What can goby otolith morphology tell us?

Gierl C., Liebl D., Šanda R., Vukić J., Esmaeili H.R., Reichenbacher B.

Published date: December 2018
Volume: 42
Number: 4
Pagination: 349-363
Publisher: Société Française d'Ichtyologie
doi: 10.26028/cybium/2018-424-006
Notes:

Corresponding author: Bettina Reichenbacher, b.reichenbacher@lrz.uni-muenchen.de

Abstract

The taxonomic information inscribed in otoliths has been widely ignored in ichthyological research, especially in descriptions of new fish species. One reason for this is that otolith descriptions are per se qualitative, and only a few studies have presented quantitative data that can support assignments of otoliths to individual species or permit differentiation between higher taxonomic levels. On the other hand, in palaeontology, otoliths have been employed for the identification and taxonomic placement of fossil fish species for over 100 years. However, palaeontological otolith data is generally regarded with suspicion by ichthyologists. This is unfortunate because, in the Cenozoic, the fossil otolith record is much richer than that based on skeletons. Thus fossil otoliths are a unique source of information to advance our understanding of the origin, biogeographical history and diversification of the Teleostei. This case study deals with otoliths of the Oxudercidae, which, together with the Gobiidae, encompasses the 5-branchiostegal-rayed gobiiforms. The objective was to determine whether the five lineages of the Oxudercidae, and individual species of the European Pomatoschistus lineage, could be distinguished based on the quantification of otolith variations. The data set comprises otoliths from a total of 84 specimens belonging to 20 recent species, which represent all five lineages of the Oxudercidae (MugilogobiusAcanthogobius,PomatoschistusStenogobiusPeriophthalmus), and five fossil otoliths of †Pomatoschistus sp. (sensu Brzobohatý, 1994). Ten measurements were taken on each otolith and 23 otolith variables were computed and used for univariate and multivariate analyses. The results indicate that otolith morphometry (i) is capable of identifying the Pomatoschistus andPeriophthalmus lineages among the Oxudercidae, but is of limited use in the separation of the other three lineages; (ii) can reliably distinguish the sand gobies (a distinct clade within the Pomatoschistus lineage) from other members of the Pomatoschistus lineage; and (iii) supports a previous assignment of fossil otoliths to †Pomatoschistus sp. as an ancient genus of the sand gobies. With its middle Miocene age (15 m.y. ago), †Pomatoschistussp. represents the oldest record of a sand goby species to date. We discuss possible relationships between distinct otolith morphologies, biogeographic distribution and lifestyles for Pomatoschistus and the Periophthalmuslineage, and also for the sand gobies. We conclude that otolith morphology, combined with morphometry, can be considered as an autapomorphy for an individual species from the studied groups. In addition, it also appears to contain a phylogenetic signal, but more work is needed to evaluate this fully.

Keywords: Fossils - Gobiiformes - Otolith morphometry - Oxudercidae - Sand gobies - Taxonomy
French abstract

Que révèle la morphologie des otolithes de gobies ?

L’information taxonomique inscrite dans les otolithes a longtemps été ignorée dans les recherches en ichtyologie, surtout dans la description de nouvelles espèces de poissons. Une des raisons est que la description des otolithes est souvent qualitative, et il n’existe que peu d’études qui ont présenté des données quantitatives permettant d’assigner un otolithe à une espèce, ou une discrimination à des niveaux taxonomiques plus élevés. À l’inverse, en paléontologie, les otolithes sont utilisés depuis plus de 100 ans pour l’identification et le replacement taxonomique de poissons fossiles. Cependant, les données d’otolithes paléontologiques sont généralement vues de manière suspicieuse par les ichtyologues. C’est bien dommage car, pour le Cénozoïque, il existe beaucoup plus de d’otolithes fossiles que de squelettes. Ainsi, les otolithes fossiles représentent une source unique d’information qui peut nous aider à comprendre l’origine, l’histoire biogéographique et la diversification des téléostéens. Cette étude porte sur les otolithes d’Oxudercidae, qui, avec les Gobiidae, englobent les gobiiformes à cinq rayons branchiostèges. L’objectif de ce travail est de déterminer si les cinq lignées d’Oxudercidae, et des espèces européennes de la lignée Pomatoschistus, peuvent être différenciées grâce à des variables quantitatives des otolithes. Le jeu de données comprend des otolithes de 84 spécimens appartenant à 20 espèces récentes représentant les cinq lignées d’Oxudercidae (MugilogobiusAcanthogobiusPomatoschistusStenogobius,Periophthalmus), et cinq otolithes fossiles de †Pomatoschistus sp. (sensu Brzobohaty, 1994). Dix mesures ont été prises sur chaque otolithe et 23 variables ont été mises au point pour des analyses statistiques uni- et multivariées. Les résultats montrent que l’analyse morphométrique des otolithes permet (i) d’identifier les lignées de Pomatoschistus et Periophthalmusparmi les Oxudercidae, mais qu’elle est d’intérêt limité pour la discrimination des trois autres lignées ; (ii) de distinguer de manière sûre les “sand gobies” (gobies vivant sur fonds sableux) des autres membres de la lignée Pomatoschistus ; (iii) de valider l’assignation des otolithes fossiles de †Pomatoschistus à un genre ancien de “sand gobies”. Datant du Miocène moyen (–15 Ma), †Pomatoschistus sp. représente l’enregistrement le plus ancien de “sand gobies” connu à ce jour. Notre étude permet de discuter les relations possibles entre des morphologies distinctes d’otolithes, la distribution géographique des espèces ainsi que leur mode de vie pour les lignées de Pomatoschistus et Periophthalmus, ainsi qu’au sein des “sand gobies”. Nous concluons que la morphologie des otolithes, combinée à leur analyse morphométrique, peut constituer une autapomorphie spécifique au sein des groupes étudiés. De plus, il semblerait qu’il puisse y avoir un signal phylogénétique, mais des études approfondies sont nécessaires afin de clarifier ce point.

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