XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние различных факторов на размножение муравьёв рода Lasius Niger в условиях домашнего формикария.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Насекомые - наши соседи на планете, они- наши родные, близкие или дальние родственники, они наши предки. Среди них нет некрасивых - каждый живой организм по-своему уникален.
В природе все гармонично и взаимосвязано, а если это равновесие нарушается, то возникает экологический кризис.
Муравьи распространенны по всему миру, за исключением Антарктиды и некоторых удалённых островов, образуя 10—25 % земной биомассы наземных животных. Успех муравьёв во многих средах обитания обусловлен их социальной организацией и способностью изменять место обитания и использовать разнообразные ресурсы.
Удивителен и многообразен мир насекомых Челябинской области. К настоящему времени на территории Челябинской области насчитывается примерно 9 видов ( с подвидами) муравьев рода Lasius 4,25. Самые первые сведения о муравьях Челябинской области приводятся в трудах основоположника российской мирмекологии (науке о муравьях) Михаила Дмитриевича Рузского13,112. Следующая работа, посвященная муравьям Челябинской области была выполнена профессором Н.И.Нефедовым в 1930году 12,37. С конца 60-х годов XX века начинается детальное и планомерное изучение фауны муравьев Челябинской области.
Жизнь этих насекомых связана с окружающей средой. Изменения в жизнедеятельности муравьев происходит в связи с изменения факторов окружающей среды. Поэтому, мы считаем, что необходимо выявить влияние различных факторов на размножение муравьев в домашних условиях, а также определить зависимость активности муравьев от абиотических факторов (температуры, влажности, света, ветра).
Цель работы: Выявить влияние различных факторов на размножение
муравьев рода Lasius Niger в домашних условиях.
Задачи:
1.Изучить основные понятия «муравьи», «факторы среды», «формикарий». 2.Изучить факторы, влияющие на размножение муравьев рода Lasius Niger в условиях формикария в научной литературе.
3.Провести эксперименты и наблюдения за муравьями в формикарии. Гипотеза исследования: Изменение условий содержания и рациона может существенно влиять на поведение и размножение муравьев в формикарии.
Предмет исследования: поведение муравьёв рода Lasius Niger в условиях домашнего формикария.
Объект исследования: домашний формикарий.
Методы исследования: изучение научной литературы, эксперимент, наблюдение, сравнение, фотографирование.
Практическая значимость работы состоит в том, что данные материалы можно использовать в качестве дополнительных рекомендаций в рамках школьной программы «Окружающий мир», также можно использовать во внеурочной деятельности.
Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы, 17 рисунков, 1 таблицы.
Глава I. Теоретические аспекты изучения влияния различных факторов на размножение муравьев в формикариях.
Изучение понятий «муравьи»,«факторы среды», «формикарий». В данном параграфе мы рассмотрим основные понятия по этой теме.
В большом толковом словаре русского языка С.А.Кузнецова понятие «муравей» означает: мелкое насекомое, живущее большими сообществами 8,561.
Экологи о понятии «муравей» говорят следующее: муравей - один из основных компонентов большинства наземного биоценоза 11,18.
В биологии существует следующее определение понятия «муравей» - семейство насекомых из надсемейства муравьиных, отряда перепончатокрылых. Являются общественными насекомыми, образующими 3 касты: самки, самцы и рабочие особи. Муравей принадлежит к классу насекомые, типу членистоногие, отряду перепончатокрылые, семейству муравьи (Formicidae) 2,611.
В детской энциклопедии о животных понятие «муравей» звучит так: муравьи- один из самых многочисленных и известных насекомых 1,153.
Российский энтомолог Захаров А.А. под факторами среды понимает любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы 7,110. Изменения поведения насекомых может возникнуть под влиянием различных факторов среды (см.рис.1)
Рис.1
Факторы среды обитания
Абиотические факторы Биотические факторы Антропогенные факторы
(Температура, влажность
среды, световые изменения)
Муравьи довольно просты в содержании, но у них есть довольно специфические требования к условиям содержания 9,86.
Для успешного размножения муравьев в формикарии должна поддерживаться определенная температура, влажность, а также должна быть искусственно создана «полутень».
По определение российского мирмеколога Длусского Г.М. «формикарий» - это сооружение для содержания муравьев или искусственный муравейник 5,153.
Таким образом , в контексте нашей работы возьмем за основу определение российского энтомолога Захарова А.А., факторы среды - любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы, т.е.выявить влияние факторов среды ( а, именно, абиотических факторв) на размножение муравьев рода Lasius Niger в условиях искусственного муравейника (формикария).
1.2.Особенности создания домашнего формикария.
В данном параграфе мы рассмотрим классификацию формикариев по типу размещение в пространстве и по типу используемого наполнителя из которого они созданы.(см.рис.3, см.рис.4) 5, 178.
Первые формикарии создавались мирмекологами (учёными, изучающими муравьёв) для своих научных исследований ещё в XIX веке. Однако, муравьями увлекались не только учёные, поэтому появились простейшие формикарии. Первый коммерческий формикарий был создан примерно в 1929 году и запатентован в 1931 году изобретателем, профессором Франком Аустином.
Российский мирмеколог, энтомолог Длусский Г.М.в своих научных работах говорит о многообразии и последовательности изготовления различных формикариев (см. рис.2,3,4) 5,31.
Формикарий комплексного типа.
Рис.2
Классификация формикариев по размещению в пространстве.
Рис.3
Горизонтальные. Это так называемые "лежачие" формикарии, в которых камеры ориентированы по горизонтальной плоскости, как в природных муравьиных гнездах. Они лучше всего имитируют природные структуры, их камеры более вместительны, за счет большой площади дна. В таких формикариях меньше всего пачкается смотровое стекло, а наблюдать за муравьями намного удобнее.
Вертикальные. В противовес к горизонтальным, это формикарии с вертикальной ориентацией камер. Они имитируют ярусные муравьиные дома. Их основной плюс в том, что они занимают меньше места. Такие формикарии хороши, если живет много семей.
Комплексные. Это формикарий, объединяющий в одном блоке как само гнездо, так и арену. Обычно делается по типу аквариума. Для удобства наблюдения обычно в таких конструкциях для муравейника используется вертикальная плита.
Острова. Наименее распространенный тип. Представляет собой арену, окруженную водяным рвом. Посреди арены находится сам формикарий. Из плюсов можно отметить то, что острова довольно эффективны при побегах и очень удобны при наблюдении. У островов нет крышек, сеток и покровных стекол, что позволяет беспрепятственно наблюдать за муравьями и делать хорошие фотографии. Минусы - надо постоянно следить за уровнем воды, чистить ров и менять застоявшуюся воду.
Классификация формикариев по типу материала.
Рис.4
1. Гипсовые, алебастровые, цементные и бетонные формикарии.
Такие формикарии представляют собой ёмкость, в которую заливается наполнитель, который достаточно быстро затвердевает и сохраняет форму. В этом наполнителе имеются ходы и камеры, имитирующие внутреннюю структуру муравейника.
1.Грунтовые формикарии, в которых в качестве наполнителя служит грунт, например песок или обычная почва. В таких формикариях ходы прорываются самими муравьями, что приближает условия содержания к природным. Однако наблюдение за муравьями в таких формикариях часто становится затруднительным, так как муравьи могут прорывать ходы подальше от стекла, закрывать стекло грунтом.
2.Деревянные формикарии, в которых в качестве наполнителя служит дерево.Изготовление и эксплуатация таких формикариев связана с рядом проблем,связанных с разбуханием дерева при повышении влажности.
3.Стеклянные формикарии. В таких формикариях стенки ходов и камер сделаны из стекла. Чаще всего такой формикарий представляет собой комплекс ёмкостей с наполнителем или без, соединённых между собой. Самый простой вариант — это комплекс из множества пробирок, соединённых трубками.
4.Акриловые формикарии. В акриловых формикариях стенки ходов и камеры выполнены из акрила
5.Гелевые формикарии. Такие формикарии напоминают грунтовые, однако заполнены не грунтом, а специальным гелем. В таком наполнителе муравьи могут прогрызать ходы. Сам гель в такой муравьиной ферме служит муравьям не только убежищем, но и пищей. Но продолжительное существование семьи муравьёв в гелевых формикариях невозможно, так как муравьи не могут длительно питаться одним гелем, а дополнительный корм в таком формикарии портится.
6.Резиновые формикарии — формикарии, сделанные из различных полимерных веществ. Такие вещества могут оказаться токсичными и привести к гибели муравьёв.
7.Комбинированные формикарии — формикарии, сочетающие в себе различные конструкционные особенности. Также есть жилые искусственные муравейники, соединённые с ареной специальной гибкой трубкой.
В нашей исследовательской работе изначально мы использовали «формикарий-инкубатор», который используется для начальной стадии, до достижения семьи 40 особей (Приложение 2 фото 5).
После этого муравьев нужно переселять в средние по размеру формикарии. Специально, для этого нами был создан деревянный формикарий, в котором уже могут проживать от 100 до 200 особей.(Приложение 2 фото 6 ).
Выводы по I главе
1.Муравьи́ (лат. Formicidae) — семейство насекомых из надсемейства муравьиных,отряда перепончатокрылых.Являются общественными насекомыми, образующими 3 касты: самки, самцы и рабочие особи.
2.Факторы среды - любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы.
3.Формикарий (лат. Formicarium)-сооружение для содержания муравьёв или искусственный муравейник. Выведение муравьев рода Lasius Niger в домашних условиях, с целью их дальнейшего переселения в естественные условия обитания, а также эксперименты по изучению влияния различных факторов на размножение муравьев. Это реальная возможность выведения колоний муравьев в домашних условиях и дальнейшего переселения их в привычные места обитания.
4.Изменение абиотических факторов в условиях формикария, влекут за собой изменения в жизни муравьев рода Lasius Niger.
Глава II.Эмпирическое изучение влияния различных факторов на размножение муравьев рода FormicaRufa в домашних условиях.
2.1.1.Изучение влияния изменения температуры на размножение муравьев на практике .
Исследования по изучению влияния температуры на размножение муравьев проводились в течение 6 месяцев: с 12.06.2019 по 12.12.2019г. Для исследования была использована колония муравьев вида Lasius niger, изначально была найдена матка или «царица»[3,72]. Численность колонии составляла порядка 25 особей муравьев и матку. Колония была выращена от одной царицы (Приложение 2 фото 7), помещенной в пробирку-инкубатор (Приложение 2 фото 5). После чего, была распределена в деревянный формикарий (Приложение 2 фото 6).
Она отличается от остальных самок боле крупными размерами, большим брюшком и имеет характерный «горбик» на груди. «Царица» обычно откладывает «пакет» яиц – 5-10 штук. Первая партия развивалась достаточно долго – месяц. Следующие кладки развивались быстрее. За 3,5 месяца численность колоний достигла 35-40 особей. Все это время самка с расплодом находилась в пробирке-инкубаторе . По достижению нужного количества особей расплод вместе с маткой был определен в деревянный формикарий . После расселения расплода, мы более детально занялись эмпирическим изучение влияния различных факторов на размножение в формикарии муравьев рода Lasius Niger.
Наблюдая за полным превращением муравьев, нами были отмечены все стадии развития муравья: яйцо, личинка, куколка и имаго (Приложение 3 фото 7).
Эксперимент №1.
Цель: доказать, что изменение температуры окружающей среды существенно влияет на поведение и размножение муравьев.
Наше исследование проводилось в 2 этапа: осенью 2019 года, когда в квартирах еще не начался отопительный сезон, и температура в помещении была 15-16 градусов, и зимой 2019 года: когда появилось центральное отопление и температура в помещении поднялась до 20-26 градусов Цельсия.
В первом случае, поведение муравьев изменилось: их активность сильно уменьшилась, матка перестала откладывать яйца, это давало очень пагубное влияние на здоровье колонии. (см.рис.5,7)
Рис.5 Активность колонии при низких температурах
Во втором случае мы видим, что повышение температуры воздуха положительно влияет на активность муравьев (см.рис.6,8).
Рис.6.Активность колонии при нормальных температурах.
Подводя итог исследования температурного влияния на размножение и жизнедеятельность муравьев, мы можем сделать вывод, что для полноценного развития необходимо учитывать подходящую для них температуру: на арене от 20 до 30о C, в формикарии от 21 до 26о C. Именно при таких условиях муравьиная колония будет быстро и правильно размножаться и развиваться.
Рис.7. Развитие колонии при температуре 15-160С
Рис.8 Развитие колонии при температуре 21-250С
2.1.2.Изучение влияния влажности воздуха на размножение муравьев
Эксперимент №2.
Свое исследование мы начали с измерения уровня влажности в помещении. Для этого использовали прибор-гигрометр ( измерительный прибор, предназначенный для определения влажности воздуха и других газов.) Увлажнение специальных камер производились 2 раза в неделю. В результате наших наблюдений за муравьями, мы выяснили, что если влажность воздуха меньше нормы, то практически вся колония прижимается к камере увлажнения, соответственно, активность заметно уменьшается(см.табл.1).
Таблица 1
Поведение муравьев при определенной влажности воздуха
|
Поведение членов колонии |
Влажность |
Выше нормы |
||
|
Ниже нормы |
Норма (80-90%) |
|||
|
Матка |
Остановка откладки яиц Жмется к камере увлажнения |
Нормальное поведение |
Переход в более сухие камеры |
|
|
Рабочие особи |
Жмутся к камере увлажнения Замедление активности |
Нормальное поведение |
Уносят пищу и расплод в более сухие камеры |
|
|
Расплод |
Замедляется развитие |
Нормальное развитие |
Замедляется развитие |
|
Для нормальной жизнедеятельности муравьев вида Lasius Niger необходимо хорошо увлажнять формикарий. Муравьи предпочитают повышенную влажность. А для выращивания расплода это вообще обязательное условие. Важно помнить-гораздо опаснее переувлажнить формикарий, нежели его недо увлажнить. В формикарии должно быть влажно, а не мокро! Соответственно, можно сделать вывод, что уровень влажности в формикарии играет огромную роль на размножение муравьев рода Lasius Niger (см.рис. 9,10).
Рис.9 Колония муравьев при влажности Рис.10 Колония муравьев при влажности
в формикарии 40-50% в формикарии 80%
2.1.3.Изучение влияния освещения на размножение муравьев.
Эксперимент №3.
Муравьи обладают не очень хорошим зрением, но яркий свет они различают очень хорошо. Резкие смены освещенности пугают муравьев, что было отчетливо видно при проведении экспериментов. При помещении под яркий источник света муравьи начинают бегать по формикарию и искать убежище. Освещение – сигнал, что они находятся вне муравейника и не защищены. Первое что делает матка, попав на свет- пытается экстренно спрятаться в темное место, а муравьи начинают эвакуацию расплода (см.рис.11).
При помещении формикария в тень поведение муравьев не изменилось.
На основе проведенных опытов можно сделать вывод, что оптимальное освещение для формикария – полутень.
Со стороны все это выглядит забавно, но негативно сказывается на жизнедеятельности колонии. От стресса матка может перестать откладывать яйца и даже съесть расплод.
Рис.11. Поведение колонии муравьев при ярком освещении (матка пытается
спрятаться, расплод бегает по инкубатору, пытаясь спрятаться в
темное место).
2.1.4.Изучение влияния смены рациона питания на размножение муравьев в домашних условиях.
Помимо климатических условий, влияющих на жизнедеятельность муравьев, мы решили также проверить влияние питания на их размножение. Успешное содержание муравьиной колонии требует соблюдения правил ухода, в частности-кормления. Нужно правильно оценивать гастрономические предпочтения данного вида муравьев. Вид муравьев Lasius Niger предпочитает питаться белковой пищей, а также пищей с высоким содержанием углеводом, не ведут образ жизни хищника ( в основном питаются погибшими насекомыми). Свою колонию муравьев мы кормили личинками жука «Знахаря» (Приложение 3 фото 9)10,26, а также сахарным сиропом, медом и фруктами (см.рис.14,15). Для успешного развития колонии мы регулярно кормили муравьев 1 раз в 2-3 дня, также кормили их фруктами, сладким и медовым сиропом.
Эксперимент №4.
Для проведения эксперимента мы в течение одной недели не кормили муравьев белковой пищей. Путем нашего наблюдения было выявлено, что нехватка белковой пищи оказывает пагубное влияние на здоровье колонии: уменьшается активность рабочих особей, матка перестает откладывать яйца, часть расплода матка съедает, а оставшаяся часть останавливается в развитии (см.рис.12).
Рис 12. Активность колонии при недостатке белковой пищи.
После этого эксперимента через несколько недель после того, как пришла в норму колония, мы постепенно начали увеличивать содержание белка в пище и это также отразилось на активности и жизнедеятельности ( способности быстро размножаться) муравьев. В результате резко увеличилось количество особей в формикарии (см.рис.13).
Рис 13. Активность колонии при достатке белковой пищи.
Подводя итог исследования влияния количества белковой пищи на размножение муравьев в домашних условиях, мы можем сделать вывод, что для их нормального развития необходимо кормить их 1 раз в 2-3 дня, и не давать им больше, чем они смогут съесть, а также очень мало. Следуя этому, колония будет расти и развиваться (см.рис.16,17).
Рис.14 Белковая пища Рис.15 Углеводная пища
Рис.16. В рационе питания только углеводная пища ( медовый сироп).
Рис.17. В рационе питания углеводная и белковая пища.
Выводы по II главе
Таким образом, наше исследование показало, что в искусственной среде обитания колония муравьев Lasius Niger чувствует себя превосходно (прирост численности) , при определенных правилах ухода. Мы установили, что для того, чтобы увеличить численный состав колонии, нужно кормить муравьев белковым кормом. Опытным путем были определены наиболее благоприятные условия для домашнего содержания муравьев. Формикарий необходимо содержать в затемненном месте, при температуре от +25о С до +28оС, подальше от прямых солнечных лучей, а также влажность должна составлять 80-90% (Приложение 4 фото 10).
Заключение
Жизнь насекомых тесно связана с влиянием факторов среды на их жизнедеятельность (факторы живой и неживой природы, влияние деятельности человека).Поэтому мы считаем, что необходимо изучить взаимосвязь размножения муравьев в искусственных муравейниках (формикариях) и факторов среды.
В I главе мы изучили понятия «муравьи», «факторы среды», «формикарий».
Муравей- семейство насекомых из надсемейства муравьиных, отряда перепончатокрылых 2,с.611.
Факторы среды – отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы 7, с.110.
Формикарий – сооружение для содержания муравьев или искусственный муравейник 5,с.178.
Также рассмотрели классификацию факторов среды (см.рис.1)
И сделали вывод, что изменения факторов среды, а именно абиотических факторов, может существенно влиять на поведение и размножение муравьев вида Lasius Niger в условиях домашнего формикария.
Во II главе мы описали эксперименты, которые проходили в течение 6 месяцев (с 12.06.2019г. по 12.12.2019г.). Все это время мы наблюдали за муравьями, измеряли температуру окружающей среды, влажность, сравнивали полученные результаты.
Основываясь на наших опытных экспериментах, мы сделали вывод о том, что изменения температуры окружающей среды, влажности, освещенности, а также изменение рациона питания муравьев вида Lasius Niger несомненно сказывается на их размножении.
Таким образом, гипотеза, что изменение условий содержания и рациона питания может существенно влиять на поведение и размножение муравьев в формикарии, подтвердилась.
Подводя итог нашей научно-исследовательской работе, можно сказать, что опыт разведения черного муравья можно применять для разведения полезных видов муравьев, с целью увеличения их численности в природе там, где это необходимо.
А также, муравьиная ферма-это яркий способ выделиться, ведь такие домашние любимцы - настоящая экзотика! Это отличный способ приобщиться к природе и проявить заботу. Это невероятный антистресс – можно часами сидеть и наблюдать за кипящей жизнью муравьев, это очищает сознание и расслабляет.
И напоследок, собирая материал для нашей научно-исследовательской работы, мы заинтересовались научной статьей в журнале Biochimie 6,с.17, где говорилось, что ученые из МГУ и «Сколтеха» обнаружили в кишечнике черных муравьев антибиотик, который может подавлять рост раковых клеточных линий человека. Что доказывает, что разведение муравьев несет очень глубокую значимость для мира в целом.
Список используемой литературы
1. Авдонина М. Насекомые. Полная энциклопедия./ Изд. Эксмо, 2015г., с.256
2. Биология: Энциклопедия / Под ред. М.С. Гилярова. – Большая российская энциклопедия.2003.-864с.:ил., 30 л.цв.ил.)
3 Гетцель В. Энциклопедия. Насекомые. /Изд. «Проф-Пресс», 2017г., стр.96
4. Гридина Т.И. Муравьи Урала и их географическое распределение./Успехи современной биологии.2003.Т.123, №3 с 289-298)
5. Длусский Г.М., Букин А.П. Знакомьтесь: муравьи! – М.: Агропроиздат, 1986 г., с.223
6. Журнал Biochimie, май 2019г., №160, Юлия В.Закалюкина, Михаил В.Бирюков, Дмитрий И.Ширяев, Дмитрий А.Лукьянов, Илья А.Остерман, страницы 99)
7. Захаров А.А. Муравьи лесных сообществ/Отв.ред.чл.-корр. РАН Б.Р. Стриганова – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2015-404с.
8. Кузнецов С.А. Большой толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражение/Российская академия наук. Институт русского языка им.В.В.Виноградова.-3-е изд., М.: Азбуковник, 1996.-945с.)
9. Лукьянов М.О. Загадочные насекомые. М: ООО «Издательство «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003-272с.-(Интересно о неизвестном) .
10. Медведев Г.С. 1968г. Жуки-чернотелки//Фауна СССР: Жестокрылые. Т.19, вып.2 Л.: Наука. 1-285.
11. Научный журнал «Исследовано в России», 1991, №5, с.58
12. Нефедов Н.И. ; Троицкий заповедник Ин-та и Зоол. кабинет Пермского ун-та.-[Б.м.]б.и.],[1930].Отт. из: Известия Биол. наун.-исслед. ин-та при Пермск. гос. ун-те. Т. УП, вып. 5, 2010г, 132 с.
13.Рузский М.Д. Муравьи России. Систематика, география и данные по биологии русских муравьев. Часть первая. С 176 рисунками в тексте. Казань. Типолитография Императорского университета. 2003г., с.362
Приложение 1
Ф ото 1. Автор изучает научную литературу Фото 2. Автор изучает научную литературу
Фото 3. Автор проводит наблюдения Фото 4. Автор проводит наблюдения
Приложение 2
Фото 5. Формикарий-инкубатор.
Фото 6. Деревянный формикарий
Фото 7. Матка черного муравья Lasius Niger
Приложение 3
Фото 8. Стадии развития муравья.
Фото 9. Жук «Знахарь» и его личинки (белковая пища муравьев).
Приложение 4
Фото 10. Визуальный прирост колонии (белые муравьи-новые особи).
Приложение 5
Фото 11. Заселенность деревянного формикария.