인공생산 뱀장어(Anguilla japonica) 자어의 소화기관 발달 특성

Histological Development of the Digestive System in Artificially Produced Anguilla japonica Larvae

Abstract

Freshwater eel Anguilla japonica is a commercially important species in East Asia. However, given the continuously decreasing resources due to many problems as climate change, habitat destruction and overfishing, mass seed production is crucial. In particular, the eel larvae present a unique life history, spending prolonged periods in the Pacific Ocean. Therefore, finding suitable feed that lasts through the long larval stages is rather difficult. In the present study, we histologically observed the development of digestive organs for 50 days after hatching (DAH). The endogenous reserves were completely absorbed at 7 DAH, and the first exogenous feeding started thereafter. The teeth appeared at 4 DAH and dramatically changed from needle-like to broad-based types by 50 DAH. The intestine remained as straight gut until 50 DAH. The intestinal cilia appeared first at 6 DAH and their density continuously increased thereafter. Interestingly, goblet cells appeared in the intestine, but not in the esophagus, where these cells are commonly observed in other teleosts. In addition, high amounts of eosinophil substances, assumed to be zymogen granules, accumulated in the pancreas, suggesting a specific digestive strategy of this species. Overall, these observations largely update the previous reports and can be useful to improve A. japonica seed production.

서론

뱀장어(Anguilla japonica)는 강하성 어종으로 한국, 일본, 대만, 중국, 필리핀 북부에 분포하며(Tesch, 2003; Kuroki et al., 2009), 동아시아에서 상업적으로 매우 중요한 양식대상 어종이다(Hsu et al., 2015). 뱀장어는 괌 인근 해산에서 산란 및 부화한 후 북적도 해류와 쿠로시오 해류를 따라 이동하며(Aoyama et al., 2014), 자어기인 yolk-sac larvae, pre-leptocephalus, lep- tocephalus, metamorphosis 단계를 거쳐(Mochioka, 2003) 치어인 실뱀장어(Glass eel)가 되어 강으로 소상한다(Tsukamoto et al., 2003). 하지만 해양환경 및 기후 변화, 서식지 파괴, 남획 등 다양한 원인으로 뱀장어 자원은 급격히 감소하고 있으며 (Tsukamoto et al., 2009; Chen et al., 2014), 이로 인해 소상하는 실뱀장어 포획에 의존하고 있는 뱀장어 양식산업은 큰 위기에 처해있다(Yamada et al., 2019). 이에 따라, 극동산 뱀장어의 자원 보호와 양식산업의 안정화를 위한 뱀장어 인공종자 대량생산 기술개발이 시급히 요구되고 있다. 뱀장어 인공종자 생산연구는 1960년대부터 시작되어(Hibiya, 1970) 현재까지도 활발히 진행되고 있지만, 독특한 생활사를 가진 뱀장어 자어에 적합한 사육시스템 및 먹이원을 찾지 못하여 아직 실험실 수준의 소규모 생산에 그치고 있다. 뱀장어 자어는 자연에서 marine snow (해중설)라고 불리는 표층에서 떨어지는 유기물(Otake et al., 1993; Miller et al., 2013) 및 피낭동물인 Larvacean의 집 (Westerberg, 1990) 등을 섭취하는 것으로 보고되고 있으나, 해당 물질을 사육환경에 적용시키는 것은 매우 어렵다. 따라서 로티퍼, 동물성 플랑크톤, 홍합 유생 등 다양한 먹이원 적용을 시도했었지만 뱀장어 자어의 성장과 생존에는 적합하지 않았고(Satoh, 1979; Yu et al., 1993; Tanaka et al., 1995), 이후 곱상어(Squalus acanthias) 알을 기반한 slurry 형태의 인공사료를 개발하여 실뱀장어까지 사육하는데 성공하였다(Tanaka et al., 2001; Tanaka et al., 2003). 하지만, Hsu et al. (2015)에 따르면 곱상어알 기반의 사료는 뱀장어 자어의 소화 및 흡수 능력에 적합하지 않으며, 실제 해당 사료를 사용하여 생산한 인공생산 자어는 자연개체에 비해 느린 성장과 낮은 생존율을 나타낸다(Tsukamoto, 2014). 따라서 뱀장어 자어에 적합한 먹이원 개선은 종자 대량생산을 위해 해결해야 할 큰 문제 중 하나로 남아있다.

어류의 자어는 성장과 생존을 위해 적합한 먹이 포획, 섭취, 소화, 흡수를 위한 구조적 그리고 기능적으로 잘 발달된 소화기관이 필요하다(Kjørsvik et al., 2004). 하지만, 초기 자어의 소화기관은 그 기능이 제한적이기 때문에(Rønnestad et al., 2013; Yúfera et al., 2018) 완전히 기능하기까지 일련의 발달 변화가 필요하며(Govoni et al., 1986), 그 시기는 어종에 따라 차이가 있다(Treviño et al., 2011). 특히, 뱀장어 자어는 마린스노우를먹으며 일반 양식어류에 적용되는 많은 초기 먹이원들이 전혀 적용되지 않기 때문에, 일반적인 어류 자어와는 다른 독특한 초기 소화 특성을 가지고 있을 것으로 추측된다.

뱀장어 자어의 소화기관에 대한 연구는 자연산의 경우 전장 11-48 mm 개체의 장 미세구조가 보고되었으며(Otake, 1996), 인공산에서는 부화 후 6-13일 초기 자어의 발달특성에 대하여 보고된 바 있다(Kurokawa et al., 1995; Otake, 1996; Kurokawa and Pedersen, 2003; Ozaki et al., 2006; Yoshimatsu, 2011). 이들 대부분의 연구는 초기 자어를 대상으로 한 단기간의 관찰이거나, 가느다란(slender) 체형의 얇고 긴 소화관으로 인하여 일부 기관만 관찰되어왔기 때문에 소화기관 전체의 발달 특성을 이해하기에 부족함이 있었다. 따라서, 독특한 생태생리 특성을 가지는 뱀장어 자어의 소화발달 특성을 이해하고 이를 기반으로 적합한 인공사료를 개발하기 위해서는 긴 자어기에 걸친 소화기관의 전반적인 관찰이 요구된다. 이 연구에서는 뱀장어자어의 yolk-sac larvae, pre-leptocephalus, leptocephalus 단계를 포함하는 부화 후 0일부터 50일까지 자어의 소화기관을 조직학적으로 관찰하여 뱀장어 자어의 초기생활사 이해 및 인공 종자 생산 기술 개발에 필요한 기초정보를 축적하고자 하였다.

재료 및 방법

친어 관리 및 부화자어 생산

뱀장어 부화자어의 생산을 위하여 암컷 친어는 전라남도 부안에서 2018년 9월에 채포한 자연산 1개체(1, 042 g/BW)를 사용하였으며, 수컷은 자연산 실뱀장어를 채포하여 양식장에서 3 년간 키운 1개체(187 g/BW)를 이용하였다. 확보된 친어들은 약 20°C의 해수에 천천히 순치시켰다. 암수 친어의 성성숙 유도를 위하여 Kim et al. (2007)의 방법을 따라 암컷은 6주 동안 매주 연어 뇌하수체 추출물(Salmon pituitary extract, SPE; Yasaka, Tokyo, Japan)을 20 mg/fish, 수컷은 12주 동안 매주 인간 태반성 성선자극호르몬(human chorionic gonadotropin, hCG; Daesung Microbiological, Uiwang, Korea)을 체중 1 g 당 1 IU씩 복강에 주사하여 성성숙을 유도하였다. 암컷 체중이 초기 체중의 20%이상 증가하였을 때 생식공에 실리콘 관을 삽입하여 난을 채취하였으며 난경이 900 μm 이상으로 증가하였을 때 17α-hydroxyprogesterone (OHP; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 10 mg/fish와 17, 20β-dihydroxy- 4-pregnen-3-one (DHP; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 10 mg/fish을 복강에 주사하여 최종 성숙 및 배란을 유도하였다. 수컷의 경우 복부압박으로 채정하여 수정에 이용하였다. 최종적으로 수정란 생산을 위하여 약 20°C 해수의 배란 유도 수조에 성숙한 암컷과 수컷을 각 1마리씩 합사한 뒤 23°C로 서서히 수온을 높여 자연 산란 및 수정을 유도하였다. 그 결과 2018년 12월 27일(오전 9시경)에 집란조에 모인 수정란을 확인할 수 있었고, 부상된 수정란은 약 23°C의 레이스형 부화 수조에 이동시켜 부화 시까지 관리하여 약 48시간 후에 90% 이상 부화하였다.

자어 사육

부화된 자어는 부화 후 6일까지 500 L 원통형 수조에서 먹이 공급 없이 25 μm와 10 μm의 카트리지 필터로 500마리 수준으로 수용하였으며, 부화 후 7일째의 15시부터 첫 먹이 공급을 실시하였다. 먹이는 곱상어 알을 기초로 하여 대두박, 곤쟁이, 어분, 비타민 등으로 슬러리 형 사료로 제작하여 공급하였으며 (Kim et al., 2014), 하루 5회(09:00, 11:00, 13:00, 15:00, 17:00) 각 수조 당 6 mL의 사료를 공급하였다. 부화 후 7일부터 50일까지 주수량과 사료 점도는 약 1.0 L/min, 100 mPa·s이었다.

샘플링 및 조직학적 분석

부화자어의 소화기관 발달을 조직학적으로 관찰하기 위하여 부화 직후부터 부화 후 7일까지는 매일, 그리고 부화 후 10일, 15일, 30일, 50일째에 20마리 이상 샘플링하였다. 채집된 개체는 마취제(MS-222, Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfo- nate; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 200 ppm으로 마취한 후 실체현미경(SteREO Discovery. V20; Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)에 연결된 디지털카메라(AxioCam MRc5; Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)로 촬영한 뒤 즉시 Bouin’s 용액에 24시간 고정하였다. 각 샘플 일에 20마리씩 촬영된 자어는 Image analysis software (ZEN 2012 blue edition; Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)를 이용하여 전장(total length, TL)을 측정하였고, 고정된 자어는 파라핀 포매법에 따라 파라핀 블록을 제작한 후 마이크로톰(RM2255; Leica, Wet- zlar, Germany)을 이용하여 4-6 μm 두께로 소화기관과 평행하게 횡단으로 연속절편하였다. 이후 슬라이드글라스에 절편을 부착한 뒤 Crossmon’s Trichrome 염색하여 관찰하였다. 일부 시료는 식도와 장의 배상세포 발달을 확인하기 위해 ab-PAS 염색을 실시하였다. 이후 슬라이드 커버로 봉입한 뒤 광학 현미경 (DM6000B; Leica, Wetzlar, Germany)에 연결된 디지털카메라(DFC₄₅0 C; Leica, Wetzlar, Germany)를 이용하여 소화 경로의 구강인두, 식도, 장과 소화를 돕는 분비 기관인 간, 담낭, 췌장의 발달 변화를 중점적으로 관찰하였다.

결과

내부영양물질 흡수

A. japonica 자어의 부화 직후 전장은 3.31-3.79 mm (평균 3.61±0.14, n=20)였으며, 부화 후 50일에 16.41-19.49 mm ( 평균 17.86±0.82, n=20)까지 성장하였다. 부화 후 0-50일 자어의 전장과 부화 일수의 관계식은 y=0.255x+4.996 (r²=0.981) 이었다(Fig. 1). 뱀장어 자어는 발달함에 따라 내부영양물질과소화기관에 큰 변화가 나타났다(Fig. 2). 부화 시 자어의 난황 (yolk sac, YS)은 전체 체면적의 2/3 이상 차지하였으며, 유구 (oil droplet, OD)는 몸의 앞부분에 한 개 존재하였다(Fig. 2A). 내부영양물질은 앞부분부터 흡수되기 시작하였고 부화 후 1일에는 앞쪽 난황이 흡수되어 난황합포체층(yolk syncytial layer, YSL)만 남은 채 유구는 뒤로 이동하였다(Fig. 2B). 부화 후 6일에는 대부분의 난황이 흡수되었으며 장 밑부분을 따라 소량의 난황과 난황합포체층이 관찰되었다(Fig. 2G). 부화 후 7일에는 유구가 대부분 흡수된 채 난황합포체층만 심장(heart, H) 뒷부분에 소량 남아있었다(Fig. 2H). 부화 후 10일에는 난황합포체층이 모두 흡수되어 관찰되지 않았다(Fig. 2I).

Fig. 1. Growth in total length of Anguilla japonica larvae from hatching to 50 days after hatching.

Fig. 2. Comparison with morphological (upper) and histological (lower) development of Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; OD, oil droplet; YS, yolk sac; YSL, yolk syncytial layer; L, liver; P, pancreas; I, intestine; AN, anus; GB, gall bladder. Scale bars indicate 500 μm.

구강인두 발달

뱀장어 자어는 부화 직후 입이 열려있지 않았으나(Fig. 3A), 부화 후 2일에 인두강이 넓어지며 관 모양의 작은 입이 열린 것이 확인되었다(Fig. 3B). 부화 후 3일에는 아래턱이 분화되었으며 위턱과 아래턱 끝이 융기되었다(Fig. 3C). 부화 후 4일에는 양 턱 끝의 융기된 부분에 이빨이 관찰되기 시작하였으며(Fig. 3D), 부화 후 5일에는 윗니가 커지고 더욱 날카로워졌으며 입천장에는 연골 조직이 관찰되었다(Fig. 3E). 첫 섭식을 시작하는 부화 후 7일에는 위턱보다 아래턱이 빠르게 발달하여 아래턱이 길어졌으며 입이 앞을 향하게 되었다(Fig. 3G). 부화 후 10 일에는 아래쪽을 향하던 윗니가 전방을 향하였고(Fig. 3G), 부화 후 30일에는 위턱 뼈가 발달하고 oral valve가 관찰되기 시작하였다(Fig. 3H). 부화 후 50일에는 이빨의 크기가 줄어듦과 동시에 표피가 발달하여 외부형태 관찰 시 이빨의 일부만 관찰되었다(Fig. 2L, 3I).

Fig. 3. Longitudinal histological sections of the buccopharynx in Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; H, heart; BC, buccal cavity; T, teeth; OV, oral valve; EP, epithelium.

식도 발달

부화 직후 자어의 식도(oesophagus, OE)는 단층입방상피(simple cuboidal epithelium)로 이어진 얇은 관이었다(Fig. 4A). 부화 후 5일에 상부 식도조임근(upper esophageal sphinc- ter)이 점막층(mucosa, M), 점막하층(submucosa, SM), 근육 외층(muscularis externa, ME), 바깥막(adventitia, A) 4층 구조로발달된 것을 확인할 수 있었으며, 식도 전체에서 얇은 근육 외층이 관찰되었다(Fig. 4B). 부화 후 7일에 상부 식도조임근은 부화 후 5일에 비해 더 넓게 분포하였으며 상피층은 대부분 단층 편평세포(simple squamous epithelium)로 구성되어 있었지만 일부 비각질 중층편평상피(nonkeratinized stratified squamous epithelium)가 관찰되기 시작하였다(Fig. 4C). 부화 후 30일에는 상부 식도조임근의 범위가 더 넓어지고 두꺼워졌고, 식도 점막 상피 중 조임근의 점막상피만 비각질 중층편평상피로 변한 것을 확인할 수 있었다(Fig. 4D).

Fig. 4. Longitudinal histological sections of the oesophagus in Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; H, heart; BC, buccal cavity; M, mucosa; SM, submucosa; ME, muscularis externa; A, adventitia; YSL, yolk syncytial layer.

장 발달

부화 직후 자어의 장(intestine, I)은 식도와 이어진 큰 내강과 아직 열리지 않은 관으로 존재하였다(Fig. 5A). 부화 후 1일까지 장 내강과 항문(anus, AN)은 열리지 않았으나(Fig. 5B), 부화 후 2일에 장 내강과 항문이 열린 것을 확인할 수 있었다(Fig. 5C). 부화 후 5일의 장 조직은 단층 원주상피세포(simple columnar epithelium)로 구성되어 있었으며 미세융모(microvilli) 가 표면에 발달되어 있었다(Fig. 5D). 부화 후 6일에는 후장의 점막 상피에 섬모(cilia, C)가 처음으로 관찰되기 시작하였으며, 부화 후 7일에는 장 내강이 부화 6일에 비해 넓어졌고 중장(middle intestine, MI)에서도 섬모가 관찰되었으나 주로 후장(posterior intestine, PI)에 분포하고 있었다(Fig. 5E). 부화 후 15일에는 부화 후 7일에 비해 장 내강이 더욱 넓어졌고 중장과 후장 상피에서 보다 많은 섬모가 관찰되었다. 또한, 중장과 후장 사이에 직장 판막(rectum valve, RV)이 발달하였고 직장에는 점막 주름(mucosal fold, MF)이 발달 되어있었다(Fig.5F). 부화 후 30일에는 식도와 전장(anterior intestine, AI) 의경계(transition zone)에 점막 주름이 발달하였으며 직선형 장 (straight gut)이 유지되었다(Fig. 5G).

Fig. 5. Longitudinal histological sections of the intestine in Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; H, heart; YSL, yolk syncytial layer; OD, oil droplet; YS, yolk sac; I, intestine; AN, anus; UB, urinary bladder; GB, gall bladder; P, pancreas; AI, anterior intestine; MI, middle intestine; PI, posterior intestine; ZG, zymogen granules; C, cilia; RV, rectum valve; MF, mucosal fold; L, liver.

배상세포 분포

부화 후 5일부터 자어의 식도와 장 내강 상피에서 ab-PAS에 양성반응을 보이는 산성점액단백질(acidic mucosubstance)이 관찰되었지만 점액을 형성하고 분비하는 배상세포(goblet cell, GC)는 첫 섭식 시까지 관찰되지 않았다. 부화 후 10일에 식도 점막상피의 산성점액단백질은 비교적 증가하였으나(Fig. 6A), 배상세포는 부화 후 50일까지 확인되지 않았다(Fig. 6B). 한 편 장에서는 부화 후 10일에 처음으로 배상세포가 관찰되었고(Fig. 6C), 부화 후 50일까지 그 수가 증가한 것을 확인할 수 있었다(Fig. 6D).

Fig. 6. Longitudinal histological sections of the oesophagus and intestine in Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; L, liver; GB, gall bladder; P, pancreas; ZG, zymogen granules; GC, goblet cell.

간과 췌장 발달

뱀장어 자어의 간(liver, L)과 췌장(pancreas, P)은 부화 후 2일에 유구 위 소화관 근처에 처음 출현하였다(Fig. 7A). 이후 자어가 성장하며 식도가 길어짐에 따라 점차 몸의 중간 부분으로 이동하였고(Fig. 2), 부화 후 4일에는 간과 췌장 주변에서 담낭(gall bladder, GB)이 출현하였다(Fig. 7B). 부화 후 5일에는 간과 췌장이 조직학적으로 구분되기 시작하였으며, 다면체의 간세포에서는 지질 축적의 흔적으로 보이는 공포가 관찰되었고 소엽 구분 없이 실질이 길게 배열되어 있었다. 또한, 담관(bile duct, BD)은 장의 앞부분에 연결되어있는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 7C). 부화 후 7일 이후에는 자어의 성장과 함께 간의 크기, 간세포의 수 그리고 담낭의 크기가 증가하였으나, 부화 후 10일 이후에는 간세포 내지질 축척이 관찰되지 않았다(Fig. 7D-7F). 췌장에서는 부화 후 6일에 처음으로 내분비기관인 췌 장섬(islets of Langerhans)이 구분되기 시작하였으며, 부화 후 7일부터 외분비 췌장에서 효소원과립(zymogen granules, ZG) 이 관찰되었다(Fig. 7D). 이후 성장함에 따라 췌장의 크기, 세포 수 그리고 효소원과립의 분비가 증가하였으며 췌장 내 다량의 효소원과립으로 추정되는 호산성물질의 축적이 관찰되었다 (Fig. 7D-7F).

Fig. 7. Longitudinal histological sections of the liver and pancreas, in Anguilla japonica larvae. Abbreviations: DAH, days after hatching; OE, oesophagus; L, liver; P, pancreas; OD, oil droplet; I, intestine; YS, yolk sac; GB, gall bladder; AI, anterior intestine; BD, bile duct; EP, exocrine pancreas; IL, islets of Langerhans (endocrine pancreas); ZG, zymogen granules.

고찰

이번 연구에서 관찰한 뱀장어 자어의 부화 후 50일 동안의 일간 평균 성장률은 0.255 mm/day로 나타났다. Tanaka et al. (2001)가 앞서 보고한 인공산 50일까지의 성장률 0.234 mm/ day와 유사한 결과를 나타냈지만 자연산 자어에서 추정된 성장률 0.5 mm/day의 절반 수준이었다(Ishikawa et al., 2001; Okamura et al., 2014). 이는 상술한 Hsu et al. (2015)의 보고와 같이 현재의 슬러리 형 인공사료가 뱀장어 자어의 장내 소화 및 흡수에 적합하지 않기 때문에 자연산에 비해 성장이 느린 것으로 추측되며, 따라서 적합한 사료의 개발은 인공종자의 성장과 생존율을 높이기 위해 시급히 해결해야 할 문제이다.

자어의 혼합섭식기간은 첫 외부 먹이의 섭식부터 내부영양이 흡수 완료되기까지의 기간을 의미하며(Fhyn, 1989), 이 기간에는 내부영양과 외부영양을 동시에 소비하며 성장과 생존에 필 요한 에너지를 생산한다. 혼합섭식기간이 짧은 것으로 알려진 어종들은 돌돔(Oplegnathus fasciatus) 0일(Shan et al., 2008), gilthead sea bream (Sparus aurata) 0일(Yúfera et al., 1993), 넙치(Paralichthys olivaceus) 0-1일(Dou et al., 2005), 줄삼치 (Sarda orientalis) 2일(Kaji et al., 2002)로 보고된 바 있으며, 대 구(Gadus macrocephalus) 9일(Shin et al., 2019), 명태(Gadus chalcogrammus) 4-6일(Yokota et al., 2016), 까나리(Ammodytes personatus) 10일(Yamashita and Aoyama, 1985), 자주 복(Takifugu rubripes) 8일(Jiang et al., 2002) 등은 혼합섭식기 간이 긴 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서 부화 자어의 초기 생존 및 발달에 중요한 내부영양물질인 난황과 유구는 각각 부화 후 5일과 7일에 완전히 흡수되었고, 이후 7일령 부화자어는 바로 먹이 섭취를 시작해 혼합섭식기간이 거의 존재하지 않았다. 이는 Kurokawa et al. (1995)가 인공산 뱀장어 자어에서 관찰한 결과와 동일하였으나, Kurokawa and Pedersen (2003)는

부화 후 8일에 첫 섭식을 시작하며 난황과 유구는 각각 부화 후 7일과 12일에 완전히 흡수된다고 보고하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 인공 생산된 뱀장어는 사육환경 및 자어의 영양상태에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 혼합섭식기간이 없거나 짧은 그룹에 속하는 것으로 생각된다. 어류자어에 있어 짧은 혼합 섭식기간은 기아 발생에 취약하며 첫 섭식 실패시 성장과 생존율 감소로 이어진다(Yokota et al., 2016; Shin et al., 2019). 특히, 뱀장어 자어 사육 시 아직 적절한 사육시스템과 먹이 공급 방법이 확립되어 있지 않아 많은 수의 개체가 기아로 폐사하는 문제점이 있어(Okamura et al., 2019), 적정 시기의 첫 먹이 공급 및 기아 발생 방지는 초기 성장이 느리고 생존율이 낮은 인공산 뱀장어의 사육 기술 개선에 매우 중요한 요인으로 판단된다.

이번 연구에서 뱀장어 자어는 부화 후 2일에 입과 항문이 열렸고 첫 섭식 시기에 맞춰 다수의 바늘모양 이빨이 출현하였으며 윗 앞니가 전방 약 45°의 갈고리 모양으로 변했다. 이는 크고 부드러운 입자를 잡는데 적합한 형태라는 것이 보고된 바 있으며(Westerberg, 1990), 태평양에서 채집된 뱀장어 자어의 유전자 동정 결과 다양한 미생물과 동물성 플랑크톤들이 확인되어 (Miller et al., 2019; Tsukamoto and Miller, 2021), 이들이 분해되어 응집된 산물인 부드러운 marine snow를 주먹이로 이용할 가능성이 시사되었다. 또한, 많은 해산어 자어의 경우 순간적으로 먹이를 물과 함께 흡입하여 포획하는 섭식 행동을 보이는 반면(Hernández, 2000), 뱀장어 자어는 슬러리형의 먹이 공급 시 사료에 머리를 박고 입을 벌린 채 앞으로 유영하며 먹이를 섭취하는 행동 특성이 나타났다. 따라서 뱀장어 pre-leptocephalus 사육 시 돌출된 앞니를 박아 넣고 앞으로 전진하며 섭취할 수 있는 부드러운 형태의 먹이가 적합할 것으로 판단된다. 반면, leptocephalus 단계의 부화 후 50일에는 돌출된 앞니의 감소와 외피의 발달로 외부 이빨이 점차 보이지 않게 변하였다. 이러한 구강 구조의 변화는 자연환경에서 이들의 먹이원과 섭식 방법의 변화를 반영하는 현상으로 생각되며, leptocephalus의 치아 구조는 젤라틴 형태의 물체를 잡는 데 적합하다는 보고로 미루어 보아(Westerberg, 1990), leptocephalus 단계에서도 지속적으로 공급하는 슬러리 형태의 사료를 섭식 기관의 발달단계를 고려하여 적합한 형태로 개선해야 할 것이다.

뱀장어 자어의 식도는 성장함에 따라 길게 발달하여 일반적인 자어에 비해 긴 구조가 관찰되었다. 이와 함께, 상부 식도조임근은 부화 후 5일에 점막층, 점막하층, 근육외층, 바깥막 구조를 갖췄으며 성장함에 따라 그 부위가 넓어지고 근육외층이 증가하였다. 인간의 경우 상부 식도조임근은 주로 식도로 공기가 들어가는 것을 방지하며 하부 식도조임근은 위안의 산성 내용물이 역류하지 못하도록 방지하는 역할을 하는 것으로 알려져 있지만(Ross and Pawlina, 2011), 이번 연구에서 뱀장어 자어의 하 부 식도조임근은 발달되어 있지 않았기 때문에 긴 식도를 가지는 뱀장어 자어는 상부 식도조임근이 역류 방지 역할도 할 것으로 추정된다. 특히, 상부 식도조임근의 점막상피에서만 관찰된 중층편평상피는 일반적으로 구강, 식도, 질과 같이 직접적으로 자극이 가해져 마모되기 쉬운 곳에서 관찰되며 장벽을 보호하는 것으로 알려져 있다(Ross and Pawlina, 2011). 그러므로 뱀 장어 자어의 먹이 섭취 및 역류에 있어 상부 식도조임근의 역할이 중요할 것으로 추측된다.

한편, 구강과 식도에 분포하는 배상세포는 점액물질을 생산하여 음식물을 섭취하는데 윤활제 역할을 해 소화 경로의 상처를 방지하고(Hirji and Courtney, 1983; Scocco et al., 1998), 음식물의 소화 및 유미즙으로의 변화를 촉진하여 소화된 내용물의 흡수를 돕는다(Sarasquete et al., 2001). 해산어 자어의 식도 및 장에서 배상세포의 출현 시기는 해덕대구(Melanogrammus aeglefinus)의 경우 각각 부화 후 11일, 18일 이었으며(Hamlin et al., 2000), 유럽바다농어(Dicentrarchus labrax)는 5-9일, 5일 (García Hernández et al., 2001), Spotted sand bass (Paralabrax maculatofasciatus)는 6일, 5일(Peña et al., 2003), 부세(Pseudosciaena crocea)는 4-5일, 11일(Mai et al., 2005), 대서양대구 (Gadus morhua)는 11일, 62-70일(Morrison, 1993) 이었다. 이번 연구에서 배상세포는 뱀장어 자어의 구강과 식도 모두에서 부화 후 50일까지 확인되지 않았으며, 장에서는 부화 후 10일에 처음으로 관찰되어 성장함에 따라 그 수가 증가하였다. 이전 연구에서도 배상세포가 뱀장어 자어의 식도에서 부화 후 10 일까지 관찰되지 않았다는 보고가 있어(Yoshimatsu, 2011), 뱀장어는 다른 어종과 달리 식도 내 배상세포의 출현이 늦는 것으로 생각되며, 이로 인해 먹이 선택에 제한이 있을 것으로 생각된다. 한편, 뱀장어 성어에서는 식도 내 배상세포가 다수 관찰되기 때문에 추후 배상세포의 출현은 뱀장어 자어의 먹이원 변화와도 밀접한 관련이 있을 것으로 생각되며, 향후 부화 후 50일 이후에 대한 추가적인 관찰이 필요하다.

한편, 뱀장어 자어의 장 발달 관찰 결과 내강 상피세포에서 다량의 섬모가 발견되었다. 일반적으로 고등 동물에서는 장내에 섬모가 존재하지 않는 것으로 알려져 있으며, 어류에서는 연골어류(Selachians), 철갑상어류(Sturgeons), 인골어류(Gars), 폐어류(Lungfishes) 등의 고대어(Hassanpour and Joss, 2011) 및 유럽산 뱀장어(A. anguilla) 성어에서 관찰되었고(Huertas et al., 2008), 대서양 청어(Clupea harengus), 전어(Konosirus punctatus), 멸치(Engraulis japonicus), 뱅어(Salangichthys microdon) 등의 자어에서도 확인된 바 있다(Iwai and Rosenthal, 1981). 자어에서의 장내 섬모 역할은 연동운동과 연계하여 섭취한 음식물을 장끝으로 운반하며, 직장에서는 배변 잔류물을 제거하는 역할을 한다고 알려져 있다(Iwai and Rosenthal, 1981). 또한, 섬모의 장내 연동운동은 소화 분비물과 섭취물의 혼합에도 영향을 미칠 것으로 추측되어 자어의 소화흡수에 중요한 역할을 할 것으로 생각된다. 향후 섬모의 장내 역할에 대하여 보다 상세하게 조사해 나간다면 긴 뱀장어 자어기의 소화·흡수 과정을 이해하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

췌장 효소원과립(zymogen granule)은 trypsin, chymotrypsin, amylase, lipase와 같은 췌장 소화효소가 비활성화 상태로 축적된 것이며(Burkitt et al., 1993), 위가 없는 자어기 발달동안 단백질 분해에서 중요한 역할을 한다(Walford and Lam, 1993; Zambonino-Infante and Cahu, 2001). 참돔(Pagrus major) (Tanaka, 1969), 터봇(Scophthalmus maximus) (Segner et al., 1994), 황다랑어(Thunnus albacares) (Kaji et al., 1999) 등의 어류 자어에서 효소원과립은 첫 섭식 시기에 췌장 세포에 서 출현하였다(Kurokawa et al., 2002). 이번 연구에서 관찰한 뱀장어 자어 또한 첫 섭식 시작 시기인 부화 후 7일에 췌장에서 효소원과립이 출현하였고, 이후 성장함에 따라 췌장 내에 다량의 효소원과립으로 추정되는 호산성물질의 축적이 관찰되었다. 일반적으로 척추동물에서 췌액은 쓸개즙의 담낭과 같은 저 장 기관이 존재하지 않아 농축 과정 없이 바로 장으로 분비된다 (Ross and Pawlina, 2011). 하지만 이번 연구의 뱀장어 자어에서는 다른 어종들에서 관찰되는 췌장 외분비세포의 세포질 내 효소원과립 출현뿐만 아니라(Ribeiro et al., 1999; Herrera et al., 2010; Aruho et al., 2019; Kumar et al., 2019; Jalali et al., 2020), 췌장 내에 효소원과립으로 추정되는 물질이 관찰되었다. 향후 추가적인 검증을 통해 이와 같은 출현 양상이 뱀장어 특이적인 현상으로 밝혀진다면, 상술한 바와 같이 이는 초기 자어기 동안의 약한 소화능력을 뒷받침(support) 하기 위한 소화 전략 중 하나일 것으로 추측되며, 다른 어류들과 다른 독특한 소화체계를 가진 뱀장어 자어의 소화생리 특성을 이해하는데 중요한 요인이 될 것으로 생각된다.

이상의 결과를 Kurokawa and Pedersen (2003)이 앞서 보고한 인공산 뱀장어 자어의 소화기관 발달과정과 비교하면 첫 섭식 시기(8일), 난황 및 유구 흡수(7일, 12일), 소화효소분비(6-8 일) 시기 등에서 차이를 보였고, 이번 연구에서 관찰된 발달 기간이 상대적으로 빠른 경향을 보였다(Fig. 8). 이러한 차이는 자어의 영양상태와 사육환경 등에 기인한 것으로 생각된다. 이번 연구는 인공 생산된 뱀장어 자어에서 전체 소화기관의 50일 동안 조직학적 발달 과정과 효소원과립, 췌장내 호산성물질, 장내 섬모, 췌장섬 출현 등을 처음으로 관찰하여 제시한 것으로 앞서 보고된 결과를 크게 갱신(update)하였다.

Fig. 8. A schematic showing developmental processes of digestive organs in Anguilla japonica larvae until 50 days after hatching.