Changes in Reproductive Characteristics of Chameleon Goby Tridentiger trigonocephalus by Carbon Dioxide Exposure

(1)

한수지 51(1), 54-63, 2018

54 Copyright © 2018 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815 Korean J Fish Aquat Sci 51(1),54-63,2018

Original Article

서 론

산업활동의결과로에너지사용이증가하면서대기중에배 출된이산화탄소

(carboon dioxide, CO ₂ )

는점점증가하고있으 며증가된

CO ₂

^는^해수에^용해되어

pH

^를^{감소시키고}

carbonate

mineral

등의화학적불균형을초래하는등의해양산성화를야

기시킨다

(Caldeira and Wickett. 2005).

해수내

CO ₂

농도증가 에따른해양산성화는칼슘을포함하고있는외피를가진생물 들즉

,

갑각류와패류등의생물자원의감소를일으킬뿐만아 니라하위먹이단계의교란을일으켜해양생태계에큰변화를 초래할수있다

(Melzner et al., 2009; Dupont et al. 2010).

어류 에있어서는

CO ₂

농도증가에의해체내조직과체액의산성화 가유발되어혈액대사

,

호흡률

,

신경기능의변화를초래하는것

으로보고되어있다

(Esbaugh, 2017).

해양산성화에대한연구는매년보고되고있으나

(Browman, 2016),

어류를대상으로한연구

,

특히번식에미치는잠재적효 과에관한연구는미흡한실정이다

(Heuer and Grosell, 2014).

현재까지 보고된

CO ₂

노출에따른어류의주요번식연구로 는시나몬크라운피쉬

(Amphiprion melanopus)

^와^{큰가시고기}

(Gasterosteus aculeatus)

에서

CO ₂

농도증가에따른산란량증 가가보고되어있다

(Miller et al., 2013; Schade et al., 2014).

그 러나이와상반되게놀래기류의일종인

Symphodus ocellatus

와망둑어과에속하는

Gobiusculus flavescens

^에서는

CO ₂

노출 에의한산란행동및산란량의차이는나타나지않았다고보고 되어있다

(Forsgren et al., 2013; Milazzo et al., 2016).

또한수 컷어류를대상으로한연구에서도

CO ₂

노출의효과는뚜렷하

이산화탄소 노출에 따른 두줄망둑(Tridentiger trigonocephalus)의 번식 특성 변화

황인준·최상준 ¹ ·백혜자 ² *

서해수산연구소 양식산업과, ¹한국수산자원관리공단 생명자원실, ²부경대학교 자원생물학과

Changes in Reproductive Characteristics of Chameleon Goby Tridentiger trigonocephalus by Carbon Dioxide Exposure

In Joon Hwang, Sang Jun Choi

¹

and Hea Ja Baek

²

*

Aquaculture Industry Division, West Sea Fisheries Research Institute, Incheon 22383, Korea

1

Bioresources Team, Korea Fisheries Resources Agency, Busan 46041, Korea

2

Department of Marine Biology, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

We investigated the effect of CO ₂ exposure on the reproductive process of chameleon goby Tridentiger trigonocepha- lus. Rearing aquaria were exposed for 90 days to CO ₂ gas through diffuser connected with pH controller maintaining at pH 7.2 (156.31±7.90 ppm) in low treatment, and at pH 6.5 (274.17±6.51 ppm) in high treatment. CO ₂ treatment had no significant effects on survival rates although the value was decreased compared to the controls. In female fish, CO ₂ treatment had no significant effects on gonadosomatic index (GSI), hepatosomatic index (HSI) and condition factor (CF). However, high CO ₂ treatment decreased HSI and CF in males significantly compared to the controls (P<0.05). The spawning occurrence was 6 times in the low level CO ₂ treatment, and 4 times in the high level CO ₂ treatment although only once in the controls. For the histological observations, there was no significant difference in CO ₂ treatments. However, in male fish, CO ₂ treatment delayed the formation of sperm from spermatid compared to controls. These results suggest CO ₂ may disrupt reproductive process by delaying gametogenesis in chameleon goby and it was more sensitive in males.

Key words: Carbon dioxide, Chameleon goby, Reproduction, Tridentiger trigonocephalus

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

https://doi.org/10.5657/KFAS.2018.0054 Korean J Fish Aquat Sci 51(1) 54-63, February 2018

Received 22 November 2017; Revised 22 January 2018; Accepted 9 February 2018

*Corresponding author: Tel: +82. 51. 629. 5924 Fax: +82. 51. 629. 5931

E-mail address: [email protected]

(2)

이산화탄소 노출에 따른 두줄망둑의 번식특성

55

게나타나지않았다

(Inaba et al., 2003; Frommel et al., 2010).

번식과관련된이러한연구결과들은

CO ₂

노출효과가어종의 번식행동과생식기작에따라각각다른생리반응을나타낼수 있음을시사한다

.

두줄망둑

(Tridentiger trigonocephalus)

^은^{연안정착성}^어종으 로우리나라서해와남해의연안역과갯벌

,

^기수^및^담수에^서식 하며

,

중국

,

일본

,

러시아와미국서북부에분포한다고알려져 있다

(Chung, 1977).

또한부화후부터성숙하기까지의기간이 짧고사육이용이하여해양환경변화가해양생물에미치는영 향을평가하기에적합한어종으로판단된다

(Hwang and Baek, 2013; Cho et al., 2014).

^본^연구는^{두줄망둑을}^대상으로^이산화 탄소노출에따른번식생리반응변화를조직형태학적방법으 로조사함으로써해양의고농도이산화탄소환경이해산어류에 미치는위해성을평가하기위한기초자료로제공하고자한다

.

재료 및 방법

실험어

실험어는 경상남도 남해군창선면동대리인근의잘피밭에 서채집되었다

.

채집된실험어는즉시실험실로옮긴후곧바로

2-phenoxyethanol

^을^이용하여^마취^후

,

^전장

(cm)

^과^체중

(g)

^을

측정하였다

.

^그^후

oxytetracyclin (100 ppm)

^으로

1

^시간^동안^약 욕하여실험개시전까지

2

주동안순치하였다

.

순치기간동안 수온과광주기는각각

20±0.5℃

와

14L:10D

로유지하였으며

,

먹이공급은시판용사료를

1

일

2

회만복공급하였다

.

CO ₂ 노출

20 L

^사각^{유리수조에}^여과해수

15 L

^를^채우고^수조^당^실험 어

7

마리

(

암컷

4

마리

,

수컷

3

마리

)

씩수용하였고

,

실험은

2

반복 으로수행하였다

.

이산화탄소가스

(

농도

99%)

는

pH

조절기와 연결된

diffuser

를통해

automatic solenoid valve

를이용하여 이산화탄소농도를

ON/OFF

로조절하였고

,

저농도구는

pH

조 절기로

pH=6.8,

^{고농도구는}

pH=6.2

^로^조절한^후^{사육수조로} 공급하였다

(Fig. 1).

그후매일일정시간에사육수내의

pH

와

pCO2

를측정하였으며

, pH

는

pH meter (Orion 720A, USA), pCO2

는

titration method

를이용하여측정하였다

.

사육수는정 량송액펌프를이용하여

12 mL/min

으로환수되게하였고

,

먹이 는

1

^일

3

^회씩^잔존^사료가^남지^않도록^만복^{공급하였다}

.

^실험기 간은

90

일간진행되었으며

,

실험기간동안수온은

20±0.5℃,

광주기는

14L:10D

로조절하였다

.

또한실험중폐사어는계수 한후생존율을조사하였고

,

매일산란유무를확인하여산란횟 수를조사하였다

.

Fig. 1. Schematic diagram of CO₂-exposure experiment for chameleon goby Tridentiger trigonocephalus. Control tanks were natural seawater flow (②), high CO₂ tanks were pH 6.2 regulated by CO₂tank and pH controller (④), low CO₂ groups pH 6.8 regulated by CO₂tank and pH controller (③). Water flows were supplied with peristaltic pump.

CO

₂

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

₂

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

(3)

황인준

ㆍ

최상준

ㆍ

백혜자

56 생체지수, 간과 생식소의 조직학적 관찰

이산화탄소 노출

90

^일^후

,

^생존한 ^개체를^채집하여 ^전장과 무게를측정하였고각각의개체에서간과생식소를적출하여

0.01 g

까지무게를측정한후다음의식에의거하여 생식소

중량지수

(gonadosomatic index, GSI),

간중량지수

(hepatoso- matic index, HSI),

그리고비만도

(condition factor, CF)

를산 출하였다

.

GSI (%)=(gonad weight/body weight)×100 HSI (%)=(liver weight/body weight)×100 CF=(body weight/standard length ³ )×1000

적출된조직은

Bouin's solution

에

24

시간고정하였고

,

수세 및탈수과정을거쳐

paraffin

에포매한후

, 4-6 µm

의두께로 연속절편 하였다

.

제작된 조직표본은

Mayer's hematoxylin

과

0.5% eosin (H-E)

으로비교염색을실시한후광학현미경

(OLYMPUS BX-50, Japan)

^하에서^{관찰하였다}

.

통계분석

실험어의생체지수는모두평균

±

표준오차로나타내었으며

, Kruskal-Wallis

검정과

Bonferroni

다수비교검정을통해

95%

신뢰수준에서

CO ₂

노출에따른생체지수변화의유의차검정 을실시하였다

.

결 과

이산화탄소 노출에 따른 생존율 및 산란횟수

두줄망둑의농도별

CO ₂

^노출^기간^동안

,

^사육수의

pH

^는^대조 구에서

7.86±0.01, CO ₂

저농도구에서는

7.02±0.02

그리고

CO ₂

고농도구에서는

6.62±0.01

의 범위로 나타났다

(Fig. 2).

CO ₂

농도는대조구에서

51.18±2.56 ppm, CO ₂

Fig. 3. Effects of CO₂ on survival rates of chameleon goby Tridentiger trigonocephalus. Values are mean±SE from duplicate.

CO

₂

levels

Controls Low High

Survival rate (%)

0 20 40 60 80 100

CO

₂

levels

Control Low High

Number of cumulative spawning

0 1 2 3 4 5 6 7

GSI

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

HSI

0 2 4 6 8

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16

*

CO

2

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

2

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

Fig. 2. Changes in pH and concentrations of CO₂ during exposure period. Values are means±SE.

Fig. 4. Number of cumulative spawning of chameleon goby Tridentiger trigonocephalus during exposure periods.

CO

₂

levels

Controls Low High

Survival rate (%)

0 20 40 60 80 100

CO

₂

levels

Control Low High

Number of cumulative spawning

0 1 2 3 4 5 6 7

GSI

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

HSI

0 2 4 6 8

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16

*

(4)

57 156.31±7.90 ppm

그리고

CO ₂

274.17±6.51 ppm

의범위로나타났다

. 90

일간의노출기간동안

,

실험어의 생존율을살펴보면

,

대조구에서는

85.71 %, CO ₂

저농도구에서 는

64.29±7.14 %

^그리고

CO ₂

^{고농도구에서는}

42.86±42.86

%

로나타나

, CO ₂

농도가증가할수록생존율이감소하는경향 을보였으나통계적유의차는나타나지않았다

(Fig. 3). 90

일간 의노출기간동안일부개체가산란하였는데

,

대조구에서는단

1

회만관찰되었고

, CO ₂

저농도구에서는총

6

회그리고

CO ₂

고 농도구에서는총

4

회의산란이관찰되었다

(Fig. 4).

두줄망둑의 생체지수 변화

90

^일간의

CO ₂

^농도별^노출^종료^후

,

^암수별

GSI, HSI

^그리 고

CF

를 산출하였다

.

암컷의 경우

,

산란한개체와 산란하지

않은개체를분리하여 나타냈다

(Fig. 5).

산란하지않은암컷

CO

₂

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

₂

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

2

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

Fig. 5. Effects of CO₂ on GSI, HSI and CF of female chameleon goby Tridentiger trigonocephalus. Values are mean±SE from duplicate. GSI, gonadosomatic index; HSI, hepatosomatic index; CF, condition factor.

(5)

황인준

ㆍ

최상준

ㆍ

백혜자

58

의

GSI

^는^{대조구에서}

10.92±2.71

^이었으며

, CO ₂

^{저농도구에}

서는

6.38±1.53

으로 다소감소하였고

CO ₂

17.06±0.20

으로 대조구에 비해높은값을 나타냈으나 통계

적유의차는나타나지않았다

. HSI

는대조구에서

6.55±0.97, CO ₂

7.74±0.32

그리고

CO ₂

고농도구에서

는

7.45±0.92

^로^대조구에^비해^다소^{증가하였으나}^통계적^유

의차는나타나지않았다

. CF

는대조구에서

12.91±0.20

이었 고

, CO ₂

12.85±0.31

로대조구와유사하였고

CO ₂

15.90±2.89

로대조구보다증가하였으나 통계적유의차는나타나지않았다

.

산란한암컷의

GSI

^는 ^{대조구에서}

0.93±0.51, CO ₂

^저농도 구에서는

0.45±0.04

그리고

CO ₂

1.47±0.39

로나타나

CO ₂

노출에따른

GSI

의뚜렷한변화는나타나지 않았다

. HSI

는 대조구에서

7.22±1.21, CO ₂

저농도구에서

10.54±0.94

그리고

CO ₂

고농도구에서

8.73±1.60

으로

CO ₂

노출에의해

HSI

^가^대조구에^비해^다소^{증가하였으나}^통계적 유의차는 나타나지 않았다

. CF

는 대조구에서

13.15±1.09, CO ₂

13.37±0.27

그리고

CO ₂

고농도구에서 는

11.69±0.61

로나타났다

.

수컷의

GSI

는대조구에서

0.76±0.13

이었으나

, CO ₂

저농도 구에서

0.43±0.16

^그리고

CO ₂

^{고농도구에서}

0.51±0.26

^으로

CO ₂

노출에의해

GSI

가다소감소하는경향을보였으나통계

적유의차는나타나지않았다

. HSI

는대조구에서

5.90±0.46, CO ₂

저농도구에서

5.41±0.43

이었으나

CO ₂

고농도구에서

3.12±0.72

로대조구에비해유의하게감소한것으로나타났다

(P<0.05). CF

^{변화에서도}^{대조구에서}

13.15±1.09, CO ₂

^저농 도구에서

13.37±0.27

이었으나

CO ₂

11.69±

0.61

로대조구에비해

CF

가유의하게감소한것으로나타났다

(P<0.05).

간과 생식소의 조직학적 관찰

농도별

CO ₂

^에

90

^일간^노출^후

,

^산란하지^않은^성숙한^암컷의 간과생식소의조직학적관찰을살펴보면

,

난소내난모세포의 경우대조구와농도별

CO ₂

처리구에서의조직학적관찰결과

,

뚜렷한차이는관찰되지않았다

(Fig. 7A, 7B, 7C).

간조직관 찰결과

,

대조구를포함한모든실험구에서다소팽창한지방구

(lipid droplet)

^에^의해^간세포는^관찰이^잘^되지^않았으나^농도 별

CO ₂

노출에따른간세포또는지방구의변화는뚜렷하게나 타나지않았다

(Fig. 7D, 7 E, 7 F).

산란한암컷의간과생식소의조직학적관찰을살펴보면

,

난 소에서는 대조구와 실험구모두에서 난소 내 성숙난이 방란 후주변인기단계의어린난모세포들이드문드문분포하였다

(Fig. 8A, 8B, 8C).

간조직관찰결과

,

대조구에서는지방구들 이타원형으로비교적균일하고치밀한배열을보인반면

, CO ₂

처리구에서는지방구들이 다소일그러진 형태로관찰되었다

(Fig. 8D, 8E, 8F).

수컷의간과정소의조직학적관찰을살펴보면

,

정소조직에 서는대조구와실험구모두에서정모세포

,

정세포

,

정자무리들 이관찰되었다

.

^그러나

CO ₂

^{처리구에서}^정소소엽^내에^관찰되

는 정자들이 대조구에 비해다소적은 것으로나타났다

(Fig.

Fig. 6. Effects of CO₂ on GSI, HSI and CF of male chameleon goby Tridentiger trigonocephalus. Values are mean±SE from duplicate. Asterisks indicate significant differences compared to controls (P<0.05). GSI, gonadosomatic index; HSI, hepatosomatic index; CF, condition factor.

CO

₂

levels

Controls Low High

Survival rate (%)

0 20 40 60 80 100

CO

₂

levels

Control Low High

Number of cumulative spawning

0 1 2 3 4 5 6 7

GSI

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

HSI

0 2 4 6 8

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16

*

(6)

59 9A, 9B, 9C).

간조직에서는대조구에서타원형의균일한크기

의지방구들이치밀한구조로관찰되었으나

, CO ₂

처리구에서 는지방구들의형태와배열이다소불규칙한형태로나타났으 며일부지방구들은서로융합된형태로도관찰되었다

(Fig. 9D, 9E, 9F).

고 찰

본연구결과

CO ₂

농도증가에따른두줄망둑의생존율은통 계적유의차는나타나지않았지만감소하는경향을보임으로 써고농도의

CO ₂

노출은두줄망둑에독성효과를나타내는것 으로판단된다

. Ishimatsu et al. (2004)

^에^의하면

HCl

^과

CO ₂

를각각첨가후동일한

pH

로조절하여참돔의난과부화자어 의생존율을관찰한결과

, HCl

처리구에서는

90%

이상의생존 율을보였으나

, CO ₂

^{처리구에서는}

10%

^미만의^생존율을^나타 내어어류의초기생활사에대한

CO ₂

의독성을제시하였다

.

그 러나

CO ₂

농도증가에의해감소된생존율의원인에대해서는 아직까지명확하게밝혀진바가없으나넙치

(Paralichthys oli- vaceus)

^와^방어

(Seriola quinqueradiata)

^에서

CO ₂

농도증가에 의한혈액

pH

^의^저하

, CO ₂

^노출에^따른^심장^수축과^산소^공급 저하가그원인이라고하였다

(Hayashi et al., 2004; Lee et al., 2004).

향후연구에서두줄망둑의

CO ₂

노출에의한혈액

pH

변 화

,

혈액내산소농도분석등이요구된다

.

CO

₂

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

₂

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

Fig. 7. Histological observations of ovary and liver from unspawned females exposed to different levels of CO₂. A; Ovary from controls, B; Ovary from low CO₂ treatment, C; Ovary from high CO₂ treatment, D; Liver from controls, E; Liver from low CO₂ treatment, F; Liver from high CO₂ treatment.

(7)

황인준

ㆍ

최상준

ㆍ

백혜자

60

어류는해양생물중에서도비교적잘발달된산

-

염기균형조 절시스템을가지고있어고농도의

CO ₂

노출조건에서도체내

pH

^를^복원할^수^있다

(Brauner and Baker, 2009; Esbaugh et al., 2012).

그러나이온수송을통한

pH

조절은에너지소비가 큰생리반응이며

,

산

-

염기균형을유지하기위해사용된에너지 의증가는번식을포함한다른활동에이용할수있는에너지의 양을저감시킬수있다는것을암시한다

(Portner et al., 2004;

Ishimatsu et al., 2008; Sokolova et al., 2012).

^따라서

pH

^항 상성에대한증가된에너지요구량은암컷의번식에영향을미 치거나

,

산란량감소

,

부화자어의질에잠재적인결과를초래 할수있다

.

그러나본연구결과

,

노출기간동안

CO ₂

처리구에

서대조구에비해두줄망둑의산란횟수가더증가하였으며

,

저 농도

CO ₂

처리구에서산란횟수가가장높았다

. Hoffman et al.

(2010)

^과

Nielson and Holman (2012)

^등은^이와^관련하여^하 나의가설을제시하였다

. terminal investment

기작즉

, termi-

nal investment

를수행하는개체는항상성유지나성장보다는

번식을위한모든가용에너지를사용한다는것이다

. Terminal investment

는

2

가지의큰특징이있는데

, 1)

성체가생존하지못 하고

2)

^성체가^열악한^환경에^서식함에^따른^자손의^질

(qual- ity)

이저하되는경우이다

(Bonneaud et al., 2003).

본연구결 과

,

두줄망둑의산란횟수는뚜렷한증가를보였지만이결과는 점진적인생존율감소또는성체의생체지수의변화와는관련

CO

₂

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

₂

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

2

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

Fig. 8. Histological observations of ovary and liver from spawned females exposed to different levels of CO₂. A; Ovary from controls, B;

Ovary from low CO₂ treatment, C; Ovary from high CO₂ treatment, D; Liver from controls, E; Liver from low CO₂ treatment, F; Liver from high CO₂ treatment.

(8)

61

이없는것으로판단된다

.

특히

CO ₂

노출에따른수컷의

HSI

와

CF

가감소하였으나암컷에서는뚜렷한차이가나타나지않아

CO ₂

^노출에^따른^산란횟수^증가에

terminal investment

^기작을 적용하기에는무리가있을것으로사료된다

.

CO ₂

노출에의한산란횟수증가는

hormesis

효과로도해석 가능하다

(Constantini et al., 2010; Schreck CB, 2010). Horme- sis

는생물반응이외부물질

(

예

,

독성물질

)

의투여량에따라달 라지는경우발생하며

,

^특정^반응을^나타내는^투여량^이하의^농 도에서반응이증가하는현상이다

.

이러한관점에서고려해볼 때

, CO ₂

저농도구에서증가된산란횟수는

hormesis

효과에의 한것으로사료된다

.

그러나특정에너지소요또는소비없이산

란을포함한일련의번식행동이극적으로증가할수있는기작 을파악하기위해서는관련내분비연구가요구된다

.

또한

CO ₂

노출에의한산란횟수증가와같은긍정적인 기능과함께부 화자어의난황감소

(Miller et al., 2013)

도보고되어있으므로

,

CO ₂

노출이후

F1

세대를대상으로한향후연구도필요할것

으로생각된다

.

90

일간의

CO ₂

노출종료후암컷의

GSI, HSI

그리고

CF

등 은뚜렷한변화를보이지않았으며

,

^난소와^간의^조직학적^관찰 에서도뚜렷한변화는나타나지않았다

.

그러나수컷의

HSI

와

CF

는유의하게감소하였다

.

탄산과잉

(hypercapnia),

즉고농도 의

pCO ₂

에노출된어류는호흡계통

,

순환계통

,

그리고대사활

CO

₂

treatment

Controls Low High

pH

6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

CO

₂

treatment

Controls Low High

Concentrations of CO

2

(ppm)

0 50 100 150 200 250 300 350

Unspawned females

GSI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

HSI

0 2 4 6 8 10

CO

2

levels

Control Low High

CF

0 5 10 15 20

Spawned females

GSI

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

HSI

0 2 4 6 8 10 12 14

CO

₂

levels

Control Low High

CF

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO

₂

tank

Supply tank

(Natural seawater) Control tank (Natural sea water)

Low CO

₂

tank High CO

₂

tank

Peristaltic pump

pump pump

pH controller

(pH=6.8) pH controller

(pH=6.2)

CO

₂

tank

Control tank-1

Control tank-2

Low CO

₂

tank-1

Low CO

₂

tank-2

High CO

₂

tank-1

① ②

③ ④

②

③

④

④ High CO

₂

tank-2 Fish tanks

Sz

50 µm

50 µm 600 µm

600 µm

50 µm

A D

B E

C F

A D

B E

C F

A D

B E

C F

50 µm

50 µm 150 µm

150 µm 50 µm

Fig. 9. Histological observations of testis and liver from males exposed to different levels of CO₂. A; Testis from controls, B; Testis from low CO₂ treatment, C; Testis from high CO₂ treatment, D; Liver from controls, E; Liver from low CO₂ treatment, F; Liver from high CO₂ treatment. Scale bars are 20 µm. Sz, spermatozoa; solid arrow head, spermatid; blank arrow head, spermatocyte.

(9)

황인준

ㆍ

최상준

ㆍ

백혜자

62

동과같은생체내생리적기능에영향을받고

,

^이러한^기능들의 변화는성장둔화

,

번식력저하

,

유영력감소등의결과를낳는 다

(Brauner and Baker, 2009; Ishimatsu et al., 2005). Fivelstad

et al. (1999)

는대서양연어를대상으로이산화탄소에노출시

킨결과

,

대조구와비교하여저농도

(pCO ₂ =19 ppm)

와고농도

(pCO ₂ =32 ppm)

^에^노출^시킨^{실험구에서}^유의적인^성장^둔화 및

CF

의감소를보여본연구에서의두줄망둑수컷결과와유사 하였으며

, Smart (1981)

와

Fivelstad et al. (2003)

은

CF

의감소 는먹이섭취의감소와관련이있을것으로보고하였다

.

수컷의간조직관찰결과에서도대조구에서는지방구들이균 일하고치밀한배열을보인반면

, CO ₂

^{처리구에서는}^지방구들 이다소팽창하고불규칙하게일그러진형태로관찰되었다

.

따 라서

CO ₂

노출이두줄망둑수컷에서독성으로작용하여간내 지방구들이불규칙적인형태로다소팽창하고이로인해

HSI

와

CF

가감소한것으로생각된다

.

어류의간은담즙의대사

,

유기 화합물과중금속해독

,

^영양^대사^및^{영양물질의}^체내^저장^그리 고성호르몬대사등의기능을담당한다

(Health, 1995; Hinton et al., 2001).

어류의간조직이오염물질노출에따른가장일반 적인반응은조직내글리코겐과지질의축적이며

,

더심할경우 괴사현상이나타난다고알려져있다

(Myers et al., 1987; Wolf and Wolfe, 2005).

^또한^{남극지역에}^서식하는^어류의^간세포에

1%

의이산화탄소를노출시킨결과

,

간세포의세포내단백질 동화작용이급격히떨어지고

,

이로인해간의정상적인기능에 제한을받는것으로보고되어있다

(Langenbuch and Pörtner,

2003).

그러나두줄망둑암컷에서는뚜렷한변화가나타나지

않았는데

,

^이^부분에^있어서는

CO ₂

^노출에^대한^민감도가^동 일한어종이라도성별에따라다르게나타나는것으로판단된 다

.

이와관련한향후생리

·

생화학적기법을이용한실험분석 이요구된다

.

이산화탄소농도증가가어류의번식내분비기작에미치는영 향은현재까지거의알려진바가없다

(Pankhurst and Munday, 2011).

본연구에서정소의조직학적관찰결과

,

대조구의경우 정모세포와정세포의활발한분열증식이관찰되었으며

,

정소 소낭상피세포벽이얇아지면서내강에는많은정자들이관찰 되었다

.

그러나이산화탄소노출구에서는정모세포와정세포 의분열증식이이루어지고있었고

,

^일부^정자들도^{관찰되었으} 나

,

대조구와비교해볼때정세포에서정자로의형성과정이다 소지연되는것으로판단되었다

.

대구류

(Gadus morhua)

^의^정 액은

CO ₂

노출에의한정자속도

,

운동성등에뚜렷한효과가 나타나지않았다고보고되어 있다

(Frommel et al., 2010).

한 편

, CO ₂

^노출에^의한^가자미류^정액의^운동성^저해가^보고되 어있는데

,

가자미류정액은

CO ₂

를

HCO ₃ ^-

로전환하는효소인

carbonic anhydrase

가다량함유되어있으며이효소가정자의 운동성저해인자라고제시하였다

(Inaba et al., 2003).

그러나가 자미류를제외한다른어종에서는정액에

carbonic anhydrase

가거의없기때문에이효소에의한정자운동성저해는없을

것이라고보고하였다

(Inaba et al., 2003).

^본^연구의^{실험어종인} 두줄망둑은수정시에수중에방정하지않고암컷이산란하면

수컷이산란된난에정액을묻혀서수정하는번식특성

(Hwang

et al., 2011)

으로인해

CO ₂

노출이정액에직접적인영향을미 치지는않을것으로판단된다

.

그러나앞서간조직관찰결과와

HSI, CF

^감소^등을^고려했을^때

, CO ₂

^{처리구에서}^수컷의^정자 형성이지연되는것은이산화탄소에노출된수컷의생리상태 저하에따라정소의성숙이지연된것으로생각된다

.

사 사

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비

(2016

년

, C-D- 2016-0262)

에의하여연구되었음

.

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Changes in Reproductive Characteristics of Chameleon Goby Tridentiger trigonocephalus by Carbon Dioxide Exposure

54

Copyright © 2018 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815 Korean J Fish Aquat Sci 51(1),54-63,2018

Original Article

(carboon dioxide, CO 2 )

CO 2

pH

carbonate

mineral

(Caldeira and Wickett. 2005).

CO 2

,

(Melzner et al., 2009; Dupont et al. 2010).

CO 2

,

,

(Esbaugh, 2017).

(Browman, 2016),

,

(Heuer and Grosell, 2014).

CO 2

(Amphiprion melanopus)

(Gasterosteus aculeatus)

CO 2

(Miller et al., 2013; Schade et al., 2014).

Symphodus ocellatus

Gobiusculus flavescens

CO 2

(Forsgren et al., 2013; Milazzo et al., 2016).

CO 2

황인준·최상준 1 ·백혜자 2 *

Changes in Reproductive Characteristics of Chameleon Goby Tridentiger trigonocephalus by Carbon Dioxide Exposure

1

2

1

2

Key words: Carbon dioxide, Chameleon goby, Reproduction, Tridentiger trigonocephalus

https://doi.org/10.5657/KFAS.2018.0054 Korean J Fish Aquat Sci 51(1) 54-63, February 2018

Received 22 November 2017; Revised 22 January 2018; Accepted 9 February 2018

*Corresponding author: Tel: +82. 51. 629. 5924 Fax: +82. 51. 629. 5931

E-mail address: [email protected]

55

(Inaba et al., 2003; Frommel et al., 2010).

CO 2

.

(Tridentiger trigonocephalus)

,

,

,

,

(Chung, 1977).

(Hwang and Baek, 2013; Cho et al., 2014).

.

실험어

.

2-phenoxyethanol

,

(cm)

(g)

.

oxytetracyclin (100 ppm)

1

2

.

20±0.5℃

14L:10D

,

1

2

.

CO 2 노출

20 L

15 L

7

(

4

,

3

)

,

(carboon dioxide, CO ₂ )

CO ₂

CO ₂

CO ₂

CO ₂

CO ₂

CO ₂

CO ₂

황인준·최상준 ¹ ·백혜자 ² *

¹

²

CO ₂

CO ₂ 노출