IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

МИР В КАПЛЕ: ЗАГАДКИ АРХАНГЕЛЬСКИХ ЛУЖ
Давыдов А.С.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Задумываетесь ли вы, когда после дождя волей-неволей ступаете в лужи на дороге, что идёте по микровселенной?

А между тем такие привычные для нас лужи – это не просто «небольшие скопления жидкости… в углублениях на поверхности земли» [6], но самая малая форма водоёма или биотоп.

Биотоп – это участок суши или водоёма, «занятый определённым биоценозом» [3]. Биоценоз в свою очередь – исторически сложившаяся совокупность живых существ, растений и грибов, населяющих определенный участок Земли и связанных между собой окружающей их средой. Именно биоценоз является одним из главных объектов исследования экологии, что и будет определять в самом общем смысле актуальность нашей работы. Кроме того в качестве района исследования при проведении эксперимента нами был взят город Архангельск и его окрестности, что свидетельствует об актуальности результатов для нашего региона.

Лужа – отдельный маленький мир, который существует по своим законам, давно интересовал учёных.

Одним из первых исследователей, кто, рассматривая под микроскопом каплю воды из лужи, обнаружил в ней простейшие формы жизни, был Антон ван Левенгук (1632 – 1723). Именно этот нидерландский натуралист изобрёл микроскоп и первым начал проводить с его помощью исследования в области микробиологии. Левенгук изучал одноклеточные организмы, о существовании которых до него было ничего не известно. Мы в своей работе попытаемся отчасти повторить опыты великого учёного, используя в качестве технического средства микроскоп, носящий его имя.

Впоследствии дело Левенгука продолжали такие исследователи, как Антуан Лоран Лавуазье, Луи Пастер, Роберт Кох, Сергей Николаевич Виноградский, Василий Леонидович Омелянский и др.

Несмотря на то, что интерес учёных к микромиру луж не угасает с давних пор, можно говорить о новизне темы нашего исследования, поскольку каждая отдельная лужа специфична и её биоценоз будет не похож на другие объекты.

Итак, предметом нашего исследования стал биоценоз; объектом – лужи как биотопы.

Методологическую основу работы составили методы научного эксперимента (в частности микроскопирования) и системного анализа.

Цель нашей работы – описать фауну пресных луж в городе Архангельске и его окрестностях. Цель определяет следующие задачи:

  1. исследовать видовой состав фауны пресных луж в г. Архангельске и окрестностях;

  2. попытаться установить зависимость видового состава фауны пресных луж от абиотических факторов (размер лужи, её расположение относительно города);

  3. рассмотреть зависимость видового состава фауны пресных луж от биотических факторов (количество пищи).

Работа состоит из Введения, Основной части, включающей теоретическую главу и описание эксперимента, Заключения и Списка используемой литературы, содержащего 8 источников.

ГЛАВА 1. Понятие «активного ила». Классификация простейших микроорганизмов

Микроорганизмы – это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий — единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов очень разнообразен.

Для нашего исследования актуальны прежде всего сведения о тех микроорганизмах, которых принято называть – протисты. Это главным образом одноклеточные, за редкими исключениями, которые до сих пор плохо изучены, так как находятся между царствами грибов, растений и животных.

Многие из них связаны с понятием «активный ил» – это сообщество бактерий и простейших, которые участвуют в очистке воды. Они питаются илом, придонной грязью, перерабатывают внутри себя эти загрязняющие вещества.

Обитателей активного ила довольно много, учёные составили определители микроорганизмов, которые наиболее часто встречаются на дне пресных водоёмов, в том числе луж. Опираясь на такой указатель [1], охарактеризуем основные классы таких микроорганизмов.

Во-первых, назовём инфузорий (ресничные) (Приложение 1. Рис. 1). «Название «инфузория» происходит от лат. Infusum («настойка») по месту первоначального обнаружения простейших — в травяных настойках» [4, с.16].

Инфузории очень разнообразны – туфелька, стилонихия, тетрахимена. Насчитывают около 6—7 тысяч видов. Среди них есть подвижные и прикреплённые формы, одиночные и колониальные. Форма тела инфузорий может быть разнообразной, размеры – от 10 мкм до 4,5 мм.

Следующими обитателями активного ила являются амёбы (Приложение 1. Рис. 2) – относительно крупные (0,2—0,5 мм) микроорганизмы, снаружи покрытые только цитоплазмой. Они прозрачные, постоянно меняют свою форму. Амёба питается бактериями, простейшими и одноклеточными водорослями. Амёбы могут очень медленно двигаться, уползают от яркого света, механического раздражения или, например, от кристаллика поваренной соли [4, с. 11 – 13].

Кроме того необходимо вспомнить эвглен (Приложение 1. Рис.3). Эвглены (жгутиковые) (лат.Euglena) – род одноклеточных организмов, насчитывают более 1000 видов, распространённых как в морских, так и в пресных водоёмах. У них удлинённое тело со жгутиком на конце, который помогает им активно двигаться. Один из распространённых видов – эвглена зелёная. Форма тела её подвижна: эвглена может сжиматься, становясь короче и шире. При наступлении плохих для неё условий среды (зима, пересыхание водоёма) зелёная эвглена наращивает оболочку, при этом утрачивает жгутик и становится шарообразной [4, с. 14 – 16].

Отдельно нужно назвать распространённые в активном иле многоклеточные микроорганизмы.

Во-первых, это коловратки (лат. Rotifera) (Приложение 1. Рис. 4) – многоклеточные животные, эукариоты, основным характерным признаком которых является наличие так называемого коловращательного аппарата – ресничек на переднем конце тела, которые используются для питания и движения.

Известно около 1500 видов коловраток, в России — около 600 видов. В основном это пресноводные животные. По размеру коловратки не превышают 2 мм (в среднем гораздо меньше). Они в большинстве своём активно двигаются, только некоторые прикрепляются к субстракту (грязи, илу и пр. на дне водоёма).

Во-вторых, часто встречаются аэлосомы (Приложение 1. Рис.5)– малощетинковые черви, многоклеточные, родственные дождевым червям, но очень маленькие по размеру до 2 мм. Они отличаются наличием щитинок-волосков по всей длине тела.

Кроме того часто встречающимися обитателями активного ила являются одноклеточные зелёные водоросли. Учёные давно говорят о загадочности этих живых существ, которые, будучи растениями, могут двигаться, а когда изменяются условия среды, могут из растений превращаться в животных, как например, хламидомонада, которая, если не хватает солнечного света, может вести себя, как хищник, и поедать бактерии или других одноклеточных.

Здесь можно также вспомнить диатомовые водоросли (Приложение 1. Рис.6), которые очень разнообразны по форме, но всегда имеют панцирь; это важнейшая часть «морского планктона, диатомовые создают до четверти всего органического вещества планеты» [2]. Они широко распространены во всевозможных биотопах.

По оценкам специалистов, важным элементом биоценоза луж является вольвокс (Приложение 1. Рис.7)колония водорослей, когда их много, то вода начинает «цвести». Внешне представляют собой прозрачный шарик, в который помещены несколько зелёных шариков, все они вращаются вокруг своей оси – так вольвокс движется. Вольвокс может достигать 3 мм.

Итак, даже такой обобщённый обзор даёт представление о том, насколько разнообразен микромир обычной лужи. Рядом с нами обитают живые существа, которые намного старше человека, однако, их мир, хоть и внешне самостоятелен, отделен от нашего, но в то же время напрямую зависит от него. Экологическая ситуация, сложившаяся в большом мире людей, влияет и на обитателей микромира.

В следующей главе постараемся конкретизировать научную теорию, приведя результаты эксперимента.

ГЛАВА 2. Описание исследовательского эксперимента по изучению микромира архангельских луж

Эксперимент, обусловленный целью и задачами исследования, проходил в 3 этапа (Приложение 2).

Первый проводился в период с 17.09. 17 – 24.09.17. Это был этап сбора материала исследования. 17.09.17. были взяты пробы из лужи, находящейся в лесу, за городом, в 23 километрах от Архангельска по Вологодской дороге. В три разные ёмкости была собрана вода 1) с субстрактом, со дна водоёма; 2) из средних слоёв, «замутнённая», и 3) с поверхности. Пробы неделю хранились в тепле, с доступом воздуха.

Пробы № 2 были собраны 20.09.17 у лужи на территории средней школы № 26, так же в три разные ёмкости была собрана вода 1) с субстрактом, со дна водоёма; 2) из средних слоёв, «замутнённая», и 3) с поверхности. С 20.00.17 – по 24.09.17 пробы хранились в тепле, с доступом воздуха.

И, наконец, третья партия проб аналогично была собрана 24.09.17, из лужи в центре Архангельска на Троицком проспекте, около здания Главпочтамта, накануне проведения их изучения с помощью микроскопа.

Такая методика сбора проб была продиктована нашей первоначальной гипотезой:

1. Мы предположили, что пробы № 1, собранные в лесу, должны быть более разнообразны по видам фауны, так как за городом более благоприятная экологическая ситуация, и эти образцы дольше всего находились в тёплом помещении, и, возможно, за это время микроорганизмы размножились, либо «проснулись», стали более активными.

2. Мы предположили, что проба № 3 будет наименее разнообразна, потому что взята из «бензиновой» лужи и меньше всего простояла в тепле.

3. Мы предположили, что придонные пробы должны быть во всех трёх случаях более разнообразны, так как содержат частички активного ила, иными словами, в них больше еды для микроорганизмов.

Свою гипотезу мы попытались подтвердить в рамках второго этапа эксперимента, который прошёл 25.09.17 в здании Архангельского областного краеведческого музея, научный сотрудник которого Анастасия Владимировна Колпакова согласилась предоставить нам для исследования мощный микроскоп «Левенгук» с сорокакратным увеличением.

Последовательно были изучены все собранные материалы. Результаты исследования оказались следующими (сводную таблицу результатов эксперимента см. в Приложении 3).

В пробе №1 от 17.09.17 в придонном образце были обнаружены очень активные стилонихии – разновидность инфузорий; две коловратки, одна колпода, которая ела ил; а также вольвокс и живые, зелёные диатомовые водоросли.

В «замутнённой» пробе от 17.09.17 было обнаружено много активных стилонихий и какие-то, неопознанные водоросли, похожие на две соединённых крутящихся бусины. В целом, эта проба была не такой интересной, как предыдущая.

В пробе с поверхности никаких живых микроорганизмов мы не нашли, видели только прозрачные скелетики диатомовых водорослей.

Можно сделать промежуточный вывод о том, что больше всего микроорганизмов обитают на дне, так как там больше еды и микроорганизмы активные, видимо потому что стояли в тепле.

В пробе № 2 с субстрактом, взятой со дна лужи у 26 школы, видели стилонихию, амёбу, активно питающуюся коловратку, колпеду – разновидность инфузории.

«Замутнённая» проба из этой партии оказалась, пожалуй, самой интересной. В ней обнаружились хламидомонада, аспидиска – разновидность инфузории, уже знакомая нам стилонихия, амёба и вольвокс.

В пробе с поверхности в луже около нашей школы мы увидели эвглену зелёную, стилонихию, амёбу и живую диатомовую водоросль.

В качестве промежуточного вывода отметим, что проба № 2 так интересна и разнообразна, наверное, не только потому, что взята из лужи около школы (в ней обнаружился классический набор одноклеточных, о которых написано в любом школьном учебнике биологии), но скорее всего потому что лужа эта неглубокая (в отличие от лесной), а значит, хорошо прогревается, здесь относительно много света и тепла, а значит, много еды и много форм жизни.

И, наконец, в пробе № 3 на дне была обнаружена одна стилонихия, коловратка и аэлосома – микроскопический малощитинковый червь. Не так уж много обитателей, если учитывать, что лужа была грязная, а значит, еды для микроорганизмов много. В «замутнённой» и поверхностой пробах мы не увидели никого, на поверхности – только сухую пыльцу какого-то растения. Это может объясняться тем, что на момент исследования для микрообитателей этой пробы были самые неблагоприятные условия жизни: холодно, вода загрязнена бензиновыми пятнами.

Третий этап эксперимента – комплексный анализ полученных сведений – отражён в Заключении к работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведённого эксперимента по изучению биоценоза архангельских луж была уточнена первоначальная гипотеза и сделаны следующие выводы по задачам исследования.

Вопреки сделанным предположениям, наиболее разнообразной оказалась проба № 2, взятая из лужи около средней школы № 26, а не в лесу. То есть, видимо, на разнообразие видов влияет не столько идеальная экологическая ситуация, сколько небольшая глубина, прогреваемость водоёма. С другой стороны, третья проба оказалась наименее разнообразной по представленным видам микроорганизмов, что, во-первых, подтверждает, что для жизни нужно тепло, а во-вторых, что совсем отметать фактор чистоты окружающей среды нельзя. В «бензиновой» луже из центра Архангельска практически не было жизни (только на самом дне), что говорит о негативном влиянии человека на окружающий его живой мир.

Из всех видов микроорганизмов наиболее часто встретилась стилонихия – разновидность инфузории; она была обнаружена во всех пробах, на разных уровнях биотопов (луж). Можно сделать вывод, что на момент проведения исследования именно стилонихии в архангельских лужах были наиболее активны и многочисленны, видимо, это «их сезон».

Кроме того стоит отметить, что на разных уровнях (придонной, «замутнённой», поверхностей) встречались разные микроорганизмы, то есть можно говорить, что каждый уровень – это отдельная биосистема, как этажи многоквартирного и многоэтажного дома.

Придонные пробы при этом оказались наиболее разнообразными, что подтверждает мысль о том, что где больше еды – больше и жизни.

Таким образом, изучение микромира лужи позволяет сделать выводы о связях живых существ в мире, о том, насколько жизнь человека близка миру вселенной, окружающей нас и о том, насколько микромиры, где обитают живые существа, внешне, кажется, мало соприкасающиеся с человеческой жизнью, зависят от нас, от нашего к ним отношения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Активный ил. Загл. с экрана. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Активный ил. - Дата обращения - 1.10.17.

2.Белякова Г.А. Водоросли и грибы // Белякова Г.А., Дьяков Ю.Т., Тарасов К.Л. Ботаника: в 4 тт. Т. 2. М.: Издательский центр «Академия», 2006.

3.Биотоп. – Загл. с экрана. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотоп. - Дата обращения - 1.10.17.

4.Быховский Б.Е., Козлова Е.В., Мончадский А.С. и другие. Биология: Животные: Учебник для 7—8 классов средней школы / Под редакцией М.А. Козлова. М.: Просвещение, 1993.

5.Глаголев С.М., Чава В. Изучение зоопланктона и энтофауны в пресноводных лужах на островах Белого моря. Загл. с экрана. – Режим доступа: herba.msu.ru/ belomor/2002/zoolog luzhi-r.htm. – Дата обращения - 1.10.17.

6.Лужа. – Загл. с экрана. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Лужа. - Дата обращения - 1.10.17.

7.Макунин д. Микробы. Их имена. Загл. с экрана. – Режим доступа: - https://www.nkj.ru/archive/articles/12981/ - Дата обращения - 1.10.17.

8.Храмов Ю.А. Физики. Биографический словарь / Под ред. А.И. Ахиезера: 2-е издание. М.: Наука, 1983.

Приложение 1

Рис.1 Инфузория Рис. 2. Амёба Рис.3. Эвглена

Рис. 4. Коловратка Рис. 5. Аэлосома

Рис. 6. Диатомовые водоросли Рис.7. Вольвокс

Приложение 2

Рис.1-2. I этап. Сбор материала для исследования

Рис. 3 – 6. II этап. Исследование проб методом микроскопирования

Приложение 3

Результаты системного анализа данных эксперимента

Проба

Вариант пробы

Результат наблюдения

Промежуточный вывод

Проба №1 от 17.09.17.

придонная проба

стилонихии;

коловратки;

колпода

диатомовая водоросль;

вольвокс

больше всего микроорганизмов обитают на дне, так как там больше еды;

микроорганизмы активные

«замутнённая»

стилонихии;

зелёная (живая) водоросль

поверхностная

скелеты диатомовых водорослей

Проба №2 от 20.09.17.

придонная проба

инфузории – стилонихия и колпода, амёба, коловратка

Лужа неглубокая, хорощо прогревается, поэтому так разнообразна фауна

 

«замутнённая»

хламидомонада;

аспидиска; стилонихия;

амёба;

вольвокс

 
 

поверхностная

эвглена зелёна, стилонихия, амёба и живая диатомовая водоросль

 

Проба № 3 от 24.09.17

придонная проба

стилонихия; коловратка; аэлосома

Наиболее неблагоприятные условия для жизни микроорганизмов (холод, загрязнённость воды), даже при наличии достаточного количества еды приводят к бедности фауны

 

«замутнённая»

---------------------

 

поверхностная

---------------------