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

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПИЩИ НА ПЛОДОВИТОСТЬ И ПОВЕДЕНИЕ МУРАВЬЯ РЫЖЕГО ЛЕСНОГО
Семутенко К.Е.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Куда бы мы ни отправились – в лес, на луг, в болото – всюду встретим муравьев. Человека привлекает в муравьях прежде всего то, что во многих действиях он может найти какое-то подобие своих собственных дел и проблем. Муравьи – сложно организованные социальные насекомые. Появились муравьи на нашей планете двести миллионов лет назад. Предки современных муравьев были подземными хищниками, лишь значительно позднее они освоили поверхность Земли и залезли на деревья. С течением времени одни формы муравьев вымирали, другие появлялись, и сейчас ученые насчитывают более 10 тысяч различных видов[1, с.86]. С давних времен жизнь трудолюбивых муравьев была для людей предметом постоянных наблюдений и живейшего интереса. Даже в Библии уделялось внимание этим насекомым. В седую старину жители Южной Аравии переносили муравейники с холмов в финиковые рощи для защиты драгоценных пальм[2, с.145]. Однако, несмотря на долгий период изучения муравьев, они по-прежнему вызывают интерес. В пользе муравьев для человека не нужно никого убеждать. О муравьях известно, как о наиболее полезных насекомых. Они разрыхляют почву, ускоряют разложение растительных остатков и удобряют почву, уничтожают много вредных насекомых. Не случайно человек издавна обратил на них внимание. Муравьи стали первыми насекомыми, которых люди начали использовать для борьбы с вредителями. И сейчас человек повышает численность и расширяет ареал муравьев, расселяя их. У древнегреческого историка Геродота записана легенда об огромных муравьях, добывающих из земли крупицы чистого золота[6]. Но что такое это золото по сравнению с той действительной пользой, которую приносят муравьи природе и человеку?

Изучение муравьев помогает быстрее продвигаться по пути познания человеческой природы, так как «в области общения человек, по сути, идет по тому же пути, что и муравей». Это слова швейцарского биолога Лорана Келлера, который изучает муравьев уже более 30 лет. Эти насекомые вызвали у меня неподдельный интерес, поэтому изучение жизнедеятельности муравьев мне представляется очень интересной и актуальной задачей. Но изучая литературу о муравьях, я узнала, что в природных условиях проведено много исследований для определения роли муравьев. А я решила попробовать изучать особенности поведения и жизнедеятельности этих насекомых в домашних условиях. В этом состоит новизна моего исследования. И, возможно, в дальнейшем я попытаюсь расселять их в природе.

Целью исследования является изучение влияния состава пищи на плодовитость и поведение муравья рыжего лесного.

Предполагаемая гипотеза: плодовитость и поведение муравья зависит от состава и количества корма.

Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:

  1. вырастить колонии муравья рыжего лесного в домашних условиях для изучения внегнездовой деятельности муравьев;

  2. определить влияние белковой пищи на расплод муравья рыжего лесного;

  3. выявить влияние углеводной пищи на расплод муравья рыжего лесного;

  4. проверить скорость реакции муравьев в зависимости от состава пищи на световые и механические раздражители;

  5. провести эксперименты по определению влияния количества корма на двигательную активность муравьев.

Объектом исследования данной работы является муравей рыжий лесной.

Предмет исследования: плодовитость и поведение муравьев в колонии.

В ходе работы использованы методы: постановка лабораторного эксперимента, сравнительно-аналитические.

Сроки исполнения: работа выполнялась с июля 2017 года.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Структура муравьиной семьи

Муравьиная семья – многолетнее высокоорганизованное сообщество, состоящее из расплода (яйца, личинки, куколки), взрослых половых особей (самок и самцов) и многочисленных рабочих особей (бесплодных самок). Муравьи образуют семьи, Размеры которых варьируют от нескольких десятков особей до высокоорганизованных колоний, состоящих из миллионов особей и занимающих большие территории. Почти во всех семьях есть самцы и одна или несколько самок, называемых царицами или королевами. Иногда семьи называют суперорганизмом, потому что муравьи работают как единое целое [4, с.99].

В муравьиных семьях существует разделение труда, связи между особями и самоорганизация при решении сложных проблем.

Рабочие муравьи делятся по специализации в семье. Одни ухаживают за молодью (няньки), другие – участвуют в строительстве гнезда, третьи чистят помещения, четвертые хранят запасы пищи (медовые бочки) и т.д. Мощность рабочего муравья возрастает при работе в группе [5, с.29].

1.2 Размножение и развитие муравьев

Муравьи в своем развитии проходят несколько стадий: яйцо, личинка, куколка и имаго. Жизнь муравья начинается с яйца. Если яйцеклетка оплодотворена, то из неё вырастет самка, а если нет, то самец. Обычно яйца хранятся не по отдельности, а небольшими «пакетами». После инкубационного периода из яйца выходит малоподвижная червеобразная личинка, кормлением и уходом за которой занимаются рабочие особи. Наружные покровы личинки могут растягиваться только до определённых пределов, и в ходе роста происходят линьки. Соответственно принято различать несколько возрастных стадий личинки. Для муравьёв типичны четыре личиночные стадии, которые завершаются окукливанием. Кормление личинки осуществляется при помощи трофоллаксиса, когда муравей отрыгивает жидкую пищу из своего зоба— как и при обмене пищей между имаго, хранящими пищу в «общественных желудках». Личинки могут потреблять и твёрдую пищу, такую как кормовые яйца, куски добычи или семена, принесённые рабочими. У некоторых видов личинок переносят непосредственно к месту, где была захвачена добыча. Перед окукливанием личинка перестаёт питаться и выделяет содержимое своего кишечника. В зависимости от питания, которое получает личинка, она может развиться в царицу или рабочую особь. Если у вида существует деление рабочих на касты, то питание также определяет, к какой касте будет относиться будущее имаго муравья. Личинки и куколки должны находиться при определённой постоянной температуре, поэтому рабочие часто перемещают их из одной камеры муравейника в другую, с более подходящими условиями. После завершения стадии куколки рабочие муравьи помогают новой особи выйти из неё, так как муравей самостоятельно не в состоянии вскрыть кокон. Первые несколько дней жизни новые рабочие особи проводят, ухаживая за королевой и расплодом. Затем они обычно занимаются рытьём туннелей и другой работой внутри гнезда. Впоследствии муравей становится защитником гнезда и фуражиром. Эти изменения довольно внезапные и являются примерами временных каст. Объяснение такой последовательности связано с высокой смертностью среди фуражиров.

1.3 Питание муравьев

Залогом процветающей колонии является полноценное и по возможности разнообразное питание. В природе питание муравьев очень разнообразно – тысячи летающих и ползающих насекомых, живые и не очень, множество растений выделяет сладкий сок, разнообразные сосущие насекомые делятся с муравьями добытыми сахарами. Плюс, питательные присеменники некоторых растений, пыльца. Обеспечить же питание домашней колонии – непростая задача. Муравьям для питания необходимы два компонента: белковый и углеводный. Не менее важной частью питания являются соли и микроэлементы.

Самым трудным является ответ на вопрос «Сколько корма давать?», а самой частой ошибкой является перекармливание. Корма давать столько, чтобы они его съедали за 2-3 часа и ничего не оставалось. Это количество определяется «на глаз», начиная с очень маленьких порций.

Продукты, которые давать не стоит: все жирные продукты, в том числе жирное мясо, всевозможные колбасы, майонезы, непонятных насекомых, также абсолютно негуманно кормить одних муравьев расплодом других муравьев [6].

1.3.1Белковое питание

Самый лучший (и понятный всем муравьям) источник белка – это другие насекомые. Никакие диеты из вареной курицы или сушеных креветок не смогут даже близко конкурировать с диетой из свежих тараканов или сверчков. Белковая пища потребляется прежде всего личинками и муравьями, которые выкармливают молодых личинок выделениями специальных желез и кормовыми яйцами (кормовые яйца откладывают самки и молодые рабочие, эти яйца предназначены только для еды).Рацион с низким содержанием белков, не удовлетворяющим потребностям самок, приводит к их бесплодию[6].

1.3.2 Углеводное питание

Углеводы–это основной источник энергии для взрослых муравьев. Именно поэтому многие виды муравьев «пасут» тлю – муравьи ее охраняют, а она выделяет муравьям капельку сладкого сока. У многих растений также бывают сладкие выделения–такие места муравьи ревностно охраняют от чужаков. Также, в поисках сладенького, муравьи посещают цветы – те, где они могут дотянуться до нектара [1, с.139]. При кормлении муравьев сладеньким важно помнить, что в природе углеводы достаются им не так-то просто. Поэтому, добравшись до сладкого, они стараются максимально использовать его. В природе имеется даже специальная каста «медовых бочек».В качестве углеводной пищи муравьи используют падь и соки деревьев. Есть еще один способ обеспечить муравьев сладеньким – мармелад. Важно только, чтобы мармелад был натуральным и содержал как можно меньше красителей. Он удобен тем, что он не забродит и его удобно дозировать, а так же тем, что не пачкает формикарий. Самым лучшим решением является практически полная замена сладостей в «чистом» виде на фрукты: в тех же яблоках содержится достаточное для муравьев количество фруктозы, и они гораздо полезнее. Углеводную пищу едят все муравьи, которые вышли из куколок.

1.3.3 Распределение жидкой пищи среди муравьев

Жидкая пища распространяется среди насекомых путем трофоллаксиса. Муравей набирает падь в зобик, отделенный от желудка клапаном. Благодаря этому пища в зобике не переваривается. Муравей становится в характерную позу, у него изо рта выделяется капелька жидкости. К нему подходят один или несколько муравьев и капельку выпивают. В свою очередь, они таким же образом кормят других муравьев и т. д. Если в гнездо поступает слишком много жидкой пищи, то она содержится в зобиках особых муравьев-хранителей.

Помимо распределения пищи трофоллаксис играет еще одну важную роль. В пищу подмешивается определенное количество выделения желез цариц, приплода и рабочих особей. Благодаря этому муравьи узнают количество приплода в семье, наличие или отсутствие самки и т.д. Если какой-либо фуражир находит большое количество пищи, то он организует групповую фуражировку корм [3,с.58].

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Данные работы получены при использовании собственных методик:

  1. кормления муравьёв;

  2. подсчёта расплода;

  3. определения влияния количества корма на активность;

  4. определения скорости реакции на раздражители.

1. Кормление муравьев

Кормление проводилось раз в сутки в определенное время.

Основной элемент углеводного питания–сладкий сироп. Сахар разводят водой 1:2 и дают муравьям (колония №2) в виде жидкого сиропа в специальной поилке. Убирают сироп в этот же день через 2 часа, т.к. сироп довольно быстро портится.

При кормлении белковым кормом (колония №3)использованы мертвые насекомые (мухи), курица и белок куриного яйца. Белковую пищу оставляют на 2 часа.

Муравьи колонии №1(контроль) получали белковую и углеводную пищу.

2. Подсчет расплода

Ежедневно в 10.00.проводился учет количества особей в колонии. Подсчет проводился ежедневно в течение 30 дней.

3. Определение влияния количества корма на активность муравьев

Жидкий сироп давался муравьям колонии №2 в избытке (на 4 часа) в течение 5 дней и проводилось визуальное наблюдение за поведением муравьев колонии №1 (контроль) и колоний №2 и №3.

4. Определение скорости реакции на раздражители

Муравьи колоний №1,№2,№3 подвергались действию ярким искусственным светом в течение 1 минуты. Повтор – 5-тикратный через 2 дня, т. е. в течение 10 дней.

Для определения скорости реакции на механический и звуковой раздражители проводилось постукиванием пластиковым предметом по пробиркам трех вариантов пробирок по 5 секунд в течение 10 дней. Проводилось визуальное наблюдение за поведением муравьев.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе проведенной работы были выращены колонии муравья рыжего лесного в домашних условиях [Приложение А]. В естественной среде были отловлены матки муравья рыжего лесного, помещены в пробирки и получено многочисленное потомство. Инкубатор хранился в темном и тихом месте. Проведены эксперименты и наблюдения за этими насекомыми]. Осмотр проводился аккуратно, без резких движений.

При кормлении колонии муравьев белковой пищей(колония №3) в данной колонии наблюдалось большее количество появившихся особей, чем в колониях №1(контроль) и №2(углеводы), а затем количество муравьев в этой колонии начало снижаться, взрослые муравьи начали погибать на второй месяц кормления. Значит, для взрослых муравьев только белковая пища даже вредна[Приложение Б].

Таблица 3.1 –Количество особей в колонии в зависимости от состава пищи

При изучении влияния количества корма на двигательную активность муравьев было замечено, что эти насекомые особо реагируют на углеводную пищу. Так, дорвавшись до сладенького, первый инстинкт муравьев – выпить все. Они набивают брюшки сиропом так, что они начинают просвечивать. Активность колонии снижается. Муравьи стараются засесть в укромном месте и не тратить энергию зря. Эти муравьи плохо работают и плохо ухаживают за расплодом. Они забывают о своих главных обязанностях – выращивать новое поколение. При избытке белковой пищи изменения двигательной активности муравьев не замечено.

При постукивании пластиковым предметом по пробиркам трех вариантов образцов муравьи начинали беспокойно двигаться, но разницы в активности передвижения между ними визуально не наблюдалось.

При действии яркого света на муравьев колонии №1, №2, №3 все насекомые примерно одинаково реагировали–начинали быстрее передвигаться, но реакция была выражена сильнее, чем при постукивании по пробирке. Резкие смены освещенности пугают муравьев, особенно это касается матки и «нянек», матка пытается спрятаться, а «няньки» начинают эвакуацию расплода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

  1. Были выращены три колонии муравья рыжего лесного в домашних условиях.

  2. Потребность в питательных веществах разных групп муравьев различается. В белковой пище нуждается прежде всего матка, личинки и муравьи, которые выкармливают личинок.

  3. Углеводная пища служит основным источником питания для взрослых особей.

  4. От состава пищи не зависит скорость реакции муравьев на различные раздражители.

  5. Двигательная активность муравьев в колонии зависит от корма. При избытке углеводной пищи она значительно снижается.

Из этого следует, что состав и количество пищи оказывают влияние на процессы жизнедеятельности и двигательную активность, но на скорость реакции муравьев – нет. Таким образом, предполагаемая гипотеза подтвердилась в основном, но не полностью.

Практическая значимость работы. В дальнейшем я планирую попробовать расселять муравьев в естественной среде с целью увеличения количества муравейников для улучшения экологического состояния леса. И знания, полученные при выполнении данного исследования, мне в этом пригодятся. При разведении муравьев в домашних условиях можно регулировать их расплод, используя полученные данные исследования. Кроме того, полученные знания я могу применить на уроках и факультативных занятиях по биологии.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Акимушкин, И.И. Мир животных. Рассказы о насекомых/И.И. Акимушкин.–М.: Мысль,1990. –240c.

2.Гиляров,М.С. Жизнь животных/М.С.Гиляров. – М. : Просвещение,1984. – 463с.

3.Захаров, А.А.Муравей, семья, колония/А.А.Захаров. – М.:Наука, 1978. – 224с.

4.Длусский, Г.М. Знакомьтесь: муравьи!/Г.М.Длусский, А.П.Букин. – М.:Агропромиздат, 1986.– 223с.

5.Харитонов,Н.П. Изучение внегнездовой жизни муравьев. Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы/Н.П.Харитонов, Е.А.Дунаев. – М.:МГДПиШ,1992. – 33с.

6. Лоран Келлер и удивительный мир муравьёв [Электронный ресурс]. – 26.10.2015 –Режим доступа:http://www.swissinfo.ch/rus/sci-tech/рубежи-науки_лоран-келлер-и-удивительный-мир-муравьёв/41729744 .– Дата доступа: 10.02.2017.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

КОЛОНИИ МУРАВЬЯ РЫЖЕГО ЛЕСНОГО

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

УЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ОСОБЕЙ В КОЛОНИИ МУРАВЬЕВ ПРИ КОРМЛЕНИИ РАЗНОЙ ПИЩЕЙ

Количество особей в колонии

Дни

контроль

белок

углеводы

1

     

2

 

2

 

3

2

3

 

4

3

4

2

5

3

4

2

6

4

5

2

7

4

6

3

8

4

6

4

9

6

8

4

10

6

9

5

11

6

10

5

12

8

11

6

13

9

12

6

14

9

13

7

15

10

13

8

16

11

14

8

17

11

15

9

18

12

16

9

19

13

17

10

20

13

18

12

21

14

18

12

22

14

19

13

23

16

19

14

24

16

20

14

25

16

20

15

26

17

20

16

27

18

20

16

28

18

20

17

29

18

19

17

30

19

19

18

31

19

18

18

32

21

18

20

33

21

18

21

34

22

17

21