Assessment of Coral Reef Sensitivity to Bleaching Events on the Egyptian Red Sea Coast

Project Abstract

A comprehensive assessment of the thermal tolerance of corals at the Egyptian coast of the Red Sea is still unexplored despite the recent increasing global warnings concerning the mass bleaching events. However, our recent studies have provided field evidence on the vulnerability of some areas and coral species to bleaching events and have shown that the frequency and severity of these events are expected to increase in the near future in the northern Red Sea (NRS) as a result of the continuing warming rate of 0.3°C decade-1. Regarding that, the genetic traits regulating the relationship between coral and a wide diversity of photosynthetic microalgae (Family: Symbiodiniaceae), viruses, bacteria, and other associated micro-eukaryotes are fundamental elements in determining the physiological state of most corals. Yet, our knowledge of how this relationship is maintained under heat stress conditions is quite scant, especially under the environmental conditions of the Red Sea.
Therefore, in the current proposed study, we aim to assess the vulnerability and susceptibility of coral reefs to the recent bleaching events along the Egyptian coast of the Red Sea. To achieve that, the plan of work will include an integration of field, experimental, and modelling approaches. We will implement a range of extensive field surveys in a number of study sites along the Egyptian coast to evaluate the ability of reefs to tolerate climate change based on some resilience indicators (e.g., photosynthetic efficiency, proportion of thermotolerant to thermosensitive coral species, number of recruitment colonies, and abundance/biomass of the herbivorous fishes). On the other hand, samples will be collected and reared in temperature-controlled experimental tanks and corals in the treatment tanks will be subjected to a range of heat stresses to determine the bleaching thresholds and to which extent different species can resist thermal stress. In addition, we will use a suite of cutting-edge molecular tools to: (a) characterize the structure and functional potential of coral microbiomes associated with the Egyptian corals, (b) resolve the genetic composition of the Symbiodiniaceae, and (c) obtain omics data that describe the thermal tolerance of corals under stress. As a part of the proposed study, long-term remotely sensed data (e.g., SST, surface currents, and UV radiation) covering the coral reef environment of the NRS will be analyzed to identify the most threatened regions and to address the adaptability of corals in the NRS to the increasing warming rates under the different scenarios of the IPCC.
In all cases, we will use advanced computational frameworks to analyze the collected data and will combine the obtained results to construct a rigorous baseline information required to evaluate the impact of climate change on coral reefs extending along the Egyptian coast of the Red Sea. In addition to that, our proposed study will provide (for the first time in this region) extensive omics data that have recently shown high priority in reef conservation strategies. Finally, our group of Egyptian scientists will initiate “the Egyptian coral bleaching taskforce” that will use field surveys, climate modelling, and genomic data to better predict coral bleaching and conserve these natural resources for future generations.

ملخص المشروع

تقييم حساسية الحيود المرجانية لأحداث الابيضاض على الساحل المصري للبحر الأحمر

لا يزال التقييم الشامل لقدرة الحيود المرجانية على الساحل المصري للبحر الأحمر على تحمل التغيرات المناخية غير معروف إلى حد كبير على الرغم من التحذيرات المتزايدة مؤخرًا بشأن أحداث الابيضاض الجماعي على مستوى العالم. ومع ذلك، فقد أشارت دراساتنا الحديثة من خلال أدلة ميدانية على تعرض بعض المناطق والأنواع المرجانية لخطر الابيضاض وأظهرت تلك الدراسات أن تواتر وشدة هذه الأحداث من المتوقع أن تزداد في المستقبل القريب في شمال البحر الأحمر نتيجة للاحترار المستمر البالغ معدله 0.3 درجة مئوية/عقد. فيما يتعلق بذلك ، فإن السمات الوراثية التي تنظم العلاقة بين المرجان ومجموعة كبيرة من الطحالب الدقيقة (عائلة: السمبيودينياسى) والفيروسات والبكتيريا وغيرها من حقيقيات النوى الدقيقة المصاحبة هي عناصر أساسية في تحديد الحالة الفسيولوجية لمعظم المرجانيات. ومع ذلك، فإن معرفتنا بكيفية الحفاظ على هذه العلاقة في ظل ظروف الإجهاد الحراري شحيحة للغاية، لاسيما في ظل الظروف البيئية للبحر الأحمر.

لذلك، نهدف في الدراسة الحالية المقترحة إلى تقييم مدى تعرض وتأثر الشعاب المرجانية على طول الساحل المصري للبحر الأحمر بأحداث الابيضاض الحديثة. ولتحقيق ذلك، ستتضمن خطة العمل تكاملًا بين الأساليب الميدانية والتجريبية والنمذجة. حيث سنقوم بتنفيذ مجموعة من المسوحات الحقلية المكثفة فى عدد من مواقع الدراسة على طول الساحل المصرى لتقييم قدرة الشعاب المرجانية على تحمل تغير المناخ بناءً على بعض مؤشرات المرونة (مثل كفاءة التمثيل الضوئي، ونسبة أنواع المرجانيات المقاومة إلى المرجانيات الحساسة لارتفاع درجات الحرارة، وعدد المستعمرات الجديدة الناشئة، والوفرة/الكتلة الحيوية للأسماك العاشبة). من ناحية أخرى، سوف نقوم بعمل عدة تجارب سيتم من خلالها جمع عينات من المرجان ووضعها في أحواض يتم التحكم في درجة حرارة الماء بها وستتعرض المرجانيات في هذه الأحواض لمجموعة من الضغوطات الحرارية لتحديد عتبات الابيضاض الخاصة بكل نوع وإلى أي مدى يمكن للأنواع المختلفة مقاومة الإجهاد الحراري. بالإضافة إلى ذلك، سوف نستخدم مجموعة من الأدوات الجزيئية المتطورة من أجل (أ) التعرف على بنية ودور مجتمعات الميكروبات المرتبطة بالمرجانيات المصرية فى تعزيز قدرتها على تحمل الاجهادات الحرارية، و (ب) حل التركيب الوراثى لمجتمع السمبيودينياسي، و (ج) توفير بيانات جينومية omics تحدد مدى تحمل المرجان للإجهاد الحرارى. كجزء من الدراسة المقترحة، سيتم أيضا تحليل البيانات طويلة المدى المستشعرة عن بعد (مثل درجة حرارة سطح البحر، والتيارات السطحية، والأشعة فوق البنفسجية) التي تغطي بيئة الشعاب المرجانية في شمال البحر الأحمر لتحديد المناطق الأكثر عرضة لخطر الابيضاض وكذلك قابلية مرجانيات تلك المنطقة على التكيف مع معدلات الاحترار المتزايدة في ظل السيناريوهات المختلفة للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).

في جميع الحالات، سوف نستخدم أطرًا حاسوبية متقدمة لتحليل البيانات التي سوف يتم جمعها وسندمج النتائج التي تم الحصول عليها لتوفير معلومات أساسية قوية لتقييم تأثير تغير المناخ على الشعاب المرجانية الممتدة على طول الساحل المصري للبحر الأحمر. بالإضافة إلى ذلك، ستوفر دراستنا المقترحة (لأول مرة في هذه المنطقة) بيانات جينومية شاملة التي أظهرت مؤخرًا أولوية كبيرة في استراتيجيات الحفاظ على الشعاب المرجانية. أخيرًا، سوف تدشن مجموعتنا من العلماء المصريين وحدة لرصد ابيضاض المرجان من خلال “فريق عمل ابيضاض المرجان المصري” الذي سيستخدم المسوحات الميدانية، ونمذجة المناخ، والبيانات الجينومية للتنبؤ بشكل أفضل بابيضاض المرجان والحفاظ على هذه الموارد الطبيعية للأجيال القادمة.