Abstract Atmospheric carbon dioxide (CO2) levels are rapidly rising causing an increase in the partial pressure of CO2 (pCO2) in the ocean and a reduction in pH known as ocean acidification (OA). Natural volcanic seeps in Papua New Guinea expel 99% pure CO2 and thereby offer a unique opportunity to explore the effects of OA in situ. The corals Acropora millepora and Porites cylindrica were less abundant and hosted significantly different microbial communities at the CO2 seep than at nearby control sites <500 m away. A primary driver of microbial differences in A. millepora was a 50% reduction of symbiotic Endozoicomonas. This loss of symbiotic taxa from corals at the CO2 seep highlights a potential hurdle for corals to overcome if they are to adapt to and survive OA. In contrast, the two sponges Coelocarteria singaporensis and Cinachyra sp. were ∼40-fold more abundant at the seep and hosted a significantly higher relative abundance of Synechococcus than sponges at control sites. The increase in photosynthetic microbes at the seep potentially provides these species with a nutritional benefit and enhanced scope for growth under future climate scenarios (thus, flexibility in symbiosis may lead to a larger niche breadth). The microbial community in the apparently pCO2-sensitive sponge species S. massa was not significantly different between sites. These data show that responses to elevated pCO2 are species-specific and that the stability and flexibility of microbial partnerships may have an important role in shaping and contributing to the fitness and success of some hosts.

Scleractinian corals harbor microorganisms that form dynamic associations with the coral host and exhibit substantial genetic and ecological diversity. Microbial associates may provide defense against pathogens and serve as bioindicators of changing environmental conditions. Here we describe the bacterial assemblages associated with two of the most common and phylogenetically divergent reef-building corals in the Caribbean, Montastraea faveolata and Porites astreoides. Contrasting life history strategies and disease susceptibilities indicate potential differences in their microbiota and immune function that may in part drive changes in the composition of coral reef communities. The ribotype structure and diversity of coral-associated bacteria within the surface mucosal layer (SML) of healthy corals were assessed using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprinting and 454 bar-coded pyrosequencing. Corals were sampled at disparate Caribbean locations representing various levels of anthropogenic impact. We demonstrate here that M. faveolata and P. astreoides harbor distinct, host-specific bacteria but that specificity varies by species and site. P. astreoides generally hosts a bacterial assemblage of low diversity that is largely dominated by one bacterial genus, Endozoicomonas, within the order Oceanospirillales. The bacterial assemblages associated with M. faveolata are significantly more diverse and exhibit higher specificity at the family level than P. astreoides assemblages. Both corals have more bacterial diversity and higher abundances of disease-related bacteria at sites closer to the mainland than at those furthest away. The most diverse bacterial taxa and highest relative abundance of disease-associated bacteria were seen for corals near St. Thomas, U.S. Virgin Islands (USVI) (2.5 km from shore), and the least diverse taxa and lowest relative abundance were seen for corals near our most pristine site in Belize (20 km from shore). We conclude that the two coral species studied harbor distinct bacterial assemblages within the SML, but the degree to which each species maintains specific microbial associations varies both within each site and across large spatial scales. The taxonomic scale (i.e., phylum versus genus) at which scientists examine coral-microbe associations, in addition to host-elicited factors and environmental fluctuations, must be considered carefully in future studies of the coral holobiont.