Using a low-cost high throughput microscope in cultivated seaweed farms for early biofouling detection

Abstract

Begroing på kultivert tare som følge av mosdyrkolonier er en av hovedutfordringene for tareindustrien i Midt- og Sør-Norge. Membranipora membranacea og Electra pilosa er to fremtredende mosdyrarter som fører til begroing på tare i temperert sjø. Begroing gjør det fleksible tarebladet skjørt, slik at det lettere brekker av, og fører til tap av verdifull biomasse for tareprodusentene. Den skorpedannende begroingen reduserer også verdien av produktet ved å gjøre det uegnet for menneskelig konsum. Som følge av dette er det behov for å utvikle metoder for påvisning av mosdyrlarver i vannmassene rundt tareanlegg. Abundansen av mosdyrlarver og deres størrelse kan indikere tidspunktet mosdyrlarver fester seg på dyrket tare. Målet med denne studien var å undersøke bruken av et hjemmesnekret gjennomstrømningsmikroskop (AFTI-scope) som en potensiell semi-automatisert metode for å kvantifisere abundansen av mosdyrlarver, samt overvåke endringer i larvestørrelse for M. membranacea og E. pilosa. Forholdet mellom våroppblomstring, abundans og larvestørrelse ved tidspunkt for kolonidannelse ble undersøkt. Dette ble gjort for å undersøke om data for abundans og larvestørrelse over tid kan brukes for tidlig påvisning av begroing. Abundansen av M. membranacea og E. pilosa ble estimert i dyrkningsperioden i sjø fra februar til juni 2023 ved to stasjoner på Frøya, en ved kanten av et tareanlegg (MI) og en 0,5 km unna (MO). AFTI-skopet underestimerte i snitt 26 % lavere abundans sammenlignet med et lysmikroskop. For E. Pilosa gav de to metodene statistisk forskjellige abundansestimat, mens for M. membranacea viste metoden ingen signifikant forskjell i estimatene, noe som indikerte gode deteksjonsevner for denne arten med det aktuelle AFTI-scopet. Mosdyrlarvene var størst i slutten av mai og begynnelsen av juni. Det var også da de to høyeste konsentrasjonene med mosdyrlarver var festet på Saccharina latissima. Variasjonen i larvestørrelse blant individer ble observert over tid. Det indikerte vekst og muligens ulike utviklingsstadier, potensielt knyttet til miljøforhold som temperatur, som viste en positiv korrelasjon med larvestørrelse. Det ble ikke funnet noen sammenheng mellom larvestørrelse og klorofyllkonsentrasjoner, noe som tyder på at eksisterende fytoplanktonnivåer var tilstrekkelige for vekst av mosdyrlarvene. Den første økningen i planktoniske larver ble observert etter våroppblosmtringen (april). Den andre tydelige økningen i abundans skjedde i juni, i etterkant av de første tegnene på begroing av larver på taren. Dette tydet på nye populasjoner av larver spredt fra de bosatte koloniene. Ingen tegn til korrelasjon med økende temperaturer og abundans ble observert for noen av artene. Begroingen skjedde imidlertid ikke da mengden larver nådde sin første topp. Dette kan skyldes at larvene ikke var modne på dette tidspunktet. Resultatene understreker viktigheten av larvestørrelse i tillegg til abundansestimeringer for deres evne til å sette seg på taren. AFTI-scope har potensialet for videre forskning på størrelsesavhengig begroing av mosdyrlarver på S. lattisima.

Fouling of bryozoan colonies is one of the major challenges for the seaweed industry in Mid and South Norway. Membranipora membranacea and Electra pilosa are two prominent bryozoan species that lead to biofouling on seaweed in temperate waters. The biofouling makes the flexible kelp lamina brittle and susceptible to breakage, and thus loss of valuable biomass for the producers. The encrusting fouling also reduces the value of the product by making it unsuitable for human food consumption. There is a need for developing specialized instruments on bryozoan larval detection and size estimation in the water column, as this could be an important tool to detect the timing of settlement on cultivated kelp. The aim of this study was to investigate the use of a home-built flow through microscope (AFTI-scope) as a potential semi-automated method to quantify abundance estimates, and to monitor larval size changes of E. pilosa and M. membranacea. The relationship between the timing of the bloom, the abundance and size of bryozoan larvae (cyphonautes) and the timing of settlement on the kelp was investigated. This was to verify whether larval size and concentration changes over time could be used as a tool for early biofouling detection. The overall abundance of M. membranacea and E. pilosa larvae in the water was analyzed during the sea cultivation period from February to June 2023 at two stations in Frøya, Trøndelag – one by the edge of a kelp farm and another half km apart. The AFTI-scope underestimated larval counts by an average of 26 % compared to the traditional microscope method. For E. pilosa the two methods yielded statistically different abundance estimates. For M. membranacea the method showed no significant difference in the estimates, proving suitable detection capabilities for this species with the current AFTI-scope settings. The size of the cyphonautes reached their biggest size in late May and beginning of June. This was followed by two peaks in settled bryozoan larvae observed on Saccharina latissima, one in May and one in June. The increase in larvae of different size observed over time, suggested growth, and possibly different stages of development. This was potentially linked to environmental conditions such as temperature, which showed a positive correlation with larval size. No correlation was found between bryozoan size and chlorophyll concentrations, suggesting that existing phytoplankton levels were sufficient for bryozoan growth. The first peak in cyphonaute abundance was observed after the spring bloom (April). The second peak (June) occurred after the first signs of settlement of larvae on the kelp. This could suggest a round of new populations of larvae from the recent settled colonies. No signs of correlation with increasing temperatures and abundance for neither of the species was observed. However, settlement did not occur as larval abundance reached its first peak. This might be due to the cyphonautes not being mature at that point. The findings underscore the importance of considering larval size, rather than only abundance, in their ability to settle on the kelp lamina. AFTI-scope has the potential for further development, where the size dependent settlement of cyphonaute on S. latissima could be a proxy for early fouling detection.