한국주변해역 뱀장어목 어류의 엽상자어에 의한 계통발생학적 연구

Abstract

초기생활기 개체발생학적 형태정보는 성어기 불확실한 분류군의 분류학적 위치를 구명하는데 있어 널리 이용되고 있다. 뱀장어목 어류는 형태가 매우 유사하여 속간 진단형질을 정의내리기 어려워 불확실한 분류군으로 알려져 있다. 본 연구에서는 엽상자어기 형태특징을 이용하여 처음으로 뱀장어목 엽상자어 5과 13속 19종의 유연관계를 구명하고자 한다. 본 연구에서는 2006년부터 2013년까지 한국 주변해역에서 채집한 뱀장어목 엽상자어 523개체에 근거하여 외부형태, 내부형태, 분자계통학적 연구를 수행하였다. 엽상자어의 발달단계는 4단계(부화직후 엽상자어, 변태 전 엽상자어, 변태 중 엽상자어, 변태 후 엽상자어)로 구분하였다. 뱀장어목 엽상자어의 형태특징을 비교하면, 계수형질에서 전체 근절수, 항문 전 근절수, 등지느러미앞 근절수 등이 종간 유용한 분류형질로 판단되었다. 계측형질에서는 전장에 대한 항문앞길이(붕장어과 엽상자어 3종은 77.8-89.3% vs 갯장어과 엽상자어 1종은 69.3-88.1% vs 곰치과 엽상자어 1종은 67.7-80.8% vs. 바다뱀과 엽상자어 8종은 41.3-75.6% vs. 오리주둥이과 엽상자어 3종은 37.5-50.0%)에서 과 수준으로 비교적 잘 구분되었다. 흑색소포 분포는 과의 진단형질로 나타났는데, 바다뱀과 엽상자어는 항문 뒤부터 척색 중앙에 흑색소포가 1열로 분포하고, 오리주둥이장어과 엽상자어는 머리 뒤부터 꼬리지느러미 앞까지 1열, 곰치과 엽상자어는 두부 전체에 점모양의 흑색소포가 분포하였다. 뱀장어목 엽상자어는 형태특징에서 대부분 과 수준으로는 단계통성을 나타내었으나, 붕장어과 엽상자어는 3그룹(붕장어속, 은붕장어속, 흰붕장어속)으로 다계통성을 나타내었는데, 이들은 주둥이모양(붕장어속은 둥글다 vs. 은붕장어속과 흰붕장어속은 뾰족하다), 소화관 형태(붕장어속과 은붕장어속은 소화관 끝이 신장되어 있지 않다 vs. 흰붕장어속은 소화관 끝이 뒷지느러미를 지나 길게 신장되어 있다), 등지느러미 위치(붕장어속과 은붕장어속은 몸의 중앙에 위치 vs. 흰붕장어속은 몸 후반부에 위치)에서 잘 구분된다. 또한, 바다뱀과의 까치물뱀속(Ophichthus) 및 돌기바다뱀속(Pisodonophis)은 성어기 진단형질이 중복되어 불확실한 분류군으로 간주되어 왔으나, 이들은 엽상자어기 항문 뒤 흑색소포수(까치물뱀속은 0-7개(대부분 4-5개) vs 돌기바다뱀속은 8개 이상)에서 잘 구분되었다. 까치물뱀속 어류는 엽상어기 형태특징에 따라 3 그룹(O. melanoporus, O. ophis vs. O. asakusae, O. melanoporus, O. cruetifer, O. gomesi, O. ocellatus vs. Ophichthus sp.) 으로 구분되었는데, 이들은 항문 전 소낭수(7개 vs. 8-9개 vs. 7개), 항문 뒤 흑색소포수(3-4개 vs. 4-7개 이하 vs. 없음) 및 등지느러미기점(몸의 전방 vs. 몸의 중앙 vs. 꼬리지느러미앞)에서 구분되었다. 따라서, 까치물뱀속에 속하는 O. melanoporus, O. ophis 및 Ophichthus sp. 엽상자어는 새로운 속에 포함 시켜야 할 것으로 사료된다. 뱀장어목 엽상자어는 체내기관에 소낭을 가지는 그룹과 소낭을 가지지 않는 그룹으로 구분되며, 이러한 소낭의 특수한 구조가 뱀장어목 어류의 진화와 어떤 연관성을 가지는지 조직학적으로 접근 하였다. 체내기관에 소낭을 가지는 엽상자어(바다뱀과)는 신장이 항문근처에 위치하며, 수직혈관수가 많고, 소화관이 몸의 중앙에 짧게 형성되어 있다. 반면, 체내기관에 소낭이 없는 엽상자어(붕장어과)는 신장이 항문보다 훨씬 이전에 위치하며, 수직혈관수가 적고, 소화관이 몸 후반부(전장에 대한 80% 이상)까지 길게 신장되어 있다. 바다뱀과 엽상자어 3종(날붕장어, 상주물뱀, 갯물뱀)의 소낭 조직을 관찰한 결과, 1, 2번 째 소낭에는 간조직이 관찰되며, 3번 째 소낭부터 등쪽에 긴 타원형의 세포들과 원형 혈관들로 구성되어 있다. 또한, 간조직 및 소낭 등쪽에 각각 2개의 수직혈관들이 척색 아래의 대동맥과 주정맥에 연결되어 있다. 반면, 일직선의 체내기관을 가지는 붕장어과 엽상자어는 간조직은 관찰되었으나, 원형 혈관들이 없고, 수직혈관수가 바다뱀과(10-16개)의 비해 4-5개로 현저히 적었다. 엽상자어기 소화관이 길수록 소화효율이 높은 것으로 알려져 있는데, 소화관이 짧지만 소낭을 가지는 바다뱀과의 경우, 소낭에 수많은 혈관이 분포되어 있어, 소화효율이 소낭이 없는 분류군 보다 더 높은 것으로 사료된다. 뱀장어목 엽상자어의 분자유연관계 분석은 미토콘드리아 DNA 12S, COI 영역과 핵 DNA RAG1영역을 이용하였다. Maximum-likelihood tree 분석결과 뱀장어목 어류는 과 수준에서는 대부분 단계통성을 나타내었으나, 붕장어과, 바다뱀과, 갯장어과, 오리주둥이장어과 어류는 다계통성을 나타내었다. 특히, 붕장어과는 3 그룹(붕장어속 Conger, 은붕장어속 Gnathophis, 흰붕장어속 Ariosoma)으로 나누어졌는데, 엽상자어기 형태결과와 유사한 결과를 보였다. 바다뱀과 어류들은 속간 다계통성을 나타내었다. 따라서, 붕장어과 및 바다뱀과 어류의 분류체계는 재정립 되어야 할 것으로 사료된다. 또한, 뱀장어목 엽상자어를 대상으로 한 외부, 내부형태 및 분자유연관계 결과를 종합하면, 소낭이 없고 일직선의 형태를 보이는 소화관을 가지는 붕장어과, 뱀장어과, 곰치과, 갯장어과 어류는 원시적인 그룹, 비교적 짧은 소화관을 가지는 바다뱀과, 오리주둥이장어과 어류가 가장 분화한 그룹인 것으로 추측된다.

Ontogenetic characters during larval stage are widely used to clarify the taxonomy status of uncertain groups. Anguilliformes group is representative of such an uncertain taxonomic group, for example it is difficult to define diagnostic characters at the genus when adult stage. The present study is the first attempt to clarify the relationships of 5 family 13 genera 19 species in the order Anguilliformes using larval characteristics. Our studies investigated external, internal morphology as well as molecular characters of many kinds of leptocephali based on a total of 523 specimens collected from the adjacent waters of Korea between 2006 and 2013. Development stage of leptocephali were divided into the 4 stages (engyodontic, euryodontic, metamorphic, glass eel). In counts the number of total myomeres, preanal myomeres and predorsal myomeres were considered to be useful taxonomic characters at species level. In mesurements, Anguilliformes leptocephali were well distinguished by preanal length in total length (77.8-89.3 in 3 Congridae species leptocephali, 69.3-88.1 in 1 Muraenesocidae species leptocephalus, 67.7-80.8 in 1 Muraenidae species leptocephalus, 41.3-75.6 in 8 Ophichthidae species leptocephali, 37.5-50.0 in 3 Nettastomatidae species leptocephali) at family level. In pigmentation, melanophore seemed to be diagnostic characters at family level, horizontal deep pigmented bands were present behind the anus and along the notochord in family Ophichthidae leptocephali; pigment were present behind the head to caudal terminal in family Nettastomatidae leptocephali; pigment were scattered on the head in family Muraenidae leptocephali. In morphological characters, Anguilliformes leptocephali were supported monophyly for the family level, whereas Congridae leptocephali were non-monopyhly because divided into 3 groups (Conger, Gnathophis, Ariosoma), there are well distinguished by shape of snout (round in Conger vs. acute in Gnathophis, Ariosoma), shape of digestive canal (intestine terminal not elongated in Conger, Gnathophis vs. intestine terminal elongated over to the anal fins in Ariosoma) and dorsal fin origin (middle of body in Conger, Gnathophis vs. caudal region in Ariosoma). Also, diagnostic characters were overlapped between Pisodonophis and Ophichthus when adult, regarding the uncertain group, but there are well distinguished by the number of post anal pigment (0-7 (most 4-5) in Ophichthus vs. more than 8 in Pisodonophis) at leptocephalus stage. Ophichthus leptocephali were divided into 3 groups (O. melanoporus and O. ophis vs. O. asakusae, O. melanoporus, O. cruentifer, O. gomesi and O. ocellatus vs. Ophichthus sp.) based on morphological characters, there are well differentiated in the number of gut swelling (7 vs. 8-9 vs. 7), the number of post anal pigment (3-4 vs. 4-7 vs. 0) and dorsal fin origin (anterior part of body vs. middle of body vs. caudal part). Therefore, O. melanoporus, O. ophis and Ophichthus sp. belongs to the Ophichthus are considered including the new genera. Anguillifomes leptocephali were separated the presence and absence of gut swelling in body organ, we examined whether to histologically such as the specific structure of the gut swelling association with evolutionary relationships among Anguilliformes species. Ophichthidae leptocephali having a gut swelling in body organ, which are characterized by the following morphological features: 1) kidney was located near the anus; 2) large number of vertical blood vessel; 3) digestive canal located middle of the body. On the other hand, Congridae leptocephali not having a gut swelling in body organ, which are characterized by the following morphological features: 1) kidney was located far anterior than anus; 2) less number of vertical blood vessel; 3) digestive canal considerably elongated to the posterior of the body (more than 80.0% in TL). A results of gut swelling tissue observation in the 3 species of (Echelus uropterus, Pisodonophis sangjuensis, Muraenichthys gymnopterus) belong to the Ophichthidae leptocephali: first and second gut swelling consisted of liver tissue; dorsal of third gut swelling consisted of a long oval cell and large number of rounded blood vessel. Also, liver tissue and dorsal or gut swelling were connected by two vertical blood vessels passing to the aorta and cardinal veins below the nothochord. On the other hand, having a straight body organ group (Congridae leptocephali), which is liver tissue in digestive canal, but, not having a rounded blood vessel, and the number of vertical blood vessel is 4-5 less than Ophichthidae leptocephali (10-16). In leptocephalus stage, digestive canal more elongate is known for highly digestive efficiency, in the case of Ophichthidae having a gut swelling and the short digestive canal, were distributed large number of blood vessel in gut swelling, digestive efficiency was considered to be higher than not having gut swelling groups. Molecular phylogenies were analyzed using mitochondrial DNA 12S rRNA, COI and nuclear DNA RAG1 genes. Maximum-likelihood tree showed that all families belonging to the order Anguilliformes were supported as reciprocal monophyly, except Congridae Ophichhtidae, Muraenesocidae and Nettastomatidae. In particular, Congridae species were divided into 3 groups (Conger, Gnathophis, Ariosoma), which is similar to the result of morphology in leptocephalus. Ophichthidae species were represented non-monophyly at generic level. Therefore, taxonomic status of Congridae and Ophichthidae species should be careful revised. Also, considering the external, internal morphology and molecular phylogenetic results about Anguilliformes leptocephali, the present study suggests that not having a gut swelling, and having a straight body organ in Congridae, Anguillidae, Muraenidae and Muraenesocidae species were primitive group, and having a relatively short body organ in Ophichthidae and Nettastomatidae species were most specialized group.