Bu çalışma, Çin'in Temel Araştırmaları için Devlet Anahtar Geliştirme Programları (2021YFC3100502) tarafından desteklenmiştir.

Bu çalışma için kullanılan mercanlar, laboratuvarımızda kültürlenen Seriatopora caliendrum idi. Tüm mercanlar, Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi, Güney Çin Denizi Oşinoloji Enstitüsü tarafından sağlandı.
1. Muayene ve devreye alma
NOT: Sistemi monte etmeden önce her modülün sızdırmazlığı ve işlevi ayrı ayrı test edilmelidir. Modülün sızdırmazlığını test etmek için deiyonize su kullanılmalıdır. Tüm modül bileşenlerinin ticari detayları Malzeme Tablosunda verilmiştir.
<ol><li>Modüller arası bağlantının sızdırmazlık testi<ol><li>Tüm modülleri ve pompaları bağlayın (Şekil 1) ve suyun en az 30 dakika boyunca sistem üzerinde dairesel olarak akmasını sağlayın.</li>
		<li>Olası sızıntı sorunları için tüm dikişleri kontrol edin. Yapıştırma dikişlerinden herhangi birinde herhangi bir sızıntı meydana gelirse, dışarıdan yapıştırma yapıştırıcısı uygulayın. Bağlantı dikişlerinden herhangi birinde herhangi bir sızıntı meydana gelirse, bağlantıyı tekrar sıkın ve sızdırmazlık contasının değiştirilmesi gerekip gerekmediğini kontrol edin.</li>
	</ol></li>
	<li>Yükleme<ol><li>Sızdırmazlık testinden sonra içindeki suyu boşaltın ve kurutun.</li>
		<li>Uygun içerikleri yükleyin. NOT: Örneğin, bakteri kültürü substratı mikrobiyal saflaştırma modülüne yüklenir ve Chaetomorpha Algleri alg saflaştırma modülüne yüklenir.</li>
	</ol></li>
	<li>Tüm sistemin montajı ve test edilmesi<ol><li>Yükledikten sonra, vidaları kullanarak modülleri süpürgeye sabitleyin.</li>
		<li>İç sirkülasyon modüllerini dış sirkülasyon modüllerine bağlayın (mercan kültürü modülü olmadan).</li>
		<li>Deniz suyu perfüzyonu için, deniz suyunu deniz suyu deposu modülündeki su girişinden enjekte edin. Su seviyesi, pompaların su girişlerinden 3 cm daha yüksek olduğunda, pompaları çalıştırın ve iç sirkülasyon modülleri deniz suyuyla dolana kadar deniz suyu enjeksiyonuna devam edin, deniz suyu deposu modülünde hava için yer (3 cm yüksekliğinde). NOT: Deniz suyu saf su ve deniz tuzu kullanılarak hazırlanır ( Malzeme Tablosuna bakınız).</li>
	</ol></li>
	<li>Sistem testi<ol><li>Tüm anahtarları açın ve her iki deniz suyu pompası voltajını 9 V'a ayarlayın. Su sıcaklığını 25 °C'ye ayarlayın.</li>
		<li>Döngü zamanlayıcısını "1 dakika açık ve 1 dakika kapalı" olarak ayarlayın. Üç kanallı zamanlayıcının üç kanalını da "9:00 açık" ve "5:00 kapalı" olarak ayarlayın.</li>
		<li>Herhangi bir arıza için sistemi en az 24 saat izleyin. Herhangi bir sorun bulunmazsa, sistem işlemin bir sonraki adımına hazırdır. NOT: Deniz suyu deposu modülü hariç tüm modüllerdeki tüm kabarcıkların temizlenmesi önemlidir. Kabarcıkları modül girişinden çıkışa taşımak için tüm sistem hafifçe kaldırılabilir ve sallanabilir.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Mikrobiyal ortamın kurulması
NOT: Mercan naklinden önce mercan dostu bir mikrobiyal ortam oluşturulması gereklidir. Sistemdeki mikroorganizmaların kültüre edilebilmesi için, özellikle mikrobiyal saflaştırma modülünde, seyreltilmiş probiyotik çözeltisi nitrifikasyon sistemi için mikrobiyal kaynak olarak eklenmelidir.
<ol><li>Mikrobiyom kaynağının eklenmesi<ol><li>Karıştırarak 500 mL deniz suyuna 1 mL ticari mikrobiyom kaynak çözeltisi ( Malzeme Tablosuna bakınız) ekleyin.</li>
		<li>Yukarıdaki seyreltilmiş çözeltiden 50 mL ve ticari mercan besleme çözeltisinden 10 μL ( Malzeme Tablosuna bakınız) sirkülasyon sistemine enjekte edin.</li>
	</ol></li>
	<li>Mikrobiyom kültürü<ol><li>Mikrobiyomu 21 gün boyunca kültürlemek için iç sirkülasyon pompasını ve bir hava pompasını açın. Mikrobiyom oksijen içeriği gereksinimleri, hava pompasının açık ve kapalı zaman oranlarını belirler. NOT: Bu adım, deniz suyu arıtma mikrobiyomunu kültürlemeyi ve sistemde mercan açısından faydalı mikrobiyom büyümesini teşvik etmeyi amaçlamaktadır. Bu süreçte mikrobiyom enjeksiyonundan sonraki ikinci günden dördüncü güne kadar deniz suyu çamurlaşmaya başlar. Bu mikrobiyom kültürü işleminden sonra sistemdeki besin parçalama kapasitesi oluşturulmalıdır. Farklı deneysel gereksinimleri karşılamak için, mikrobiyom ortamını oluşturmak için farklı mikrobiyom kaynaklarının kullanılabileceği unutulmamalıdır.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Mercan nakli ve büyümesi
<ol><li>Mercan nakli<ol><li>Ham mercan dallarını 3-5 cm uzunluk ölçekleriyle kesin ve ardından bu mercan dallarını 3D baskılı mercan destek tabanlarına yapıştırın (Ek Kodlama Dosyası 1).</li>
		<li>Bu mercan dalı örneklerini geri kazanım için en az 7 gün boyunca orijinal deniz suyu tankına geri koyun.</li>
		<li>Mercan destek tabanını yapıştırıcı ile döndürme ünitesine sabitleyin. Mercan kültürü modülünü monte edin ve dış sirkülasyon döngüsüne bağlayın.</li>
	</ol></li>
	<li>Mercan büyümesinin görüntülenmesi NOT: Mercan büyümesini değerlendirmek için zaman içindeki mercan görüntülerinin elde edilmesi gerekir. Sökülebilir bir bağlantı kullanmak, mercan kültürü modülünü görüntüleme için tüm sistemden çıkarmayı kolaylaştırır. Bu amaçla, uygun aydınlatma koşullarına sahip bir mini fotoğraf stüdyosu inşa edilir. Farklı dönemlerde mercan yüzey morfolojilerini yakalamak için makro lensli bir kamera ( Malzeme Tablosuna bakınız) kullanılır. Kültür modülündeki mercan rotasyon ünitesi, temassız mod kullanılarak modülün dışında çalıştırılabilir. Modülün bitişiğindeki manyetik kolu döndürerek tam açılı mercan görüntüleri yakalanabilir.<ol><li>Kamerayı stüdyonun üst kısmına yerleştirin ve görüntüleri dikey görünümden yakalayın.</li>
		<li>Mercan kültürü modülünü, mercan ortada ve altta olacak şekilde mini fotoğraf stüdyosuna yerleştirin.</li>
		<li>Dış tutamacı döndürerek mercan görüntülerini yakalayın. NOT: Mercan sağkalımı nedeniyle, görüntüleme süresi 15 dakika ile sınırlandırılmalıdır.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Sistem rutin bakımı
NOT: Rutin bakım, sızıntı denetimi, arıza denetimi, katkı maddesi ilavesi ve deniz suyu değişimini içerir.
<ol><li>Sızıntı muayenesi<ol><li>Süpürgelikte su lekeleri veya damlacıklar olup olmadığını kontrol edin. Sistemin kapak kabuğu şeffaf olduğundan, su sızıntısını görsel olarak incelemek kolay ve rahattır. Bu muayene her gün yapılmalıdır.</li>
	</ol></li>
	<li>Arıza muayenesi<ol><li>Bu adımın, ayarlanan su sıcaklığının, gerçek zamanlı sıcaklığın, trafo çıkış voltajlarının, UV lamba ayarlarının ve zamanlayıcı çalışma durumunun görsel olarak kontrol edilmesi ve kaydedilmesi dahil olmak üzere su sıcaklığının, pompaların, ışık voltajlarının, hava pompası durumunun ve zamanlayıcı durumunun incelenmesini içerdiğinden emin olun. Bu muayene her gün yapılmalıdır. NOT: Bazı sistem arızaları, anormal seslere veya olağandışı sıcaklıklara bağlı olarak teşhis edilebilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Katkı maddesi ilavesi NOT: Katkı maddesi ilavesi, sisteme besin maddeleri ve diğer reaktiflerin eklenmesi işlemidir.<ol><li>Örneğin, aktif kömür modülü ile deniz suyu modülü arasındaki üç vanadan bir şırınga kullanarak 10 mL deniz suyu çıkarın.</li>
		<li>Ekstrakte edilen deniz suyundaki katkı maddelerini çözün.</li>
		<li>Çözeltiyi üç vana aracılığıyla sisteme geri enjekte edin. Gerçek durumlarda, katkı maddelerinin türleri, miktarları ve ekleme sıklıkları, deneysel gereksinimler göz önünde bulundurularak sistem deniz suyu kalitesine göre belirlenir.</li>
	</ol></li>
	<li>Su değişimi NOT: Rutin su değişimi, kültür sistemindeki toksik konsantrasyonu ve ötrofikasyonu azaltabilir. Deney koşulları izin veriyorsa, deniz suyunun değişimi rutin bir işlem olabilir.<ol><li>Tüm sistemin gücünü kapatın ve güvenlik nedeniyle güç kablosunu çıkarın.</li>
		<li>Mercan kültürü modülünü çıkarın.</li>
		<li>Dış atık su boru hattını deniz suyu deposu modülündeki çıkışa bağlayın.</li>
		<li>Sistemi döndürün ve sistemi ön tarafı aşağı bakacak şekilde yerleştirin.</li>
		<li>Prizi açın. İçerideki deniz suyunun sistemden dışarı akmasına izin verin. NOT: İçerideki negatif basınç sisteme zarar verebileceğinden suyu dışarı çekmek için herhangi bir pompa kullanmayın.</li>
		<li>Uygun miktarda deniz suyu boşaltın ve prizi kapatın. Tahliye edilen deniz suyu miktarına mercanların fizyolojik durumuna göre karar verilir.</li>
		<li>Sistemi sıfırlayın ve yeni hazırlanan deniz suyunu su girişinden sisteme enjekte edin.</li>
		<li>Mercan kültürü modülünü sisteme geri takın.</li>
		<li>Sistem gücünü açın ve tüm sistem normale dönene kadar bekleyin.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Modül değişimi
NOT: Herhangi bir modülün arıza nedeniyle veya deney düzenlemesine göre değiştirilmesi gerekiyorsa, kültür deneyini askıya almadan veya olumsuz etkilemeden modülün değiştirilmesi önemlidir.
<ol><li>Deniz suyu deposu modülü, yosun arıtma modülü, mikrobiyal arıtma modülü veya aktif karbon arıtma modülü için iç sirkülasyon pompasını kapatın ve modülün sabitleme vidalarını gevşetin.</li>
	<li>Birleştirilen iki modül arasındaki boru hatlarını ayırın ve değiştirilecek modülü sistemden sökün. Son adım, boru hatlarını bağlayarak ve sabitleme vidalarını yeniden sıkarak yeni modülü sisteme monte etmektir. NOT: Sıcaklık kontrol modülünün değiştirilmesi bir şekilde farklıdır. İlk olarak, tüm kabloların modülden ayrılması gerekir. Sabitleme cıvataları daha sonra sökülür ve boru hatlarının bağlantısı kesilir. Daha sonra ısıtma paneli sökülür ve modül sistemden sökülür. Sıcaklık kontrol modülünün kurulum süreci ters işlemdir.</li>
</ol>6. Sistemin kapatılması ve sistemin ilk durumuna geri yüklenmesi
NOT: Gerekli mercan kültürü deneyinden sonra sistem eninde sonunda kapatılacaktır. Sistemin orijinal durumuna geri yüklenmesi gerekiyor.
<ol><li>Sistemin kapatılması<ol><li>Sistem gücünü kapatın ve güç kablosunu çıkarın.</li>
		<li>Sistemin içindeki deniz suyunu tahliye edin.</li>
		<li>Modülleri şu sırayla sökün: mercan kültürü modülü, aktif kömür arıtma modülü, deniz suyu deposu modülü, yosun arıtma modülü, mikrobiyal arıtma modülü, UV lambası, iki sirkülasyon pompası ve sıcaklık kontrol modülü.</li>
	</ol></li>
	<li>Sistem geri yüklemesi<ol><li>Tüm modülleri saf su ve yüzey aktif maddelerle temizleyin ( Malzeme Tablosuna bakın).</li>
		<li>Modülleri% 3 hidrojen peroksit çözeltisi ile sterilize edin. NOT: Modülleri yıkamak için herhangi bir organik çözücü kullanmayın.</li>
		<li>Modülleri 40 °C'de 12 saat kurutun. Sistemin içindeki tüm suyun buharlaştığından emin olun.</li>
		<li>Tüm boru hatlarını ve vanaları aynı yüzey aktif maddeleri kullanarak temizleyin.</li>
	</ol></li>
</ol>7. Kontrollü mikroorganizma ortamı için modifikasyon
NOT: Mercan kültürü deneyinin yanı sıra, sistemde kontrollü bir mikroorganizma ortamı elde etmek gibi bazı özel deneyler için, mikrobiyom türleri ve bolluğu sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Mercan kültürü sistemimizin en yenilikçi özelliği, mercanın fizyolojik aktivitesinin nispeten kapalı bir mikro ekosistemde belirli bir mikrobiyal ortamda keşfedilebilmesidir. Bu işlevin gerçekleştirilmesi farklı bir çalıştırma prosedürü gerektirir.
<ol><li>Ön sterilizasyon<ol><li>Sistemi monte etmeden önce tüm modülleri, boru hatlarını ve vanaları %3 hidrojen peroksit solüsyonu kullanarak sterilize edin.</li>
		<li>Bakteri kültürü substratını otoklavlama yoluyla sterilize edin.</li>
		<li>Chaetomorpha alglerini %75 etanol çözeltisi ile sterilize edin ve steril kağıt kullanarak kurutun.</li>
	</ol></li>
	<li>Sistem modifikasyonu ve sterilizasyon<ol><li>Sistemi monte ederken, hava pompası ile deniz suyu deposu modülü arasına bir hava sterilizasyon filtresi ( Malzeme Tablosuna bakın) ekleyin.</li>
		<li>Giriş ve üç vana arasına bir su sterilizasyon filtresi ekleyin. Bu adım, sisteme enjekte edilen hava ve suyun sterilize edilmesini sağlar.</li>
		<li>Kalan mikrobiyomu ortadan kaldırmak için sisteme ozon ekleyin.</li>
		<li>Kalan dezenfektan maddelerini üç kez steril deniz suyuyla yıkayın ve steril deniz suyunu sisteme enjekte edin.</li>
		<li>Sadece mikrobiyal ortamın kurulması için, mikrobiyom kaynak solüsyonunu su çıkışından enjekte edin. NOT: Mikrobiyom kaynağını enjekte etmek için su girişini kullanmayın. Diğer reaktifler ve deniz suyu hala su girişinden enjekte edilmektedir.</li>
	</ol></li>
</ol>

Mercan büyümesini teşvik etmek ve izlemek için birleşik bir mikro cihaz sistemi

<ol>
	<li>Gardner, T. A., C&#244;t&#233;, I. M., Gill, J. A., Grant, A., Watkinson, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+region-wide+declines+in+Caribbean+corals.">Long-term region-wide declines in Caribbean corals.</a> Science. 301 (5635), 958-960 (2003).</li><li>Kennedy, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coral+reef+community+changes+in+Karimunjawa+national+park,+Indonesia:+assessing+the+efficacy+of+management+in+the+face+of+local+and+global+stressors.">Coral reef community changes in Karimunjawa national park, Indonesia: assessing the efficacy of management in the face of local and global stressors.</a> Journal of Marine science and Engineering. 8 (10), 760-787 (2020).</li><li>Cleary, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coral+reefs+next+to+a+major+conurbation:+a+study+of+temporal+change+(1985&#8722;2011)+in+coral+cover+and+composition+in+the+reefs+of+Jakarta,+Indonesia.">Coral reefs next to a major conurbation: a study of temporal change (1985&#8722;2011) in coral cover and composition in the reefs of Jakarta, Indonesia.</a> Marine Ecology Progress Series. 501, 89-98 (2014).</li><li>Sun, Y. F., Huang, L. T., McCook, L. J., Huang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Joint+protection+of+a+crucial+reef+ecosystem.">Joint protection of a crucial reef ecosystem.</a> Science. 337 (6611), 1163-1163 (2022).</li><li>Huang, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conservation+of+reef+corals+in+the+South+China+Sea+based+on+species+and+evolutionary+diversity.">Conservation of reef corals in the South China Sea based on species and evolutionary diversity.</a> Biodiversity and Conservation. 25 (2), 331-344 (2016).</li><li>Jiang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impacts+of+elevated+temperature+and+pCO2+on+the+brooded+larvae+of+Pocillopora+damicornis+from+Luhuitou+Reef,+China:+Evidence+for+local+acclimatization.">Impacts of elevated temperature and pCO2 on the brooded larvae of Pocillopora damicornis from Luhuitou Reef, China: Evidence for local acclimatization.</a> Coral Reefs. 39 (2), 331-344 (2020).</li><li>Babcock, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recurrent+coral+bleaching+in+north-western+Australia+and+associated+declines+in+coral+cover.">Recurrent coral bleaching in north-western Australia and associated declines in coral cover.</a> Marine and Freshwater Research. 72 (5), 620-632 (2021).</li><li>Sweatman, H., Delean, S., Syms, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+loss+of+coral+cover+on+Australia's+Great+Barrier+Reef+over+two+decades,+with+implications+for+longer-term+trends.">Assessing loss of coral cover on Australia's Great Barrier Reef over two decades, with implications for longer-term trends.</a> Coral Reefs. 30 (2), 521-531 (2011).</li><li>Elliott, J. A., Patterson, M. R., Staub, C. G., Koonjul, M., Elliott, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decline+in+coral+cover+and+flattening+of+the+reefs+around+Mauritius+(1998-2010).">Decline in coral cover and flattening of the reefs around Mauritius (1998-2010).</a> PeerJ. 6, e6014 (2018).</li><li>Eddy, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+decline+in+capacity+of+coral+reefs+to+provide+ecosystem+services.">Global decline in capacity of coral reefs to provide ecosystem services.</a> One Earth. 4 (9), 1278-1285 (2021).</li><li>Jones, G. P., McCormick, M. I., Srinivasan, M., Eagle, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coral+decline+threatens+fish+biodiversity+in+marine+reserves.">Coral decline threatens fish biodiversity in marine reserves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (21), 8251-8253 (2004).</li><li>Hughes, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+warming+and+recurrent+mass+bleaching+of+corals.">Global warming and recurrent mass bleaching of corals.</a> Nature. 543 (7645), 373-377 (2017).</li><li>Carpenter, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-third+of+reef-building+corals+face+elevated+extinction+risk+from+climate+change+and+local+impacts.">One-third of reef-building corals face elevated extinction risk from climate change and local impacts.</a> Science. 321 (5888), 560-563 (2008).</li><li>Hughes, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+and+temporal+patterns+of+mass+bleaching+of+corals+in+the+Anthropocene.">Spatial and temporal patterns of mass bleaching of corals in the Anthropocene.</a> Science. 359 (6371), 80-83 (2018).</li><li>Albright, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversal+of+ocean+acidification+enhances+net+coral+reef+calcification.">Reversal of ocean acidification enhances net coral reef calcification.</a> Nature. 531 (7594), 362-365 (2016).</li><li>Hoegh-Guldberg, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coral+reefs+under+rapid+climate+change+and+ocean+acidification.">Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification.</a> Science. 318 (5857), 1737-1742 (2007).</li><li>Mason, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decline+in+symbiont+densities+of+tropical+and+subtropical+scleractinian+corals+under+ocean+acidification.">Decline in symbiont densities of tropical and subtropical scleractinian corals under ocean acidification.</a> Coral Reefs. 37 (3), 945-953 (2018).</li><li>Prouty, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vulnerability+of+Coral+reefs+to+bioerosion+from+land-based+sources+of+pollution.">Vulnerability of Coral reefs to bioerosion from land-based sources of pollution.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 122 (12), 9319-9331 (2017).</li><li>Heery, E. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urban+coral+reefs:+Degradation+and+resilience+of+hard+coral+assemblages+in+coastal+cities+of+East+and+Southeast+Asia.">Urban coral reefs: Degradation and resilience of hard coral assemblages in coastal cities of East and Southeast Asia.</a> Marine Pollution Bulletin. 135, 654-681 (2018).</li><li>Rosenberg, E., Koren, O., Reshef, L., Efrony, R., Zilber-Rosenberg, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+microorganisms+in+coral+health,+disease+and+evolution.">The role of microorganisms in coral health, disease and evolution.</a> Nature Reviews: Microbiology. 5 (5), 355-362 (2007).</li><li>Bui, V. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diversity+and+biogeography+of+coral+mucus-associated+bacterial+communities:+The+case+of+Acropora+formosa.">Diversity and biogeography of coral mucus-associated bacterial communities: The case of Acropora formosa.</a> Journal of Marine Science and Engineering. 11 (1), 74 (2023).</li><li>Hass, A. F., Smith, J. E., Thompson, M., Deheyn, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+reduced+dissolved+oxygen+concentrations+on+physiology+and+fluorescence+of+hermatypic+corals+and+benthic+algae.">Effects of reduced dissolved oxygen concentrations on physiology and fluorescence of hermatypic corals and benthic algae.</a> PeerJ. 2, 235 (2014).</li><li>Raj, K. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+oxygen+levels+caused+by+Noctiluca+scintillans+bloom+kills+corals+in+Gulf+of+Mannar,+India.">Low oxygen levels caused by Noctiluca scintillans bloom kills corals in Gulf of Mannar, India.</a> Scientific Reports. 10 (1), 22133 (2020).</li><li>Luo, Y. S., Zhao, J. L., He, C. P., Lu, Z. H., Lu, X. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniaturized+platform+for+individual+coral+polyps+culture+and+monitoring.">Miniaturized platform for individual coral polyps culture and monitoring.</a> Micromachines. 11 (2), 127 (2020).</li><li>Pang, A. P., Luo, Y. S., He, C. P., Lu, Z. H., Lu, X. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+polyp-on-chip+for+coral+long-term+culture.">A polyp-on-chip for coral long-term culture.</a> Scientific Reports. 10 (1), 6964 (2020).</li><li>Yan, L. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+live+rock+removal+of+dissolved+inorganic+nitrogen+in+coral+aquaria.">Effects of live rock removal of dissolved inorganic nitrogen in coral aquaria.</a> Acta Oceanologica Sinica. 36 (12), 87-94 (2017).</li></ol>

Yazarlar rekabet eden herhangi bir finansal çıkar beyan etmemektedir.

Bu mercan kültürü sistemi, mercanların nakledilmesi ve hayatta kalması için nispeten doğal veya özelleştirilmiş bir mikro ortamı simüle etmek ve sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu arada, kendi geliştirdiği bir ekipman olarak bu sistemin güvenilir, kullanıcı dostu ve güvenli olması gerekir. Örneğin, sıcaklık kontrolü açısından, deniz suyu sıcaklığının günlük çevre koşullarına göre uygun şekilde kontrol edilmesi gerekir. Sistem, mercanların 1 ay boyunca kültürlenmesiyle test ed...

Mercan resifi ekosistemlerinin bozulması son 70 yılda dünya çapında meydana gelmektedir. Orta Amerika 1, Güneydoğu Asya 2,3,4,5,6, Avustralya 7,8 ve Doğu Afrika9'daki tüm büyük mercan alanları göz önüne alındığında, mercan resiflerinin küresel kapsamı 1950'lerden bu yana yarı yarıya azalmıştır10. Mercan resiflerinin bu kitlesel kaybı, ekolojik ve ekonomik sorunlara neden olmuştur. Örneğin, araştırmacılar 8 yıl boyunca mercanlara bağımlı her türlü balığın varlığını/yokluğunu ve bolluğunu izleyerek, mercan düşüşünün doğrudan Papua Yeni Gine'deki balık biyoçeşitliliğinde ve bolluğunda önemli bir azalmaya neden olduğu sonucuna vardılar11. Bu sonuç, mercanların azalmasının sadece mercan resiflerine dayalı biyolojik sistemleri baltalamakla kalmayıp aynı zamanda balıkçılık gelirlerini de azaltabileceğini kanıtladı.
Doğrudan izleme, uzaktan algılama ve veri karşılaştırması da dahil olmak üzere onlarca yıllık saha araştırmaları, bilim camiası, kitlesel mercan düşüşüne neden olan çeşitli faktörleri belirledi. Kitlesel mercan düşüşünün önemli bir nedeni, yüksek deniz suyu sıcaklıklarının neden olduğu mercan ağarmasıdır12,13. Bilim adamları, ağartma ve meteorolojik kayıtları birleştirerek, mercan ağartmasının El Niño-Güney Salınım fazları14'te daha sık meydana geldiği sonucuna vardılar. Mercan düşüşünün bir başka nedeni de okyanus asitlenmesidir. Hem atmosferde hem de deniz suyunda artanCO2 konsantrasyonu nedeniyle, kalsiyum karbonat eskisinden daha hızlı çözünür ve küçük ölçekli net mercan resifi kalsifikasyonuna neden olur15. Nitekim atmosferdeki CO2 konsantrasyonu 500 ppm'nin üzerine çıktığında on milyonlarca insanın zarar göreceği ve mercan resiflerinin önemli ölçüde bozulma ve simbiyodinyum dekolmanı riski altında olacağı sonucuna varılmıştır16,17. Kıyı kirleticilerinin mercan azalmasına neden olması veya hızlanması gibi mercanların hayatta kalmasını etkileyebilecek başka faktörler de vardır. Hawaii'deki araştırmacılar, çözünmüş inorganik karbonat ve ilgili besin maddeleri (NH 4 +, PO4 3-, NO2 − ve NO3 −) ile birlikte mercanlardaki karbon, oksijen ve azot izotoplarını ölçtüler ve karadan kaynaklanan kirliliğin mercanların kıyı asitlenmesini ve biyolojik erozyonunu büyüttüğü sonucuna vardılar 18. Kirliliğe ek olarak, kentleşme mercanların hayatta kalmasını da tehlikeye atıyor ve Singapur, Jakarta, Hong Kong ve Okinawa'daki mercanların hayatta kalma durumu üzerine yapılan bir çalışmanın ortaya koyduğu gibi mercanlarda nispeten düşük mimari karmaşıklığa neden oluyor. Bu nedenle, antropojenik stres faktörlerinin etkisi ve iklim değişikliğinin üst üste binen etkileri, mercan resifleri üzerindeki biyolojik çeşitliliğin yaygın olarak azalmasına ve buna bağlı olarak mercan ekolojik işlevinde ve esnekliğinde bir düşüşe yol açmaktadır19.
Ayrıca, azot fiksasyonu, kitin ayrışması, organik bileşiklerin sentezi ve bağışıklık20 dahil olmak üzere mercanların fizyolojik işlevlerine çok sayıda mikroorganizmanın katıldığı ve bu mikroorganizmaların mercan resiflerinin bozulması göz önüne alındığında dahil edilmesi gerektiği belirtilmelidir. Mercan resifleri gibi doğal ortamlarda, yetersiz su sirkülasyonu, alg eksüdası ve alg aşırı büyümesi dahil olmak üzere birçok faktör hipoksik veya anoksik koşullara neden olur. Bu fenomen, mercan ve mercanlarla ilgili mikroorganizmaların popülasyon dağılımlarını olumsuz yönde etkilemektedir. Örneğin, Vietnamlı bilim adamları, Nha Trang, Phu Quoc ve Ujung Gelam'da, mercan Acropora Formosa'daki bakteri bileşiminin farklı yerlerde çözünmüş oksijenden etkilenebileceğini buldular21. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki araştırmacılar, mercanlardaki hipoksik veya anoksi koşullarını araştırdılar ve alg eksüdalarının mikrobiyal aktiviteye aracılık edebildiğini ve yakın çevrede mercan ölümlerine neden olabilecek lokalize hipoksik koşullara yol açabildiğini buldular. Ayrıca, mercanların azaltılmış oksijen konsantrasyonlarını tolere edebildiğini, ancak yalnızca maruz kalma süresi ve oksijen konsantrasyonunun bir kombinasyonu ile belirlenen belirli bir eşiğin üzerinde22 bulundu. Hindistan'daki araştırmacılar, Noctiluca scintillans algleri çiçek açtığında, çözünmüş oksijenin 2 mg / L'ye düştüğünü buldular. Bu konsantrasyonun altında, Acropora montiporacan'ın yaklaşık% 70'i hipoksik koşullar nedeniyle öldü23.
Yukarıda belirtilen tüm gerçekler ve faktörler, çevresel değişimin mercan resiflerinin bozulmasına yol açtığını göstermektedir. Resif mercanlarını belirli koşullar altında kültürlemek ve incelemek için, resif mercanlarının yaşaması için kontrol edilebilir bir mikroskobik ortamı doğru ve kapsamlı bir şekilde oluşturmak önemlidir. Normalde, bilim adamları sıcaklık, ışık, su akışı ve besinlere odaklanır. Bununla birlikte, deniz suyundaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu, mikroorganizma bolluğu ve mikroorganizma çeşitliliği gibi diğer özellikler genellikle göz ardı edilir. Bu amaçla, grubumuz nispeten kontrollü bir ortamda mercan poliplerini kültürlemek için küçük ekipman uygulama olasılığını araştırmıştır24,25. Bu çalışmada, mercan kültürü için modüler bir mikro cihaz sistemi tasarladık ve kurduk. Bu modüler mikro cihaz sistemi, sıcaklık, ışık spektrumu, çözünmüş oksijen konsantrasyonu, besinler ve mikroorganizmalar vb. açısından kontrol edilebilir bir mikro ortam sağlayabilir ve genişletme ve yükseltme kapasitesine sahiptir.
Cihazın modülleri ve işlevleri Mikro cihaz sistemiBerlin sistemi 26'dan esinlenmiştir, ancak mevcut sistemde canlı kaya kullanılmamaktadır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, mevcut sistem altı ana modül, iki fırçasız motor pompası, bir gaz pompası, bir akışlı UV lambası, bir güç kaynağı, belirli elektronik kontrol bileşenleri ve ilgili teller ve vidalardan oluşur. Altı ana modül, bir deniz suyu deposu modülü (bir hava pompası ve sıcaklık sensörü ile), bir sıcaklık kontrol modülü, bir yosun arıtma modülü, bir mikrobiyal arıtma modülü, bir aktif kömür arıtma modülü ve bir mercan kültürü modülü içerir.
Cihaz mimarisi Şekil 2 ve Şekil 3'te gösterildiği gibi, genel mikro cihaz sistemi, aralarında bir sıcaklık kontrol modülü bulunan yatay olarak iki bölmeye ayrılabilir. Güvenlik nedeniyle, deniz suyu içeren tüm modüller ve parçalar, kültür bölmesi adı verilen sol bölmeye yerleştirilmiştir. Diğer elektronik parçalar, elektronik bölme adı verilen sağ bölmeye yerleştirilir. Her iki bölme de kabuklar içinde mühürlenir veya paketlenir. Sıcaklık kontrol modülü, aradaki bir bölücü plakaya sabitlenmiştir. Kültür bölmesinin kabuğu bir süpürgelik ve üç vida sabitleme plakası içerir. Bu tasarım, bölme sızdırmazlığını sağlar ve sistemin çalışmasını kolaylaştırır. Ek olarak, sızdırmazlık, doğru sıcaklık kontrolünü destekler. Elektronik bölmenin kabuğu bir süpürgelik, iki vidalama plakası ve bir ön kontrol paneli içerir.
Su sirkülasyonu Deniz suyu deposu modülüne bağlı bir iç ve dış deniz suyu sirkülasyon döngüsü önceden tasarlanmıştır. İç sirkülasyon döngüsü, deniz suyu deposu modülünü, sıcaklık kontrol modülünü, akışlı UV lambasını, yosun arıtma modülünü ve mikrobiyal arıtma modülünü başarıyla bağlar. Bu sirkülasyon döngüsü, mercanlar için uygun fizyokimyasal ve fizyolojik deniz suyu koşullarını sağlamayı amaçlar ve sık bakım gerektirmez. Yosun arıtma modülü, sudaki ekstra besin maddelerini (nitrat ve fosfat) emen Chaetomorpha yosunu içerir. Mikrobiyal saflaştırma modülü, nitrit ve amonyumun su arıtımı için nitrata aktarılması için mikrobiyomu geliştiren bakteri kültürü substratını içerir. Tüm bu modüllerin yalnızca kritik koşullar altında değiştirilmesi gerekir.
Dış sirkülasyon döngüsü, deniz suyu deposu modülünü, mercan kültürü modülünü ve aktif kömür modülünü art arda birbirine bağlar. Bu sirkülasyon döngüsü, mercanlara ışık, sızdırmazlık, su akımı ve yüksek deniz suyu kalitesi sağlamayı amaçlamaktadır. Deniz suyu, bir su girişi ve bir su çıkışı ile yenilenebilir. Katkı maddeleri üç bir vana aracılığıyla eklenir ve deniz suyu numunesi de inceleme için bu vanadan çıkarılabilir. Hava, bir hava girişinden pompalanabilir ve bir hava çıkışından boşaltılabilir.
Elektronik tasarım Tüm sistem için anahtarlı ve sigortalı 220 V AC güç kaynağı kullanılır. Giriş gücü dört şubeye ayrılmıştır. İlk dal, ısıtma paneline, soğutma paneline ve soğutma fanına doğrudan güç sağlayan 12 V DC güç kaynağına gider. Bu dal aynı zamanda dört kanallı bir DC transformatör aracılığıyla dolaylı olarak iki pompaya ve iki aydınlatma paneline güç sağlar. İkinci dal bir PID sıcaklık kontrol cihazına gider. Üçüncü şube bir hava pompası güç kaynağına gider. Son dal bir UV lamba güç kaynağına bağlanır. Katı hal rölesi, PID sıcaklık kontrol cihazını ve sıcaklık kontrol modülündeki soğutma panelini birbirine bağlar. PID sıcaklık kontrol cihazını ve ısıtma panelini bağlamak için normal bir röle kullanılır. Dört kanallı DC transformatör, voltajı gerekli olana dönüştürür.
Sistemin sağ tarafında iki adet kontrol paneli bulunmaktadır. Üst panelde UV lambası için bir ana güç anahtarı, bir UV lambası güç anahtarı, bir hava pompası anahtarı ve bir sıcaklık kontrol anahtarı dahil olmak üzere dört anahtar ve bir kontrolör vardır. Ana güç anahtarı, sistemin 12 V güç kaynağını kontrol eder.
Ön panelde bir PID sıcaklık kontrolörü, bir döngü zamanlayıcısı, dört kanallı bir DC transformatörü ve üç kanallı bir zamanlayıcı bulunur. PID sıcaklık kontrol cihazı, sıcaklık kontrol modülündeki ısıtma ve soğutma panellerini kontrol ederek su sıcaklığını ayarlar. Sıcaklık kontrol modülü yalnızca iç sirkülasyon pompası çalışırken ve su sıcaklık kontrol modülünden geçerken çalışır. Döngü zamanlayıcısı, hava pompası güç hattına bağlanır. Amacı, çalışma süresini hava pompasına atamaktır. Elektronik bölmede de üç kanallı bir zamanlayıcı var. Bu zamanlayıcı, hava pompası, mercan ışığı ve yosun ışığı için çalışma süresini kontrol eder.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>12V DC power supply</td>
			<td>Delixi Electric Co., Ltd.</td>
			<td>CDKU-S150W</td>
			<td>12V12.5A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3% hydrogen peroxide solution</td>
			<td>Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd</td>
			<td>NULL</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75% ethanol solution</td>
			<td>Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd</td>
			<td>NULL</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air pump</td>
			<td>Chongyoujia Supply Chain Management Co., Ltd.</td>
			<td>NHY-001</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air sterilizing filter</td>
			<td>Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd</td>
			<td>S593CSFTR-0.2H83SH83SN8-A</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>SONY</td>
			<td>&#913;7r4-ILCE-76M4A</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coral nutrition solution</td>
			<td>Red Sea Aquatics Co., Ltd.</td>
			<td>22101</td>
			<td>Coral nutrition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coral pro salt (sea salt)</td>
			<td>Red Sea Aquatics Co., Ltd.</td>
			<td>R11231</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cycle timer</td>
			<td>Leqing Shangjin Instrument Equipment Co., Ltd.</td>
			<td>CN102A</td>
			<td>220V version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double closed quick connector</td>
			<td>JOSOT Co., Ltd</td>
			<td>NL4-2103T</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow-through UV lamp</td>
			<td>Zhongshan Xinsheng Electronic technology Co., Ltd.</td>
			<td>211</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Four-channel transformer</td>
			<td>Dongguan Shanggushidai Electronic Technology Co., Ltd</td>
			<td>LM2596</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macro lens</td>
			<td>SONY</td>
			<td>FE 90mm F2.8 Macro G OSS</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbiome source solution</td>
			<td>Guangzhou BIOZYM Microbial Technology Co., Ltd.</td>
			<td>303</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini-photo studio</td>
			<td>Shaoxing Shangyu Photography Equipment Factory</td>
			<td>CM-45</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PID temperature controller</td>
			<td>Guangdong Dongqi&#160; Electric Co., Ltd.</td>
			<td>TE9-SC18W</td>
			<td>SSR version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump (for water)</td>
			<td>Zhongxiang Pump Co., Ltd.</td>
			<td>ZX43D</td>
			<td>Seaswater version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pure water machine</td>
			<td>Kemflo&#160;(Nanjing) environmental technology Co, ltd</td>
			<td>kemflo A600</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solid-state relay</td>
			<td>Delixi Electric Co., Ltd.</td>
			<td>DD25A</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface active agents</td>
			<td>Guangzhou Liby Group Co., Ltd.</td>
			<td>Libai detergent</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-channel timer</td>
			<td>Leqing Changhong Intelligent Technology Co., Ltd.</td>
			<td>CHE325-3</td>
			<td>220V version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water sterilizing filter</td>
			<td>Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd</td>
			<td>S593CSFTR-0.2H83SH83SN8-L</td>
			<td>NULL</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an integrated micro-device system for coral growth and monitoring

Mercanlar, deniz ve kıyı ekosistemlerinde temel organizmalardır. Son yıllarda mercan koruma araştırmalarının ilerlemesiyle birlikte, mercan kültürü ortamının hassas kontrolü, mercan koruma ve çalışma için oldukça talep görmektedir. Burada, doğru ve programlanabilir sıcaklık kontrolü, steril bir başlangıç ortamı, uzun vadeli istikrarlı su kalitesi, ayarlanabilir çözünmüş oksijen konsantrasyonu ve mercanlar için özelleştirilmiş bir ışık spektrumu sağlayabilen çok işlevli bir platform olarak yarı kapalı bir mercan kültürü mikro cihaz sistemi geliştirdik. Modüler tasarım sayesinde, mercan kültürü sistemi, istenen yeni modüller takılarak veya mevcut modüller çıkarılarak yükseltilebilir veya değiştirilebilir. Şu anda, uygun koşullar altında ve uygun sistem bakımı ile, örnek mercanlar sağlıklı bir durumda en az 30 gün hayatta kalabilir. Ayrıca, kontrol edilebilir ve steril başlangıç ortamı nedeniyle, bu mercan kültürü sistemi, mercanlar ve ilişkili mikroorganizmalar arasındaki simbiyotik ilişkiye yönelik araştırmaları destekleyebilir. Bu nedenle, bu mikro cihaz sistemi, deniz mercanlarını nispeten nicel bir şekilde izlemek ve araştırmak için uygulanabilir.

The deterioration of coral reef ecosystems has been occurring worldwide over the past 70 years. Considering all the major coral areas across Central America1, Southeast Asia2,3,4,5,6, Australia7,8, and East Africa9, the global coverage of coral reefs has halved since the 1950s10. This mass loss of coral reefs has resulted in ecological and economic problems. For example, by tracing the presence/absence and abundance of all kinds of coral-dependent fishes for 8 years, researchers concluded that the coral decline has directly caused a substantial decrease in fish biodiversity and abundance in Papua New Guinea11. This result proved that the coral decline can not only undermine coral reef-based biological systems but also reduce fishery incomes.
Over decades of field surveys, including direct monitoring, remote sensing, and data comparison, the scientific community has identified several factors causing the mass coral decline. One major reason for the mass coral decline is coral bleaching caused by high seawater temperatures12,13. By combining bleaching and meteorological records, scientists have concluded that coral bleaching is happening more frequently in El Ni&#241;o-Southern Oscillation phases14. Another reason for the coral decline is ocean acidification. Owing to the increased CO2 concentration in both the atmosphere and seawater, calcium carbonate dissolves faster than before, causing downscale net coral reef calcification15. Indeed, it has been concluded that when the CO2 concentration in the atmosphere reaches above 500 ppm, tens of millions of people will suffer, and the coral reefs will be at risk of significant deterioration and symbiodinium detachment16,17. There are other factors that can also affect coral survival, such as inshore pollutants causing or accelerating coral decline. Researchers in Hawaii measured the carbon, oxygen, and nitrogen isotopes in corals, along with the dissolved inorganic carbonate and the related nutrients (NH4+, PO43-, NO2&#8722;, and NO3&#8722;), and concluded that pollution from the land magnified the coastal acidification and bioerosion of corals18. Further to pollution, urbanization also endangers coral survival and causes relatively low architectural complexity in corals, as revealed by a study on the coral survival status in Singapore, Jakarta, Hong Kong, and Okinawa. Thus, the impact of anthropogenic stressors and the superimposed effects of climate change are leading to widespread reduced biodiversity on coral reefs and an associated decline in coral ecological function and resilience19.
It should also be noted that a large number of microorganisms participate in the physiological functions of corals, including nitrogen fixation, chitin decomposition, the synthesis of organic compounds, and immunity20, and these microorganisms should, thus, be included when considering coral reef deterioration. In natural environments, such as coral reefs, many factors cause hypoxic or anoxic conditions, including insufficient water circulation, algal exudate, and algal overgrowth. This phenomenon negatively affects the population distributions of coral and coral-related microorganisms. For example, Vietnamese scientists found that in Nha Trang, Phu Quoc, and Ujung Gelam, bacterial composition in the coral Acropora Formosa could be affected by dissolved oxygen at different locations21. Researchers in the United States explored hypoxic or anoxia conditions in corals and found that algal exudates can mediate microbial activity, leading to localized hypoxic conditions, which may cause coral mortality in the direct vicinity. They also found that corals could tolerate reduced oxygen concentrations but only above a given threshold determined by a combination of the exposure time and oxygen concentration22. Researchers in India found that when Noctiluca scintillans algae bloomed, the dissolved oxygen decreased to 2 mg/L. Below this concentration, about 70% of Acropora montiporacan died because of hypoxic conditions23.
All the abovementioned facts and factors suggest that environmental change leads to the deterioration of coral reefs. To culture and study reef corals under certain conditions, it is important to accurately and comprehensively build up a controllable microscopic environment for reef corals to inhabit. Normally, scientists focus on temperature, light, water flow, and nutrients. However, other features, such as the dissolved oxygen concentration, microorganism abundance, and microorganism diversity in the seawater, are commonly ignored. To this end, our group has explored the possibility of applying small equipment to culture coral polyps in a relatively controlled environment24,25. In this work, we designed and built up a modular micro-device system for coral culture. This modular micro-device system can provide a controllable micro-environment in terms of the temperature, light spectrum, dissolved oxygen concentration, nutrients, and microorganisms, etc., and has the capacity for expansion and upgrade.
Modules and functions of the device 
The micro-device system was inspired by the Berlin system26, but no live rocks are used in the current system. As shown in Figure 1, the current system comprises six main modules, two brushless motor pumps, one gas pump, one flow-through UV lamp, one power supply, certain electronic control components, and the related wires and screws. The six main modules include a seawater store module (with an air pump and temperature sensor), a temperature control module, an algae purification module, a microbial purification module, an activated charcoal purification module, and a coral culture module.
Device architecture 
As shown in Figure 2 and Figure 3, the overall micro-device system can horizontally be divided into two compartments with a temperature control module in between. For safety reasons, all the seawater-containing modules and parts are placed in the left compartment, named the culture compartment. The other electronic parts are placed in the right compartment, named the electronic compartment. Both compartments are sealed or packaged within shells. The temperature control module is fixed in a divider plate in between. The shell of the culture compartment includes a baseboard and three screw-fixing plates. This design ensures compartment tightness and facilitates the operation of the system. Additionally, the tightness favors accurate temperature control. The shell of the electronic compartment includes a baseboard, two screw-fixing plates, and one front control panel.
Water circulation 
An inner and outer seawater circulation loop connected to the seawater store module was pre-designed. The inner circulation loop successfully connects the seawater store module, temperature control module, flow-through UV lamp, algae purification module, and microbial purification module. This circulation loop aims to provide suitable physiochemical and physiological seawater conditions for the corals, and no frequent maintenance is needed. The algae purification module contains Chaetomorpha algae, which absorbs the extra nutrients (nitrate and phosphate) in the water. The microbial purification module contains the bacterial culture substrate, which cultivates the microbiome to transfer nitrite and ammonium into nitrate for water purification. All these modules need to be replaced only under critical circumstances.
The outer circulation loop successively connects the seawater store module, coral culture module, and activated charcoal module. This circulation loop aims to provide light, tightness, water current, and high seawater quality to the corals. The seawater can be refreshed through a water inlet and a water outlet. Additives are added through a three-way valve, and the seawater sample can also be extracted from this valve for inspection. Air can be pumped in through an air inlet and discharged from an air outlet.
Electronic design 
A 220 V AC power supply with a switch and a fuse is used for the whole system. The input power is divided into four branches. The first branch goes to a 12 V DC power supply, which directly powers the heating panel, cooling panel, and cooling fan. This branch also indirectly powers two pumps and two lighting panels through a four-channel DC transformer. The second branch goes to a PID temperature controller. The third branch goes to an air pump power supply. The last branch connects to a UV lamp power supply. A solid-state relay connects the PID temperature controller and the cooling panel in the temperature control module. A regular relay is used to connect the PID temperature controller and the heating panel. The four-channel DC transformer converts the voltage to that required.
There are two control panels on the right part of the system. There are four switches and one controller for the UV lamp on the top panel, including a main power switch, a UV lamp power switch, an air pump switch, and a temperature control switch. The main power switch controls the 12 V power supply of the system.
A PID temperature controller, a cycle timer, a four-channel DC transformer, and a three-channel timer are on the front panel. The PID temperature controller adjusts the water temperature by controlling the heating and cooling panels in the temperature control module. The temperature control module only works when the inner circulation pump is working and the water is flowing past the temperature control module. The cycle timer is connected to the air pump power line. Its purpose is to assign the working time period to the air pump. There is a three-channel timer deployed in the electronic compartment too. This timer controls the work time period for the air pump, coral light, and algae light.

Yazar Spotlight: Mercan Kültürünü İlerletmek - Mevcut Sınırlamalara Karşı Koymak için Yarı Kantitatif Olarak Kontrol Edilen Bir Mikro Çevre Sistemi Oluşturma 

Mercan Büyümesi ve İzlenmesi için Entegre Bir Mikro Cihaz Sistemi

Sıcaklık kontrol doğruluğu Sistem sıcaklığı normalde mercan türüne bağlı olarak 23-28 °C'ye ayarlanır. Bununla birlikte, en önemli faktörlerden biri olarak, sıcaklık dalgalanması mercanların hayatta kalmasını güçlü bir şekilde etkileyebilir. Bu nedenle, sıcaklık kontrol doğruluğu mercan kültürü sistemi için belirleyici bir faktördür. Mercan kültürü modülündeki sıcaklık kontrol doğruluğunu test etmek için bir sıcaklık sensörü ve 9 °C ila 32 °C sıcakl...

Watch this Scientific Journal Video about Advancing Coral Culture â€” Creating a Semi-Quantitatively Controlled Microenvironment System to Counter Current Limitations at JoVE.com

Bu protokol, deniz mercanlarının uzun süreli kültürlenmesi ve izlenmesi için uygulanabilecek modüler kontrol edilebilir bir mikro cihaz sisteminin geliştirilmesini açıklamaktadır.

Corals are fundamental organisms in marine and coastal ecosystems. With the advancement of coral protection research in recent years, precise control of ...

Araştırmamızın amacı, mercan kültürü ve çalışması için yapay bir mikroçevre sistemi geliştirmektir. Mikro cihaz sistemindeki mikro ortam en azından yarı kantitatif olarak kontrol edilebilir. Şu anda, mercan kültürü için kullanılan mevcut ekipman ve sistem, sıcaklık ve diğer çevresel faktörler üzerinde hassas kontrolden yoksundur.Ek olarak, bu sistemler açıktır ve bu da onları havadaki bir maddeden kontaminasyona karşı duyarlı hale getirir. İç mekan mercan kültürü sistemimiz, diğer benzer sistem veya tanklara kıyasla üstün bir kontrol doğruluğuna ve mikrobiyal sızdırmazlığa sahiptir. Ek olarak, sistemimiz ticari olarak uygun maliyetlidir.Bu mikro cihaz sistemini kullanarak, mercan çalışmasını daha nicel hale getirecek ve mevcut mercan araştırmasını teşvik edebilecek sıcaklık, mukavemet veya metabolit konsantrasyonu gibi çevresel parametreleri bir şekilde özelleştirebiliriz. Bu yapay mikro cihazdaki mercanların uzun ömürlülüğü hakkında bilgi edinmek istiyoruz. Ele almak istediğimiz bir diğer önemli soru, yapay olarak inşa edilen sistemin, doğa ortamına kıyasla mercanların büyüme sürecini nasıl etkilediğidir.

an-integrated-micro-device-system-for-coral-growth-and-monitoring

Research

JoVE Journal

Bioengineering

An Integrated Micro-Device System for Coral Growth and Monitoring

1.1K Görüntüleme.  Southeast University. Araştırmamızın amacı, mercan kültürü ve çalışması için yapay bir mikroçevre sistemi geliştirmektir. Mikro cihaz sistemindeki mikro ortam en azından yarı kantitatif olarak kontrol edilebilir. Şu anda, mercan kültürü için kullanılan mevcut ekipman ve sistem, sıcaklık ve diğer çevresel faktörler üzerinde hassas kontrolden yoksundur.Ek olarak, bu sistemler açıktır ve bu da onları havadaki bir maddeden kontaminasyona karşı duyarlı hale getirir. İç mekan...

Video: Yazar Spotlight: Mercan Kültürünü İlerletmek - Mevcut Sınırlamalara Karşı Koymak için Yarı Kantitatif Olarak Kontrol Edilen Bir Mikro Çevre Sistemi Oluşturma 

Corals are fundamental organisms in marine and coastal ecosystems. With the advancement of coral protection research in recent years, precise control of the coral culture environment is highly in demand for coral conservation and study. Here, we developed a semi-closed coral culture micro-device system as a multi-functional platform, which can provide accurate and programmable temperature control, a sterile initial environment, long-term stable water quality, an adjustable dissolved oxygen concentration, and a customized light spectrum for corals. Owing to the modular design, the coral culture system can be upgraded or modified by installing desirable new modules or removing existing ones. Currently, under appropriate conditions and with proper system maintenance, the sample corals can survive for at least 30 days in a healthy state. Furthermore, due to the controllable and sterile initial environment, this coral culture system can support research into the symbiotic relationship between corals and associated microorganisms. Therefore, this micro-device system can be applied to monitor and investigate sea corals in a relatively quantitative manner.

This protocol describes the development of a modular controllable micro-device system that can be applied for the long-term culturing and monitoring of sea corals.