Abstract Urgent action is needed to prevent the demise of coral reefs as the climate crisis leads to an increasingly warmer and more acidic ocean. Propagating climate change resistant corals to restore degraded reefs is one promising strategy; however, empirical evidence is needed to determine if resistance is retained following transplantation within or beyond a coral’s natal reef. Here we assessed the performance of bleaching-resistant individuals of two coral species following reciprocal transplantation between environmentally distinct reefs (low vs high diel variability) to determine if stress resistance is retained following transplantation. Critically, transplantation to either environment had no influence on coral bleaching resistance, indicating that this trait was relatively fixed and is thus a useful metric for selecting corals for reef restoration within their native range. In contrast, growth was highly plastic, and native performance was not predictive of performance in the novel environment. Coral metabolism was also plastic, with cross transplants of both species matching the performance of native corals at both reefs within three months. Coral physiology (autotrophy, heterotrophy, and metabolism) and overall fitness (survival, growth, and reproduction) were higher at the reef with higher flow and fluctuations in diel pH and dissolved oxygen, and did not differ between native corals and cross-transplants. Conversely, cross-transplants at the low-variability reef had higher fitness than native corals, thus increasing overall fitness of the recipient population. This experiment was conducted during a non-bleaching year, which suggests that introduction of these bleaching-resistant individuals will provide even greater fitness benefits to recipient populations during bleaching years. In summary, this study demonstrates that propagating and transplanting bleaching-resistant corals can elevate the resistance of coral populations to ocean warming while simultaneously maintaining reef function as the climate crisis worsens.

Marine heat waves instigated by anthropogenic climate change are causing increasingly frequent and severe coral bleaching events that often lead to widespread coral mortality. While community-wide increases in coral mortality following bleaching events have been documented on reefs around the world, the ecological consequences for conspecific individual colonies exhibiting contrasting phenotypes during thermal stress (e.g. bleached vs. not bleached) are not well understood. Here we describe the ecological outcomes of colonies of the two dominant reef-building coral species in Kaneohe Bay, Hawaii, Montipora capitata and Porites compressa , that exhibited either a bleaching susceptible phenotype (bleached) or resistant phenotype (non-bleached) following the second of two consecutive coral bleaching events in Hawaii in 2015. Conspecific pairs of adjacent bleaching susceptible vs. resistant corals were tagged on patch reefs in two regions of Kaneohe Bay with different seawater residence times and terrestrial influence. The ecological consequences (symbiont recovery and mortality) were monitored for two years following the peak of the bleaching event. Bleaching susceptible corals suffered higher partial mortality than bleaching resistant corals of the same species in the first 6 months following thermal stress. Surprisingly, P. compressa had greater resilience following bleaching (faster pigment recovery and lower post-bleaching mortality) than M. capitata , despite having less resistance to bleaching (higher bleaching prevalence and severity). These differences indicate that bleaching susceptibility of a species is not always a good predictor of mortality following a bleaching event. By tracking the fate of individual colonies of resistant and susceptible phenotypes, contrasting ecological consequences of thermal stress were revealed that were undetectable at the population level. Furthermore, this approach revealed individuals that underwent particularly rapid recovery from mortality, including some colonies over a meter in diameter that recovered all live tissue cover from >60% partial mortality within just one year. These coral pairs continue to be maintained and monitored in the field, serving as a living library for future investigations on the ecology and physiology of coral bleaching.

Reef degradation induced by climate change is motivating interest in active management strategies to retain living coral cover including coral restoration. Understanding the level and range of heat tolerance available in coral populations is critical to determining their viability and may be important in choosing corals to propagate for restoration projects. There is a need to assess heat tolerance experimentally and to relate experimental performance to real-world bleaching conditions and outcomes. We sampled a model population of a key reef-building coral (Montipora capitata) in Kāneʻohe Bay, Oʻahu, Hawaiʻi and subjected fragments to an artificial heat stress profile. We subsequently revisited and assessed source colonies at the height of a natural bleaching event. Measurements of photosystem efficiency taken on samples during artificial heat stress were predictive of subsequent field bleaching responses of source colonies. By including experimental performance in additive modeling along with previous measures of symbiont community and source site characteristics, we improved predictions of later field outcomes. Survival of coral samples measured several months after experiencing the heat stress had strong positive predictive value for bleaching outcomes but also produced many false negatives. These results support the notion that heat tolerance is a complex trait with detectable partitioning of its underlying sources. This work reinforces the utility of heat-based experimentation both for understanding the biological underpinnings of heat tolerance and for gleaning information about individual corals that has direct applicability for conservation forecasting and restoration activities.

As queer and trans scientists, we face varied and systemic barriers to our professional success, resulting in our relative absence from faculty ranks at many institutions. In this Perspective, we call for a change in faculty hiring practices and present concrete guidance to make it a more inclusive process.