Муравьи - общественные насекомые

XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Муравьи - общественные насекомые

Гагарин Я.И. 1
1МОБУ ФТЛ им. В.П. Ларионова
Алексеева А.И. 1
1МОБУ ФТЛ им. В.П. Ларионова
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность: Муравьи являются одним из самых распространенных и загадочных насекомых на свете, ведут общественный образ жизни. Однако, несмотря на долгий период изучения муравьёв в природе, вопросы взаимодействия муравьев в их семье, наблюдения за поведением и образом жизни вызывают огромный практический интерес у школьников. В условиях формикария можно наблюдать за жизнью муравьев. Материалы и фоторепортажи из жизни муравьев могут применяться на уроках биологии в лицее, результаты исследования будут опубликованы в брошюре. В ходе исследования поставлены эксперименты, которые вызывают яркий интерес наблюдения общественных насекомых.

Цель исследования: Изучение процессов жизнедеятельности и поведения муравьев жнецов и муравьев феллахов в искусственном формикарии.

Задачи: 1. Поставить опыты на влияние условий среды обитания на жизнедеятельность муравьев: температуры, шума, освещения, влажности, времени суток.

Провести сравнительный анализ муравьев двух разных видов жнецов и феллахов по морфологическим, физиологическим критериям;

Изучить распределение роли муравьев в общественной жизни семьи, их общение друг с другом, реакции на приближение опасности;

Рассмотреть взаимодействия муравьев разных видов друг с другом;

Провести анкетирование среди учащихся ФТЛ пятых и седьмых классов, проанализировать результаты.

Объект исследования: Муравьи- жнецы Messor structor и муравьи – феллахиCamponotus cf. fellah.

Предмет исследования: общественная жизнь муравьев.

Гипотеза: Если муравьи живут в обществе, то их роль в общественной жизни семьи превышает индивидуальные потребности каждого муравья.

Методы исследования:

Метод наблюдения в формикарии за муравьями.

Проведение экспериментов с муравьями и анализ полученных результатов.

Метод микроскопического изучения личинок жнецов и феллахов.

Анализ анкетирования учащихся пятых и седьмых классов ФТЛ.

Влияние на жизнедеятельность муравьев условий среды обитания

Место жительства. Мы выяснили, что муравьи с неохотой меняют свое место жительства. На полное переселение муравьев из пробирки в формикарий потребовалось около 12 часов.

Среда обитания. Поставили опыты влияния среды обитания на муравьев.

Ход эксперимента:

Изменение уровня влажности. Пять дней подряд увлажнять муравейник ежедневно (по 2мл в каждую камеру увлажнения) и три дня не увлажнять. Результаты представлены в таблицу 1.

Таблица 1.

Поведение муравьев при различной влажности воздуха

Поведение муравьев

Влажность ниже нормы (слишком сухо)

Нормальная

влажности

Влажность выше нормы (стекло формикария запотевшее)

Матка

Неактивна. Прижимается к камере увлажнения

Нормальное поведение (относительно активна)

Ищет сухие камеры

Муравьи

остальные

Неактивны. Прижимаются к камере увлажнения

Нормальное поведение (активны)

Ищут сухие камеры, переносят приплод и некоторые семена в более сухие места

Приплод

Развитие замедляется

Нормальное развитие

Развитие замедляется

Вывод:для нормальной жизнедеятельности муравьев необходимо увлажнять формикарий не полностью. Очень важно, чтобы часть формикария оставалась сухой. [1] При этом, как показал опыт, увлажнять в период отопления квартир нужно не реже 1 раза в 2 дня, а иногда и каждый день.

б) Изменение уровня освещения. Резкое освещение не нравится муравьям, они начинают паниковать. Наиболее комфортно они себя чувствуют в сумраке.

в) Имитация подземных толчков. Для этого достаточно несколько раз немного приподнять формикарий с одного угла и опустить. Результат: муравьи видят в этом серьезную для себя опасность. Хватают приплод в поисках безопасного места (в том числе на арену). При серьезной опасности даже матка участвует в переносе личинок. Она также в панике начитает бегать.

г) Изменение температуры в окружающей среде. В формикарии температура воздуха 24 градуса. При этой температуре муравьи себя комфортно чувствуют. При понижении температуры до -2 градусов активность муравьев меняется. Матка легла на приплод, няньки оставались с ней. Муравьи держатся группами [1].

Вывод: Температура комнаты 24 градуса благоприятна для жизни муравьев.

д) Активность муравьев в зависимости от времени суток. Наблюдая за муравьями, я заметил, что их подвижность меняется в зависимости от времени суток. Обозначим условно 5 уровней активности муравьев, где 0 – не активны, 5 – наиболее активны.

Рис.1. Зависимость активности муравьев от времени суток

Вывод: активность муравьев меняется в зависимости от времени суток. Наиболее активными они становятся ближе к вечеру, а к утру их энтузиазм пропадает.

Сравнительный анализ жизни муравьев двух разных видов: жнецов и феллахов

В качестве объекта наблюдения были взяты муравьи жнецы и феллахи. Выбор пал именно на этих муравьев для проведения объективного анализа, так как в настоящий момент жнецы считаются самым распространённым видом муравьёв у мирмикологов, а вот феллахи до сих пор является малоизученным видом муравьев. Сведения по взаимоотношениям такой пары видов муравьев отсутствуют.

Муравей-жнец – это степной зерноядный муравей, житель пустынь и степей по всему миру и на юге России. Питается жнецы зернами и семенами, которые собирают с земли, а также мелкими насекомыми и гусеницами [4]. В искусственном формикарии получают семена раз в неделю, сортируют их и распределяют по секторам. Раз в 10-14 дней получают яичный белок или отварную курицу. Наблюдение показало, что недостаток белка сказывается на численности и размере личинок. Чем меньше белка в корме муравьев, тем меньше будет личинок и меньшего размера будут муравьи.

Феллахи – это вид земляных муравьёв,  встречаются в Северной Африке и Азии. Питаются насекомыми. Раз в неделю должны получать сладкий сироп [4]. Летом получают белок в виде живых мух. Зимой мух нет, следовательно, матка откладывает меньше яиц. Основная кладка яиц приходится на теплые месяцы года. Из этого я сделал вывод, что для нормального размножения и развития муравьев им нужен белок.

Сравнительный анализ двух видов муравьев по основным морфологическим и физиологическим параметрам представлен в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительный анализ муравьев Жнецов и Феллах

Особенности

Messorstructor

Camponotuscf.fellah

Цвет муравья

Темно-коричневый, черный

от красновато-коричневого до буровато-чёрного

Размер матки (королевы)

10-12 мм

16-20 мм

Размер рабочего

3-5 мм

5-8 мм

Размер солдата

6-9 мм

10-17 мм

Форма яйца

круглое

овальное

Этапы превращения

Яйцо - личинка – куколка - имаго

Яйцо-личинка –

кокон - имаго

Процесс эволюции от яйца до муравья

От 21 дней до 30 дней

Примерно 1-1,5 месяца

Средний прирост населения

350 особей/год

60 особей/год

Жизнедеятельность

Земледельцы и собиратели

Охотники и воины

Зимняя спячка

отсутствует

Диапауза (декабрь-январь)

Средняя продолжительность жизни

Рабочий – 3-5 лет

Матка – до 20 лет

Рабочий – 3-5 лет

Матка –до 26 лет

Морфологические различия

явные

явные

Ярким отличительным признаком Феллах от Жнецов является их внушительный размер, а также разными коконами перед имаго. У Феллах развивается кокон, он крупнее и опутан специальными выделениями муравья. Наблюдение с помощью микроскопа показали, что личинка феллах уже в возрасте 10 дней имеет четко выраженную голову, а первым развиваются на ней жвалы, которыми будущий муравей активно шевелит, при этом у личинок находится в постоянном движении кишечник внутри. У личинок жнецов также в этом возрасте активно формируются жвалы, однако кишечник не так ярко выделяется как у феллах. При поворачивании личинок, они начинают шевелит своими жвалами. В то время как зародыш жнеца из личинки превращается в куколку, у которой невооруженным глазом видны будущие глаза, лапы, можно сказать, это полноценный муравей, только белого цвета и «сложенный».

Взаимодействия муравьев в группе

Период исследования и наблюдения составляет с августа 2018 года по настоящее время. В своем исследовании я использовал муравьев Messor structor и Camponotusfellah численностью семей 130 и 60 особей соответственно.

У этих муравьев роли четко распределены. Присутствует каста солдат [2].

1)Распределение ролей в семье муравьев.

Для оценки роли рабочего при отсутствии рожденных солдат я провел опыт. Поймал рабочего и пометил его канцелярским корректором. Со стороны арены во вход лабиринта я просунул тонкую полоску ткани, и шевелил её. Несколько муравьев, в том числе, помеченный, напали на «тряпочку», кусая и жаля брюшком.

Вывод: в отсутствии солдат рабочие выполняют их роль, защищая муравейник.

Наблюдение показало, что сразу после рождения все муравьи выполняют роль нянек и лишь потом переходят в другую профессию. При этом первую неделю в семье присутствует конкуренция среди нянек за выполнение своих функций. Каждая нянька пытается покормить, переложить в другое место яйца или личинок. Иногда наблюдается борьба за личинку в виду ее перетягивания.

Роль семьи для муравьев

Муравьи - это общественные насекомые. Роль семьи для отдельного муравья был выявлен экспериментальным путем.

Цель опыта – узнать, как ведут себя муравьи отдельно от собратьев. Для этого в пробирку №1 я поселил одного муравья, а в пробирку №2 – двух. В обеих пробирках было достаточно воды, еды и пространства. Через три дня были заметны первые изменения в жизни одинокого муравья. Он стал малоактивным, перестал кушать и потерял интерес к нахождению выхода. Стало очевидно, что он скучает по своей колонии. Он умирал. В другой пробирке, муравьи чувствовали себя не так плохо. Они продолжали принимать пищу, трафолаксис, были достаточно активны. Через пять дней эксперимента, я решил поместить назад их в муравейник. В муравейнике нас всех ждал сюрприз. Муравьи не приняли назад «путешественников». Соприкасаясь усиками, муравьи не чувствовали запаха своего муравейника на муравьях из пробирки. В итоге, бедные муравьи были изгнаны из колонии. Сначала их оттаскивали на свалку, а затем одного муравья убили, у второго остался поврежденным усик.

Вывод: Муравьи не могут жить в одиночестве. Им нужна семья и общение.

Общение муравьев и реакция на возникновение опасности

В семье муравьи общаются с помощью усиков и трафолаксиса. Для исследования этого процесса был использован красный сироп «КYN». Во время поедания сиропа брюшко феллаха увеличивается в размере и приобретает красный цвет (цвет сиропа). Насытившись, муравей бежит вглубь формикария и играет роль донора. В процессе трафолаксиса брюшко реципиента также увеличивается и приобретает цвет сиропа.

Затем я опытным путем оценил поведение муравьев в момент опасности. Для этого в формикарий к жнецам был помещен мучной червь. Поначалу некоторые муравьи потихоньку приближались к червяку и испуганно отбегали. Буквально через две минуты муравьи начали нападать на червяка. В течение 10 минут была жестокая борьба. Муравьи кусали червяка и жалили. И, в конце концов, муравьи победили. Через несколько часов тело червяка отнесли на свалку, а вход на арену закрыли песком (наверно, чтобы предотвратить повторное вторжение врага на их территорию).

В глаза бросается то, что действуют муравьи всегда сообща. Нет ни одной операции или функции, которую выполняет одиночка. Как организовано групповое поведение муравьев? Кто управляет ими? И всегда ли их действия правильные и эффективные? Для ответа на этот вопрос я провел эксперимент. Для этого я немного потряс формикарий и постукал по нему, создавая панику у жильцов. У муравьев начался хаос, они бегали туда-сюда хватали яйца, личинки, корм и таскали их по всему муравейнику. Но как только начали появляться кучки личинок, муравьи стали собирать свой расплод именно в эти кучки. И даже в этой ситуации налицо видна внутригрупповая конкуренция: один муравей кладет в кучу личинку, другой муравей хватает ее и тащит в свою кучу. Постепенно в результате всех этих несогласованных действий муравьи собрали весь расплод в несколько кучек. Но те, что крупнее, оказались привлекательнее, и сюда перенесли расплод большее число муравьев. Поэтому, в конце концов, расплод сосредотачивается в одном месте, и муравьи успокоятся [3].

Из всего этого можно смело делать вывод, что в группе муравьев нет управленца, регулирующего деятельность каждого ее члена. Групповое поведение формируется путем суммирования действий множества индивидов. При этом отдельные муравьи действуют неправильно, неэффективно. Они действуют независимо друг от друга, ориентируясь на ситуацию. И только благодаря усилиям большинства, возможен общий положительный эффект. В этом заключается феномен группы у муравьев [3].

На основании этих наблюдений я убедился, что каждый муравей действует независимо от своих товарищей.

Взаимодействия муравьев разных видов друг с другом

Мы провели опытс целью оценки возможности межвидового общения. В формикарий к жнецам был помещен феллах. А к феллахам – жнец. Феллахи, как только почувствовали чужака, уничтожили его моментально. Жнецы же в силу своей мирной природы сначала боялись чужака, однако также его убили, видя в нем угрозу для колонии. Муравьи – храбрые защитники своей семьи. Если их дом потревожит какой-нибудь хищник, то они начнут его уничтожать, даже своего собрата из другого рода.

Следовательно, на любые внешние воздействия на формикарий феллахи реагируют моментально и агрессивно. Жнецы же оценивают обстановку и только если видят угрозу, нападают.

Уже проведенные исследования энтомологов и мирмикологов доказали, что муравьи тщательно заботятся о своем потомстве, подобно тому как родители заботятся о своих детях, кормят и воспитывают их. Однако, мне стало интересно, как муравьи отнесутся к личинкам чужаков.

Я поймал муравья жнеца с яйцом и положил яйцо к феллахам. К сожалению, они его съели. При помещении яйца-феллах к жнецам произошло тоже самое.

Данный эксперимент был проведен 3-кратно. Ход эксперимента и результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Этапы эксперимента с подсадкой приплода в чужую семью

 

1 эксперимент

2 эксперимент

3 эксперимент

Ход эксперимента

Личинка и помещена в соседний формикарий

Яйцо жнецов помещено в колбу на арену к феллахам. Цель – впитывание яйцом запаха нового муравейника (24 часа)

Личинки помещены в колбу на арену к феллахам. Цель – впитывание личинками запаха нового муравейника (48 часов)

Реакция муравьев

Жнецы носили по очереди чужую личинку.

Феллахи сразу приняли личинку в качестве угрозы.

Феллах почувствовал чужака, не прикасаясь к яйцу

Феллах отнес личинку внутрь муравейника. Нянька держал личинку и стоял над ней, защищая от мимо проходящих.

Результат

Личинки съедены

Яйцо съедено

Личинки съедены

Вывод

Чужие личинки не принимаются в семью

Чужие яйца не принимаются в семью.

Чужие личинки не принимаются в семью. Однако, муравья можно обмануть.

Результаты анкетирования в пятых и седьмых классах

Мы провели анкетирование среди учащихся 5 и 7 классов. Вопросы анкеты:

Что такое формикарий?

Могут ли муравьи жить в одиночку?

Кто такие общественные насекомые? Назовите примеры

Чем питаются муравьи?

Какую пользу приносят муравьи в природе?

Результаты анкетирования пятых классов приведены на рисунке 2.

Рис.2. Результаты анкетирования 5 класс (количество правильных и неправильных ответов на вопросы анкеты)

Всего участвовало 19 учащихся. На первый вопрос почти все знают правильный ответ, только один ученик не знает. На второй вопрос ответили 16 учащихся, остальные 3 ученика не знают ответ. 13 учащихся правильно ответили и назвали общественных насекомых, а 6 не знают их в третьем вопросе. Чем питаются муравьи знают 3 учащихся, остальные дают неправильный ответ. О пользе муравьев в пятом вопросе правильно ответили 14 учащихся.

Результаты анкетирования седьмых классов приведены на рисунке 3.

Рис.3. Результаты анкетирования 7 класс (количество правильных и неправильных ответов на вопросы анкеты)

Всего участвовало 17 учащихся. На первый вопрос правильный ответ дали 8 учащихся. На второй вопрос ответили 16 учащихся, остальные 1 ученик не знает ответ. 14 учащихся правильно ответили и назвали общественных насекомых, а 3 не знают их в третьем вопросе. Чем питаются муравьи знают 12 учащихся, остальные дают неправильный ответ. О пользе муравьев в пятом вопросе правильно ответили 14 учащихся.

Заключение

Поставили опыты на влияние условий среды обитания на жизнедеятельность муравьев. Для нормальной жизнедеятельности муравьев необходимо создавать все условия внешней среды: среднюю влажность среды, комнатную температуру, освещение..

Провели сравнительный анализ муравьев двух разных видов жнецов и феллахов. Размеры и коконы у феллахов крупнее. Личинка феллах уже в возрасте 10 дней имеет четко выраженную голову, жвалы, ярко выражен кишечник. У личинок жнецов формируются жвалы, однако кишечник не так ярко выделяется как у феллах.

В семье муравьев при отсутствии солдат, другие рабочие выполняют их роль, защищая муравейник.Муравьи-жнецы узнают друг друга по запаху. Групповое поведение муравьев формируется путем суммирования действий множества индивидов. При этом отдельные муравьи действуют неправильно, неэффективно. В этом заключается феномен группы у муравьев.

Рассмотрели взаимодействия муравьев разных видов друг с другом.

Между разными видами муравьев возникают самые напряженные отношения. Чужие личинки не принимаются в семью. Примечателен тот факт, что нянька, защищающий чужую личинку, был недавно рожденным.

Взрослые муравьи феллахов быстрее реагировали на запах чужих яиц и личинок и проявляли агрессию. Следовательно, у феллах гораздо более чувствительнее обоняние, чем у жнецов.

Новорожденный муравей принял чужую личинку и готов был начать ухаживать за ней, а солдаты и рабочие чувствовали чужака на расстоянии.

Анализ анкетирования среди учащихся ФТЛ пятых и седьмых классов показал, что опрошенные прекрасно знают муравьёв, однако мнения об их жизнедеятельности разделились. Опрошенные слабо разбираются в питании муравьев, не все учащиеся имеют представление о том, что муравьи – общественные насекомые.

В ходе исследования мы может подтвердить нашу гипотезу о том, что общественная жизнь муравьев превышает индивидуальные интересы. Материалы и фоторепортажи из жизни муравьев данной работы могут применяться на уроках биологии в лицее, результаты исследования будут опубликованы в брошюре.

Список использованных источников и литературы

Ершов С. А., Захарова Е. А. Исследование поведения муравьев в искусственной среде обитания // Юный ученый. — 2017. — №5. — С. 72-75

Захаров А.А. Муравей, семья, колония. – М.: НАУКА, 1978.

Кипятков В.Е. Мир общественных насекомых. Изд. 2-е – М.: Изд-во ЛКИ, 2007.- 408 с.

https://antplanet.ru/

Просмотров работы: 42