario.

Introducción: El evento El Niño de 1997-98 causó un blanqueamiento y mortalidad masiva de corales en el Pacífico Central Mexicano (CMP). Solo Punta de Mita albergaba más del 30 % de la cobertura coralina de esta región, con una cobertura monoespecífica de Pocillopora. El evento ENSO de 1997-1998 causó una mortalidad masiva de corales que redujo la cobertura de corales vivos a < 5 %. A pesar de ser considerada una región de coral con pocas probabilidades de recuperarse, se han implementado esfuerzos de restauración recientes para rehabilitar la comunidad coralina. Objetivo: Evaluar la recuperación de coral analizando el crecimiento coralino y las tasas de supervivencia de especies ramificadas de Pocillopora en Punta de Mita. Métodos: Fragmentos de oportunidad de coral sanos se volvieron a unir a los sustratos naturales usando bridas y se midieron considerando su crecimiento en términos de longitud y ancho máximos (cm) para determinar sus tasas de extensión anual. Resultados : Después de 50 semanas, los corales duplicaron su tamaño, con un crecimiento promedio de ~ 4 cm año-1. Después de 100 semanas (2 años), los corales triplicaron su tamaño, aumentando en promedio 8-9 cm en cada diámetro. Conclusiones: Las actividades exitosas de restauración de arrecifes de coral en el Pacífico Central Mexicano son el resultado de los procesos fisiológicos de Pocillopora, tales como tasas de crecimiento rápido, y rasgos de historia de vida reciente, como la capacidad de hacer frente a anomalías térmicas, que les permiten prosperar en una región dinámica severamente afectada por perturbaciones naturales y antropogénicas. De hecho, esta región que se consideraba poco probable que se recuperara, ha recuperado su cobertura de coral vivo de < 5 % en 1998 hasta 15 % en 20 años. Esto demuestra la importancia de ayudar a la recuperación natural de los corales con los esfuerzos de restauración, especialmente en las ubicaciones de corales que, a pesar de las perturbaciones ambientales, han demostrado ser resistentes y pueden convertirse en áreas de refugio de corales ante el escenario actual de cambio climático.