Relationship between gonadosomatic index and spawning-capable status based on gonadal histology in the moonfish Mene maculata

방대한 어류의 다양성 속에서, 어떤 종들은 단순히 외형뿐만 아니라 그 고립된 존재 자체로 눈에 띕니다. 문피시(moonfish), Mene maculata는 인도-서태평양의 따뜻한 해역에 흩어져 서식하는 독특한 진화적 계보의 유일한 생존 종입니다. 이 생명체들을 연구하는 과학자들에게 이들이 어떻게 번식하는지를 이해하는 것은 생존을 이해하는 핵심입니다. 물고기의 번식을 추적하기 위해 흔히 사용되는 도구는 생식 기관의 무게를 전체 체중과 비교하는 간단한 측정값인 생식소 지수(gonadosomatic index)입니다. 이 수치가 상승하면 보통 물고기가 산란을 준비하고 있다는 신호가 됩니다. 하지만 이 수치는 크기에 대한 단편적인 모습일 뿐, 세포 내부에서 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지는 보여주지 않습니다. 물고기가 실제로 알이나 정자를 배출할 준비가 되었는지 정말로 알기 위해서, 연구자들은 세포의 미세한 발달 과정을 살펴봐야 합니다. 이 과정은 물고기가 진정으로 산란할 능력이 있는지, 아니면 단지 무거운 장기를 품고 있을 뿐인지를 밝혀줍니다.

문피시의 경우, 이전 연구들은 이 무게 기반의 측정을 통해 물고기가 언제 산란하는지 추측해 왔으며, 늦여름과 초가을 사이에 정점에 달한다고 제안했습니다. 일부 초기 관찰은 심지어 이 물고기들이 모든 알을 한꺼번에 배출할 수도 있다는, 즉 '전체 산란(total spawning)'이라 알려진 전략을 암시하기도 했습니다. 그러나 난소와 정소의 내부를 들여다보지 않고서는 이러한 아이디어들은 증명되지 않은 상태로 남았습니다. 한 연구팀은 일본 근해에서 채집한 문피시의 실제 조직을 조사함으로써 이 간극을 메우고자 했습니다. 그들은 생식 기관의 무게가 생물학적 준비 상태와 실제로 일치하는지, 그리고 문피시의 독특한 진화적 역사가 어떤 특이한 생식 구조로 이어졌는지를 확인하고자 했습니다.

과학자들은 살아있는 문피시를 채집하여 후쿠시마 해양과학박물관의 수조에서 크릴과 새우를 먹이며 건강하게 관리했습니다. 시간이 흐르면서 일부 물고기는 자연사했고, 다른 물고기들은 연구를 위해 세심하게 안락사되었습니다. 연구팀은 각 물고기의 길이와 무게를 측정한 다음, 생식 기관을 조심스럽게 제거했습니다. 그들은 이 조직들을 화학 용액에 보존하고, 현미경 아래에서 세포가 보이도록 매우 얇게 절단한 뒤 염료로 염색했습니다. 이를 통해 아주 작은 초기 단계부터 방출 준비가 된 완전히 성숙한 세포에 이르기까지, 모든 알이나 정자 세포의 정확한 발달 단계를 볼 수 있었습니다.

수컷 문피시를 관찰했을 때, 그들은 이토록 독특한 물고기치고는 놀라울 정도로 평범한 구조를 발견했습니다. 정소는 작은 엽(lobe)들로 구성되어 있었고, 정자를 생성하는 줄기 세포들은 한쪽 끝에 국한되지 않고 이 엽들 속에 자유롭게 퍼져 있었습니다. 이러한 패턴은 많은 현대 어류에서 흔히 나타나는 것으로, 문피시가 정자를 만드는 특별하고 독특한 방식을 진화시키지 않았음을 시사합니다. 더 중요한 것은, 연구진이 정소의 무게가 전체 이야기를 다 해주지는 않는다는 것을 발견했다는 점입니다. 그들은 7마리의 수컷 물고기를 조사했는데, 생식 기관의 무게가 매우 낮은 개체들조차도 배출될 준비가 된 완전히 성숙한 정자를 가지고 있음을 발견했습니다. 사실, 연구 대상이 된 모든 수컷은 생식 기관이 체중에 비해 얼마나 무겁든 상관없이 생물학적으로 산란할 준비가 되어 있었습니다. 이는 수컷 문피시에게 있어 낮은 무게 측정값이 번식 준비가 되지 않았음을 의미하는 것이 아님을 시사합니다. 즉, 그들은 생식 기관이 크게 부풀지 않고도 성숙한 정자를 보유할 수 있습니다.

암컷의 이야기는 달랐습니다. 연구진은 암컷의 난소 무게가 물고기가 커짐에 따라 증가한다는 것을 발견했으며, 특히 높은 생식 기관 무게를 가진 암컷 한 마리를 식별해 냈습니다. 이 물고기 내부에서는 모든 가능한 단계에 있는 알들이 복잡하게 섞여 있는 모습이 관찰되었습니다. 이제 막 성장을 시작하는 작고 미성숙한 알부터, 영양분을 채우고 있는 중간 크기의 알, 그리고 배출될 준비가 된 커다란 성숙한 알까지 존재했습니다. 이렇게 서로 다른 단계의 알들이 동시에 존재하는 것은 '배치 산란자(batch spawner)', 즉 알을 한꺼번에 쏟아내는 대신 일정 기간에 걸쳐 무리 지어 배출하는 물고기의 특징입니다. 이 발견은 문피시가 전체 산란을 한다는 이전의 아이디어에 직접적으로 도전하는 것입니다. 조사된 다른 암컷 물고기들은 대부분 미성숙한 알들을 가지고 있었는데, 이는 아직 산란 준비가 되지 않았음을 나타냅니다.

연구는 생식 기관의 무게가 유용한 단서가 될 수는 있지만, 특히 수컷의 경우 준비 상태를 나타내는 완벽한 지표는 아니라고 결론짓습니다. 문피시의 경우, 수컷은 생식 기관이 작더라도 충분히 산란할 능력이 있는 반면, 암컷의 준비 상태는 알들이 함께 자라는 특정한 복잡한 내부 상태와 연결되어 있습니다. 실제 세포를 관찰함으로써, 연구자들은 이 독특한 물고기가 어떻게 번식하는지에 대한 더 명확한 그림을 제공했습니다. 그들은 문피시가 아마도 시즌 동안 여러 차례에 걸쳐 알을 배출할 것이라고 밝혔으며, 이 전략은 탁 트인 대양에서 새끼들의 생존을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 상세한 내부 관찰은 문피시가 비록 그 종류의 마지막 생존자임에도 불구하고, 친척 관계에 있는 많은 종과 공유하는 번식 패턴을 따르고 있음을 확인시켜 주었습니다. 즉, 익숙함과 독특함을 동시에 보여주고 있습니다.