XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СОВРЕМЕННЫЕ СОВРЕМЕННИКИ ДИНОЗАВРОВ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Жаброногий рачок артемия – это собирательное название водных ракообразных рода Artemia. Первая особь зарегистрирована в 982 году иранским географом в озере Урмия. [1] Особую ценность эти рачки приобрели в аквариумистике в качестве корма для рыб и мальков. Они размножается с помощью цист, которые могут храниться на протяжении длительного времени при различных условиях. Высушенная циста является наиболее удобной формой живого корма. Каждый год в мире продается более 2 тысяч тонн. Но не только питательная ценность этого удивительного создания обращает на себя внимание людей. Оно интересно способом размножения и характерной способностью выживать в самых экстремальных условиях. Это практически вся информация, которую можно найти об артемиях в интернете. В детско-юношеской библиотеке нашлось только 2 книги, в которых есть несколько строк о них. И почти во всех источниках речь идет о практическом использовании рачков в качестве корма молодым рыбам. Однако, мир аремий более интересен. Они заслуживают большего внимания благодаря особенностям, позволившим им бытьсовременниками динозавров, и нас с вами.
Поэтому, целью моей работы является проверка достоверности имеющейся информации, а также расширение знаний об артемиях.
Объект исследования – Жаброногий рачок артемия.
Задачи исследования:
- провести обзор литературы и источников интернета, изучить имеющуюся информацию об артемиях;
- провести натурные исследования по изучению особенностей появления, роста и жизнедеятельности артемий в различных условиях: благоприятных и экстремальных.
Глава 1. Жизнь артемий
Артемия встречается практически на всех континентах. Обитает в солёных озёрах при уровне солёности от 25 г/л до 250 г/л. Подобные концентрации смертельны для большинства живых организмов, но в процессе эволюции эти рачки сумели адаптироваться к этим суровым условиям, тем самым заняв экологическую нишу, в которой отсутствуют хищники, а они являются высшей формой жизни. Онараспространена в водоемах с соленой водой в южных районах России (Ставрополье, Алтай, Калмыкия и др.) и на их берегах можно встретить целые валики яиц вместе с частями отмерших растений. Одним из самых перспективных водоемов региона является оз. Большое Яровое, на котором промышленная заготовка ведется с 1978 года. За период освоения ресурса артемии объемы заготовок изменялись от 13.6 тонн до 600 тонн. Цена за 1 кг. артемии в Европе доходит до 50 долларов США. Когда стало понятно, что экспорт артемии может приносить большие доходы, браконьерство на Алтае приняло большие масштабы. [2]
Артемия настолько неприхотлива, что некоторое время может жить даже в пресной воде, выживает артемия и в воде с большим дефицитом кислорода. Пороговая концентрация кислорода для взрослой формы очень низкая – 0,5 миллиграмма на литр, а для науплиев и того меньше – 0,3 миллиграмма на литр. Рачок живет до двух часов даже в бескислородной среде. В некоторых водоемах артемия является единственным представителем животного мира, поскольку никакая другая живность в таких условиях обитать не может.
Артемия обладает устойчивостью и к загрязнению среды обитания, в том числе к высоким концентрациям сероводорода. Этим объясняется то обстоятельство, что во многих соленых водоемах, зараженных сероводородом, зачастую выживает только артемия. Не имея никаких анатомических, поведенческих или других защитных механизмов, она благодаря способности жить и развиваться в среде, совершенно не пригодной для ее возможных врагов и конкурентов, получает надежную экологическую защиту.
Всего в мире в настоящее время существуют семь видов этого существа [3]: Artemia tunisiana; Artemia species; Artemia franciscana; Artemia parthenogenetica; Artemia sinica; Artemia persimilis; Artemia urmiana.
Взрослые рачки обоеполых видов достигают длины 10 миллиметров, некоторых партеногенетических – 20. Окраска в зависимости от потребляемой пищи и концентрации растворенного в воде кислорода варьирует от зеленоватой до ярко-красной.
Артемии размножаются двумя способами: раздельнополым и партеногенетическим (без участия самцов; эмбриональное развитие начинается сразу же после того, как яйца попадают в выводковый мешок). Самка откладывает яйца в выводковые камеры и в благоприятных условиях их развитие там протекает полностью – рождаются науплии. Если же условия обитания ухудшаются, то самка выметывает яйца – цисты, отличающиеся более плотной оболочкой и необыкновенной жизнестойкостью.
Находясь в диапаузе, цисты обладают удивительной жизнестойкостью. Как показали эксперименты, они выдерживают глубокий вакуум, ионизирующее облучение, промораживание до температуры минус 196°С и прогревание до плюс 103°С, действие агрессивных жидкостей, сильное высушивание, анаэробные условия, воздействие пестицидов и продуктов метаболизма. К примеру, в 1979 году в США при бурении скважины в районе Большого Соленого озера (штат Юта) в пробе грунта между двумя слоями соли были обнаружены цисты артемии. После инкубации из них вывелись науплии. Радиоуглеродный анализ показал их возраст – 10 тысяч лет [4].
Вместе с ветром сухие цисты могут переноситься из водоема в водоем. При установлении благоприятных условий из цист выклевываются науплии артемии. За первые сутки циста поглощает воды в 1,4 раза больше ее собственного исходного веса, после чего эмбрион оживает и его развитие возобновляется. В цисте образуется щель, через которую постепенно выходит эмбрион. Средняя длина только что выклюнувшихся науплиий – 0,45 мм, масса – 0,01 мг, цвет – от бледно-розового до ярко-красного. Когда науплии окончательно освобождаются от скорлупы яйца и мембран, обволакивающих их тело, они начинают активно двигаться. До первой линьки, в течение 10–12 часов, науплий не питается, но затем он переходит во вторую личиночную стадию и начинает отфильтровывать и поглощать одноклеточные водоросли и бактерии. В процессе роста в течение восьми суток совершается до 15 линек. [5] Живет артемия до шести месяцев.
По способу питания артемия – активный фильтратор [7]. Рачки не обладают способностью избирательно захватывать и заглатывать только пищевые частицы. Если в воде имеется взвесь тонкого песка и пищевых частиц, заглатываются и те, и другие. К тому же отмечено, что твердые частицы стимулируют сам акт глотания.
В нормальных условиях из одного грамма яиц высокого качества вылупляется 200–300 тысяч науплиев [8].
Жизненный цикл артемии представлен на рисунке 1 [4]:
Рисунок 1 – Жизненный цикл артемии
Только что появившаяся на свет артемия называется Науплия. Внешне она отличается от взрослых особей, имеет небольшое продолговатое тело (около 0.5 мм) и две антенны усики по бокам головы, с помощью которых плавает и проталкивает пищу к ротовому отверстию. На голове расположен примитивный глаз, различающий свет от тени. Он позволяет ориентироваться в пространстве и плыть в освещённые области, где больше всего пищи. Науплии питаются водорослями, бактериями. По мере развития тело удлиняется, по бокам появляются ряд конечностей – грудные ноги-вёсла, а на голове развиваются два сложных глаза (рисунок 2).
Рисунок 2 – Молодые особи аремий
По мере взросления начинают проявляться половые различия. У самок появляется припухлость в нижней части тела – формируется яичный мешок (рисунок 3), у самцов начинают расти вторые усики на голове, которые превратятся в клещи, с помощью которых они будут удерживать самок во время спаривания.
Рисунок 3 – Образование цист в яичных мешках
Взрослые артемии достигают в длину 10–12 мм. Самки немного крупнее, а их яичный мешочек хорошо виден невооружённым глазом. Самцы не имеют подобного мешочка, зато обладают внушительным клещнями на голове. Продолжительность жизни во взрослой стадии составляет около 4-х месяцев. Артемии способны давать потомство (до 300 яиц-цист) каждые четыре дня [4].
В аквариумистике артемия используется в качестве корма на всех трех этапах своего жизненного цикла [4].
Использование артемий
Известно, что артемии в некоторых случаях служили пищей человеку. К примеру, американские индейцы, жившие на берегах Соленого озера в штате Юта (США), охотно ели этих рачков. Арабы, кочевавшие к западу от дельты Нила, вылавливали в соленых озерах артемии и готовили из них пасту, напоминавшую, по словам известного немецкого географа Августа Петермана (1822–78), соленую селедку, причем эту пасту они активно использовали вместо мяса [3].
Артемия является одним из организмов, регулярно используемых для проверки токсичности различных химикатов. Артемии используются в лекарствах от различных видов ревматизмов, заболеваний эндокринной и половой системы и многих других болезней. Они используются для лечения гинекологических заболеваний, бесплодия и т.д. [1].
Однако в современном мире артемия используется все-таки как корм для рыбы, причем в промышленном рыбоводстве он относится к числу наиболее популярных видов.
Интересные факты
Артемия является современником динозавров, она живет на Земле уже около 100 миллионов лет: древнее только щитень (более 220 млн. лет).
В яйцевом мешке самки артемии может находиться до 200 яиц.
У артемии три глаза. Один простой, науплиальный, появляется на личиночной стадии развития, у взрослой особи развиваются впоследствии еще два более сложных глаза.
Артемия не спит. Ей нужно постоянно бодрствовать, чтобы дышать и питаться.
В благоприятных условиях популяция рачков способна разрастается настолько, что меняет цвет озера, оно может стать розовым или даже ярко красным.
Спящая циста способна сохранять жизнеспособность при температурах воздуха до -190°C и кипячении при 105°C в течение 2-х часов.
Цисты артемий неоднократно отправляли в космос в том числе в составе миссий Apollo 16 и Apollo 17. Несмотря на колоссальные перегрузки и космическую радиацию многие яйца выжили. На цистах, наряду с семенами растений, проводились исследования воздействия космического облучения.
В пресной воде науплии артемии живут не более 6-8 ч.
Глава 2. Изучение особенностей появления, роста и жизнедеятельности артемий в различных условиях
Цель исследования: проверка достоверности имеющейся информации, а также расширение и закрепление знаний об артемиях.
Объект исследования: Жаброногий рачок артемия.
Методы исследования: наблюдение, сравнение и эксперимент.
Идея исследования обусловлена желанием уделить больше внимания и подробнее изучить древних существ – рачков Артемии, узнать их строение, особенности роста и жизнедеятельности.
Средства исследования: микроскоп [9].
Cерия экспериментов:
1. По всем правилам вырастить артемий, увидеть результат и убедиться, что при соблюдении благоприятных условий и обеспечения оптимальной среды обитания, артемии легко можно вырастить в домашних условиях.
2. Целенаправленно ухудшить условия жизни и посмотреть за реакцией артемий.
3. Провести наблюдения и узнать особенности их строения, отличительные признаки взрослых и науплиусов, а так же различия самок и самцов. Особенности питания и жизнедеятельности.
4. Испытать жизнеспособность цист в экстремальных условиях.
Основой для проведения экспериментов был выбран большой научно-биологический набор «Аквапарк юрского периода», т.к. в его комплект входят: сухие яйца рачков, корм, кварцевый песок, соль, а так же необходимый инструментарий:
Рисунок 4 - Большой научно-биологический набор «Аквапарк юрского периода»
Эксперимент первый проводили в полном соответствии с инструкцией (подробности в Приложении 1). После двух суток при постоянном освещении появились первые науплиусы. Их просто бесчисленное множество. Характерные особенности: особи имеют небольшое продолговатое тело (около 0.5 мм) и две антенны усики по бокам головы, с помощью которых они плавают и проталкивает пищу к ротовому отверстию. На голове расположен примитивный глаз, различающий свет от тени. Науплии стали расти. Появились характерные черты взрослых: появляются грудные ноги-вёсла и становятся полностью функциональны, начинают выполнять функции передвижения, кормления и дыхания. Усики-антенны уменьшаются и теряют своё первоначальное значение.
Эксперимент прошел успешно, проверено, что при определённых благоприятных условиях цисты проклевываются и из них могут вырасти полноценные артемии.
Эксперимент второй
30.11.2019. Специально было пропущено кормление и подлив воды. Было произведено наблюдение, что активность науплиусов была прекращена. Потом их покормили и долили воду.
01.12.2019. В резервуаре стало гораздо меньше артемий и остались только крупные. Провели частичную замену воды 0,5 литра. Восстановили условия питания.
22.12.2019. Восстановление благоприятных условий не улучшило ситуации: все артемии умерли, осталась только одна.
Эксперимент третий
23.12.2019. Начали выращивание заново. В резервуар высыпали еще четверть баночки с яйцами артемий и добавили активатор роста. И далее постоянно поддерживали благоприятные условия для жизни артемий.
В воде удалось рассмотреть спящие цисты и группы из трех-четырех цист, готовых к вылуплению (рисунок 11)
Рисунок 5 – Спящие цисты и цисты, готовые к появлению науплий
Вскоре из разбухших цист стали появляться первые науплии, окутанные содержимым яйца.
Рисунок 6 – Вскрывшаяся циста
Периодически очищали поверхность. Проводили долив и частичную замену воды. Питаясь, артемии выделяют множество отфильтрованной массы. Очень быстро резервуар заполняется множеством таких «столбиков».
Рисунок 7 – Выход каловых масс и их концентрация в воде
Так же в воде постоянно присутствуют остатки после многочисленных линек, загрязняющие резервуар.
Рисунок 8 – Остатки после линьки
Кроме этого, вода постоянно мутнеет. Поверхность затягивается пленкой и покрывается белым налетом. Приходится регулярно, не реже 1 раза в неделю, проводить чистку воды и частичную подмену. Ежедневно, для поддержания уровня воды, подливали кипяченую воду.
Наряду с крупными артемиями в воде стали появляться науплии. На свет они реагируют по разному: мелкие стремятся ближе к источнику, а крупные, наоборот, поворачиваются на бок и уплывают подальше.
Рисунок 9 – Реакция взрослой артемии на свет
Это объясняется тем, что науплии имеют только один глаз, которым они могут различать свет и тьму. Инстинктивно плывут на свет: там теплее и больше еды. Разная реакция на свет осложняет процесс отлова образцов.
Удалось изучить половые различия: самки немного крупнее и имеют яйцевой мешок. Самцы его не имеют, зато обладают внушительным клещами на голове.
Рисунок 10 – Самка и самец артемии
Таким образом эксперимент прошел успешно. Удалось найти и рассмотреть спящие цисты, разбухшие цисты, вылупившихся науплиусов, проследить стадии роста, вырастить взрослых артемий, найти половые отличия.
Эксперимент четвертый.
11.01.2020. Проверка жизнеспособности цист. Порцию цист залили водой и поместили на 1 час в морозильную камеру. Вторую порцию цист подвергли кипячению в течении 30 минут.
Рисунок 11 – Создание экстремальных условий: кипячение и замораживание
После этого цист поместили в раздельные контейнеры, подготовленные по всем правилам.
12.01.20 (вечер) Появились первые науплиусы, пережившие заморозку.
15.01.20 Наблюдение за цистами, подвергшихся кипячению, прекратили. Не появилось ни одного науплиуса. Попытка выяснить причину: выдвинули гипотезу, что, возможно, соль, купленная в магазине, оказалась с какими-то добавками. Для опровержения или подтверждения этой гипотезы запустили новый эксперимент при соблюдении всех требований, но с новой солью.
15.01.20 при рассмотрении науплиусов, переживших заморозку, обратили внимание на одну особенность: примерно треть науплиусов немного мельче собратьев и, в отличии от них, непрозрачны (рисунок 12). Такой особенности ранее не наблюдалось.
Продолжили изучение опытной партии из 8 науплий.
Рисунок 12 – Среди науплиев замечены мелкие и непрозрачные экземпляры
18.01.20 Все науплии стали одинаковыми. Темных не стало. Выдвинули гипотезу: темные науплии – это только что вылупившиеся науплии. При росте они становятся прозрачными.
19.01.20 Эксперимент по выявлению качества соли показал, что соль подобрана правильно и не влияет на жизнеспособность цист. Причина гибели цист, подвергшихся кипячению не установлена.
Кроме этого провели изучение новорожденных науплиев: все черные и непрозрачные.
Рисунок 13 – Новорожденные науплии
Через пару дней в резервуаре наблюдалась обычная картина. Т.е. наша гипотеза оказалась верной.
19.01.20 В основном, втором, эксперименте удалось найти артемию, длиной около 10 мм и ярко оранжевого цвета. Это была самка. К сожалению, на ней не было икринок. Но обратили внимание на необычное строение головы. Сложные глаза располагались не на поверхности, как ранее, а на особых подвижных выростах головы – стебельках.
Рисунок 14 – Характерное для взрослых артемий расположение сложных глаз на стебельках
Еще одной характерной особенностью является отсутствие других больших особей и наличие мелких, но в гораздо меньшем количестве, чем на началах экспериментов.
Заключение и выводы
В результате проведенных исследований установлено следующее:
Источников информации об артемиях крайне мало. В библиотеке удалось найти только 2 книги с короткими заметками. В интернете подавляющее большинство сайтов, содержащих информацию об артемиях, имеют коммерческую направленность и занимаются продажей цист. Особую ценность эти рачки приобрели в аквариумистике в качестве корма для рыб и мальков. Они размножается с помощью цист, которые могут храниться на протяжении длительного времени при различных условиях. Высушенная циста является наиболее удобной формой живого корма. Каждый год в мире продается более 2 тысяч тон. Но не только питательная ценность этого удивительного создания обращает на себя внимание людей. Оно интересно способом размножения и характерной способностью выживать в самых экстремальных условиях. Кроме этого, есть ряд примеров использования артемий для питания человека и в медицине.
В ходе проведения экспериментов по изучению процессов рождения, развития и жизнедеятельности цист было установлено, что артемии не даром просуществовали более 100 млн. лет. Цисты действительно могут сохранять жизнеспособность в экстремальных условиях. Однако часть информации подтвердить не удалось. Цисты смогли пережить заморозку, но не выжили после заявленного нагрева до 109 градусов. Требуется проведение дополнительного исследования. В целом в ходе экспериментальной части удалось проследить все стадии жизни, подтвердить информацию о строении и поведении артемий –современного современника динозавров.
Список использованных источников
Aquavitro [Электронный ресурс] Режим доступа: http://aquavitro.org/
Комиссаров Д.С. «Животные биоресурсы алтайского края и проблемы их эксплуатации» Выпускная квалификационная работа. «Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина». г. Бийск, 2018.
Artemia World [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.artemiaworld.com/
Aqvium [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.aqvium.ru/
Википедия. Ракообразные [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ракообразные
[Электронный ресурс] Режим доступа: http://fishology.ru/fish/post/28-artemiya
Энциклопедия «Животные в доме» / Гребцова В. Г., Таршис Михаил Григорьевич, Фоменко Г. И. // Большая Российская энциклопедия, 1994. 304 с.
Демянчик В.Т. «Как ухаживать за аквариумными рыбками и рептилиями» / Пособие. Современный литератор, 2001 г. 336 с.
Микроскоп Levenhuk 2L [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.levenhuk.ru/products/microscope-levenhuk-rainbow-2l-moonstone/
Приложение 1
Этапы проведения первого эксперимента
|
20.11.2019. Насыпали в резервуар песок и залили соленую воду 2 литра. |
Рисунок 15 – Подготовка резервуара |
|
22.11.2019. Засыпали яйца и налили активатор роста. |
Рисунок 16 – Засыпка цист |
|
24.11.2019. После двух суток при постоянном освещении появились первые науплиусы. Их просто бесчисленное множество. Характерные особенности: особи имеют небольшое продолговатое тело (около 0.5 мм) и две антенны усики по бокам головы, с помощью которых они плавают и проталкивает пищу к ротовому отверстию. На голове расположен примитивный глаз, различающий свет от тени. |
Рисунок 17 – Поддержание постоянного освещения на протяжении 2 суток Рисунок 18 – Науплиусы |
|
26.11.2019. Первый раз покормили их специальным питанием: соевым лецитином. |
Рисунок 19 – Кормление науплиусов |
|
Науплии стали расти. Появились характерные черты взрослых: появляются грудные ноги-вёсла и становятся полностью функциональны, начинают выполнять функции передвижения, кормления и дыхания. Усики-антенны уменьшаются и теряют своё первоначальное значение. |
Рисунок 20 – «Подросшая» науплия |