XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОСОБЕННОСТИ ВНЕГНЕЗДОВОЙ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ РЫЖЕГО ЛЕСНОГО МУРАВЬЯ (Formica rufa)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Колодяжный А.В. 1

---

1МБОУ "Лицей №12"

Машинская Н.Д. 1

---

1НГПУ

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Уже более трёхсот миллионов лет Земной шар населяют более миллиона разнообразнейших видов насекомых, играющие чрезвычайно важную роль в природе и жизни людей. И среди огромного многообразия насекомых нас особо заинтересовали муравьи.

Семейство Муравьи относится к отряду перепончатокрылых. Это одно из самых многочисленных по количеству особей и видов семейств насекомых. Сегодня насчитывается примерно 12000 видов муравьев.

Когда говорят о муравьях, всегда в первую очередь представляют себе рыжих лесных муравьёв (Formica rufa) и сосновые боры. Без муравьиных куч трудно представить себе настоящий лес. Там, где есть много муравейников, никогда не будет вспышек массового размножения большинства вредных насекомых. Ряд учёных, в том числе и М.С. Гиляров (1984) приводят такой факт: “Семья из одного муравейника средних размеров защищает лес на площади гектара”.

Р043Eль муравьев в биоценозах велика: они участвуют в ускорении разложения растительных остатков, аэрации почвы, снабжении растений необходимыми химическим элементами, таким как фосфор, азот, калий, магний, регуляции массовых видов.

Актуальность проведенных исследований заключается в определении влияния различных факторов окружающей среды на особенности жизнедеятельности рыжих лесных муравьёв, что может восполнить недостающие биологические знания о Formica rufa, что в будущем можно использовать как инструмент использования или угнетения муравьёв.

Новизна работы заключается в том, что, не смотря на многочисленные исследования, сказать, что биология Formica rufa всесторонне изучена, мы не можем, так как каждая колония — это уникальная живая система со своими особенностями поведения, межвидовыми связями.

Целью данной работы является изучение некоторых особенностей жизнедеятельности рыжих лесных муравьев.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

Изучить обнаруженный муравейник, внегнездовую жизнедеятельность муравьёв;

Дать характеристику муравьиных троп изучаемой колонии;

Изучить активность муравьёв в зависимости от времени суток и погодных условий.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Рыжий лесной муравей - один из наиболее характерных муравьёв лесной зоны России. Более всего рыжие лесные муравьи знамениты тем, что устраивают огромные, до 1,6 метров высотой, муравейники. Глубина муравейника (под землей) составляет 1-2 метра.

Formica rufa - общественные насекомые, чаще живут одиночными семьями. Население средних гнёзд насчитывает 500-800 тысяч особей, а крупных - до 1 млн. Население гнезда слагается из трёх групп особей: рабочих (недоразвитых самок), самок (крылатых девственниц и бескрылых цариц) и самцов.

Характерным признаком Formica rufa является наличие тонкого стебелька из одного или двух члеников между грудью и брюшком.[1]

Выражен половой диморфизм: самец черный, с красноватыми или жёлтыми ногами. Глаза крупнее, чем у самок и рабочих. Длина - 9-11 мм. Брюшко вытянутое. [3]

В самом брюшке каждого муравья имеется железа, содержащая в себе большое количество муравьиной кислоты. Функцию защиты муравейника берут на себя самые старшие по возрасту и опытные особи, которые эту кислоту разбрызгивают на несколько сантиметров вокруг себя в наклоняющегося над гнездом потенциального агрессора. [5]

Акумушкин И.И. в книге “Мир животных” интересно рассказывает о физиологии муравья. “Органов слуха у него нет, но в остальном муравей оснащен весьма совершенно. Глаза, для которых красный свет - тьма, но зато видящие всё, что происходит в ультрафиолетовой части спектра, не слишком зоркие, служат для поисков пищи, стройматериалов, для узнавания друг друга. Глаза играют главную роль, например, в случае, когда разведчик, найдя добычу, начинает мельтешить вокруг неё, что привлекает сородичей. Это явление называется кинопсисом.

Следующий и, конечно, главнейший орган у муравьёв - усики, собранные у разных видов из разного количества члеников (4-15), выполняют обонятельную и осязательную функции (причём запах муравей воспринимает объёмно - у него стереоскопическое обоняние!)” [10]

У Formica rufa практически никогда не встречается полигиния: в их муравейнике размножается только одна матка.

Кроме того, данный вид может являться временным социальным паразитом. Иногда оплодотворённая матка может проникать в муравейник родственного вида, в котором погибла родная царица. Муравьи принимают новую матку, и в течении году население муравейника полностью сменяется. Другой интересной деталью размножения является то, что в один год из одного муравейника могут вылетать либо только самцы, либо только самки, что препятствует скрещиванию муравьёв из одной колонии. [7]

Живёт муравьиная семья до 100 лет. Разрастаясь, такая семья объединяет несколько муравейников своего же вида, между которыми по специальным тропам осуществляется постоянный или временный обмен обитателями. Дороги муравьёв никогда не пересекаются. Кроме обменных троп у муравьёв есть и кормовые, длина которых составляет от 100м до 1 км. [8] По ним они могут переносить и жидкую пищу. Обычно это углеводная пища, которую составляют сладкие выделения насекомых-симбионтов, которую фуражиры переносят в гнездо в зобике или с помощью отдельных предметов (листья, кусочки сухой грязи), чтобы затем отрыгнуть и покормить других муравьёв. [9]

Активность Formica rufa наблюдается с конца марта до начала октября. За это время одна средняя самка собирает до 3 млн. Насекомых, 200 л углеводов (преимущественно в виде пади тлей) и 40-60 тысяч семян.

Учёными подсчитано, что муравьи среднего муравейника защищают от вредоносных насекомых 0,25 га леса, а крупного - до 1-4 га.[12]

Важной особенностью питания муравьев является их реактивность, или способность переключаться на питание наиболее массовым видом добычи (Длусский, 1958). Например, Брунс (Вruns, 1954 а - c), изучая поведение Formica rufa в очагах елового пилильщика, показал, что через 1-2 недели после начала вспышки массового размножения личинки этого насекомого составляли 90% в добыче муравьёв. В то же время было отмечено снижение плотности зимующих коконов в подстилке по мере приближения к гнездам. В латентной фазе очага такая зависимость не была обнаружена (Bruns, 1958).

При использовании тлей муравьи также выбирают наиболее продуктивный в данный момент вид. [11]

3. МАТЕРИАЛЫ

Исследования проводились в июле 2020 года в Инюшенском бору города Новосибирска. Преобладающие виды изучаемого соснового бора: сосна обыкновенная, берёза повислая, душица обыкновенная, бодяк разнолиственный, одуванчик лекарственный, земляника лесная, ирис лесной

Объект исследования - колония рыжих лесных муравьёв.

Рис.1 Приложение 1. Фото места обнаружения муравейника

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Характеристика изучаемой колонии и жизнедеятельности Formica rufa

В выбранном нами лесном биоценозе был обнаружен муравейник рыжих лесных муравьев.

Гнездо состоит из купола, внутреннего конуса, вала и подземной части с ходами. Форма купола муравейника может быть различной.

Проведя измерения, мы определили, что форма изучаемого муравейника коническая с внешним валом, объём равен 0,95 м³. Таким образом, изучаемый муравейник относится к разряду больших (0,45 – 1 м³).

При сооружении наземного купола гнезда муравьи используют древесные и травянистые частицы, соотношение которых оказывается различным, в зависимости от возраста, состояния гнезда, а также наличия преобладающих древесных пород. Изучаемый муравейник имеет куполообразную форму, наземная часть которой представлена мелким строительным материалом, являющимся черепицей. Он предохраняет его от ветра, снега, дождя: вода скатывается с верхней части и не размывает муравьиное жилище. Крупные строительные материалы внутри муравейника играют роль каркаса.

Для определения строительного материала купола муравейника, был взят материал с поверхности купола, рассортирован. После чего, произведен подсчет каждого типа стройматериала, вычисления выражены в процентах (рис. 3).

Рис. 2 Приложение 2. Соотношение строительных материалов в составе купола изучаемого муравейника

Как показывают вычисления, основным строительным материалом купола муравейника является хвоя, так же значительный процент составляют березовые сережки и веточки. Вспомогательным материалом являются чешуйки сосновых шишек, сухие листья и травинки.

Нами было отмечено, что в прохладную погоду строители делают склон, обращенный к солнцу, более пологим, если жарко более крутым. Важную роль играют, имеющие различный диаметр, вентиляционные каналы, которые открываются и закрываются муравьями, в зависимости от погодных условий (рис. 4). Купол является летним помещением муравьёв, зимой они переселяются в подземную часть муравейника.

Рис. 3 Приложение 3. Купол изучаемого муравейника

Муравейник представляет собой высокоорганизованное сообщество, в котором каждая особь выполняет свои определенные функции. Население гнезда слагается из трех групп особей: рабочих (недоразвитых самок), самок (крылатых девственниц и бескрылых цариц) и самцов.

Муравьи, которых мы обычно видим, оживленно передвигающимися возле муравейника, представляют собой касту рабочих особей (рис. 1). Это бесплодные самки с неразвитыми крыльями. Их длина 4-9 мм. Голова, грудь и стебелек брюшка красно-бурое, брюшко черное, округлое. Рабочие муравьи осуществляют заботу о потомстве (няньки), снабжение муравейника пищей (фуражиры), строительство новых ходов и камер (строители), охрану муравейника (охранники). Молодые особи находятся внутри гнезда и ухаживают за самками и молодью, потом роют ходы или строят ячейки, а спустя какое-то время становятся фуражирами и добывают для семьи пищу.

Рис. 4 Приложение 4. Рабочая особь Formica rufa

Самцы отличаются черной окраской, с красноватыми ногами. Длина тела около 11 мм. Глаза крупные, усики длиннее, чем у самок и рабочих. Брюшко удлиненное, суженное к заду. Длина самки составляет 9-11 мм. Голова, грудь и стебелек брюшка красно-бурое, само брюшко черное, округлое, зеркально блестящее (рис. 2).

Рис. 5 Приложение 5. Крылатая самка Formica rufa

В начале июня начинается брачный лёт. Крылатые самки и самцы разных гнёзд спариваются в воздухе либо на земле.

Через некоторое время после этого самцы погибают, а оплодотворённые самки сбрасывают крылья и отправляются на поиски нового места для гнезда. Самка строит небольшую замкнутую камеру в земле, после чего начинает кладку яиц. Яйца очень мелкие, склеены в общий комок. Спустя 2-3 недели начинаются появляться первые личинки. Через 4- 6 месяцев личинки заканчивают свой рост, начинают окукливаться. До выхода из куколок первые рабочие самки ничем не питаются, более того они выкармливают личинок выделениями специальных желез. После выхода из куколок первые рабочие делают выход наружу из камеры и начинат добывать пищу.

Подводя итог, можно сказать, что Formica rufa, являясь общественными насекомыми, имеют разделение социальных ролей. Каждая каста выполняет свои обязанности. Зарождению новой семьи способствует самка, давая жизнь молодому рабочему поколению, которое в дальнейшем участвует в строительстве муравейника. Параметры муравейника меняются, в зависимости от состояния гнезда. Отличительной особенностью является форма купола, с помощью которой можно определить объем муравейника. В качестве строительного материала выступают доминирующие виды древесной и травянистой растительности данного биотопа: ветки, хвоя, чешуйки сосновых шишек, травинки, сухие листья, а также, по литературным данным, кусочки смолы деревьев и лишайников.

4.2 Характеристика муравьиных троп

У Formica rufa выделяют три основных типа дорог: кормовые, строительные и обменные. Назначения кормовых троп различны. По одним муравьи бегут к колониям тлей, по другим - собирают и приносят корм с кормового участка (обычно это длинные и широкие потоки, рассеивающиеся на конце; по окончаниям этих дорог можно определить границы кормового участка). Муравьи, ведущие сбор корма, называются фуражиры. Обменные дороги служат для связи семей (муравейников). Временные дороги возникают при переселении или массовых мобилизациях.

Используя компас и пройдя вдоль найденных нами троп, мы определили, что I тропа расположена с южной стороны муравейника, I- с западной, III с северо-западной, IV- с северной, V - с восточной стороны гнезда. Данные отражены на схеме (рис. 5).

Рис. 6 Приложение 6. Схема муравьиных троп

Пронаблюдав за жизнедеятельностью муравьев на тропах, определили их назначение, длину и место окончания. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 “Характеристика муравьиных троп”

Из данных таблицы видно, что изучаемый нами муравейник имеет пять дорог различной длины. Все они предназначены для переноса корма и строительного материала. Первые четыре тропы (I - IV) заканчиваются на деревьях, пораженных колониями тлей. Длина их варьирует от 70 см до 4 м. Пятая тропа (V) является рассеивающейся, место окончания на земле, а также на пораженной колониями тлей сосне. Длина тропы выходит за пределы заложенной нами площадки (10 х 10 м) и достигает 65 м в восточном направлении.

С каждой тропой связана одна колонна муравьев. В каждой колонне имеются все «профессиональные» группы муравьев: строители, няньки, фуражиры. Рабочие колонны действуют на строго ограниченной территории, то есть своем кормовом участке. На деревья с колониями тлей фуражиры поднимаются по той стороне ствола, которая обращена к гнезду, или к дороге, по которой они пришли. Каждый участок вытянут по радиусу вдоль от гнезда. Таким образом, фуражирам приходится совершать дальние переходы к участкам, богатым источниками пищи.

Нами было подсчитано общее количество фуражиров (N) в течение одной минуты, по числу муравьев на каждой кормовой дороге. Наблюдения проводились с 18 по 22.07.2020 года, с 10 до 11 часов, по 1 минуте на каждой тропе в течении 5 дней. В таблице 2 представлены средние результаты активности фуражиров.

Таблица 2 “средние результаты активности фуражиров на тропах”

Из приведённых в таблице 2 данных видно, что наибольшая активность особей наблюдается на 5-ой тропе.

Таким образом, сравнительная характеристика муравьиных троп показывает, что наш муравейник имеет от 5 кормовых/строительных дорог. Длина троп различна, некоторые из них достигают 65 м. Кормовые тропы, ведущие к колониям тлей, узкие, находятся на незначительном расстоянии от муравейника, очень оживлённые. Местом их окончания являются деревья. Большинство фуражиров, идущих от них к муравейнику, имеют раздутое брюшко, то есть они несут запасы пади в гнездо (рис. 6).

Рисунок №7 Приложение 7. Рабочие на тропе.

Комбинированные тропы значительно шире, так как они разветвляются, длина их различна (до 65 м). Часто проходят вблизи с колониями тлей. Оканчиваются либо на деревьях, либо рассеиванием на земле (рис. 7). По ним передвигаются как муравьи охотники, так и сборщики пади.

Рис. 8. Приложение 8. Муравьи на тропе

Плотность особей на кормовом участке падает с удалением от гнезда. Так как наибольшая активность особей наблюдается на 5 тропе, дальнейшие исследования проводились на ней.

4.3 Зависимость активности муравьёв от времени суток и погодных условий

Количество пищи, которую муравьи добывают в течение суток, в большой степени зависит от их активности.

Для определения зависимости активности муравьев от времени суток был выбран наиболее просматриваемый участок пятой муравьиной тропы. Наблюдения проводились в течение пяти суток. Провели 5 наблюдений в различное время суток, в течение 5 минут.

Проведя наблюдения, мы выяснили, что в течение суток активность муравьёв различна. Муравейник просыпается на рассвете, чем теплее становится воздух, тем большее количество муравьев покидают муравейник. Средняя продолжительность “экспедиции” каждого фуражира в среднем составляет 2 часа. Утром это время больше, к середине дня меньше. Данные отмечены на диаграмме (рис. 9).

Рис. 9 Приложение 9. Интенсивность движения муравьёв в течении суток

Как показывают данные диаграммы, в первую половину дня интенсивность ухода выше интенсивности прихода. Во вторую половину дня соотношения обратные, причем перед заходом солнца интенсивность прихода повышается.

Оптимальная температура лежит около +20°, и дальнейшее ее повышение действует угнетающе, в результате чего в середине дня наблюдается спад активности. Интенсивность ухода гораздо сильнее зависит от колебания температуры поверхности гнезда, чем интенсивность прихода. Интенсивность охоты выше утром и днем (10-12 часов). В теплые ночи муравьи также могут быть активны.

На суточную активность фуражиров влияют многие факторы: температура воздуха и почвы, влажность, осадки, освещенность. Зная, что наибольшая активность у муравьев наблюдается с 10 до 12 часов, наблюдения проводились в 11 часов в течение десяти суток: пять пасмурных дней и пять ясных, на наиболее просматриваемом участке пятой муравьиной тропы.

В результате подсчитана средняя активность ухода и прихода муравьёв, в зависимости от погодных условий (рис. 10).

Рис. 10 Приложение 10. Активность движения муравьёв в зависимости от погодных условий

В результате наблюдений было установлено:

Средняя активность движения от муравейника в пасмурный день: 30,6;

Средняя активность движения к муравейнику в пасмурный день: 62,2

Средняя активность движения от муравейника в ясный день: 119;

Средняя активность движения к муравейнику в ясный день: 90,6.

Сравнительная характеристика активности муравьев в солнечный и пасмурный день показывает, что состояние облачности негативно влияет на активность муравьев, снижая ее.

Таким образом, можно сделать вывод, что муравьи по-разному активны в различное время суток и в различную погоду. В ясную погоду муравьи более активны, чем в пасмурную погоду.

Скорость движения рабочих особей находится в прямой зависимости от температуры воздуха, поэтому при понижении температуры продолжительность экспедиции каждого фуражира увеличивается, а, следовательно, производительность падает. Фуражировку муравьи начинают при температуре не ниже 7-10. Кроме того, при значительном повышении температуры (выше 30 градусов) активность также снижается.

Заключение

На основании проведенных нами исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Formica rufa являются общественными насекомыми, имеют разделение социальных ролей. Параметры муравейника меняются в зависимости от состояния гнезда и внешних факторов. Муравейник имеет коническую форму купола. По объему относится к разряду больших. В качестве строительного материала муравьи используют доминирующие виды древесной и травянистой растительности изучаемого биотопа.

2. У Formica rufa выделяют три основных типа дорог: кормовые, строительные и обменные. Назначения кормовых троп различны. У изучаемого нами муравейника мы обнаружили 5 троп: кормовые, строительные, комбинированные (рассеивающие). Наиболее крупной и активной тропой является V-ая тропа нашей колонии. С каждой тропой связана одна колонна муравьев. В каждой колонне имеются все «профессиональные» группы муравьев. Плотность особей на кормовом участке падает с удалением от гнезда.

3. Муравьи по-разному активны в различное время суток и погоду. Муравейник просыпается на рассвете, чем теплее становится воздух, тем большее количество муравьев покидают муравейник. Средняя продолжительность «экспедиции» каждого фуражира составляет 2 часа. Утром это время больше, к середине дня меньше. Наибольшая активность наблюдается с 10 до 12 часов. В ясную погоду муравьи более активны, чем в пасмурную, так как состояние облачности негативно влияет на активность муравьев, снижая ее.

Использованные источники

Гребенников В.С. “Тайны мира насекомых”; Новосибирск/Новосибирское книжное издательство, 1900.

Гиляров М.С. Жизнь животных. В 7-ми т. Т.3: Членистоногие/ М.С. Гилярова.-М.: Просвещение, 1984.

Захаров А.А., Муравей, семья, колония, - М: Наука, Москва, 1978.

А.А. Организация сообществ у муравьёв - М.: Наука, 1991.

Гребенников В.С. “Тайны мира насекомых”: Новосибирск/Новосибирское книжное издательство, 1990.

Мариковский Г.И. Друзья - насекомые - М.: Детская литература, 1974.

Акимушкин И.И. “Мир животных” (Рассказы о насекомых)/Серия Эврика; Москва: Молодая Гвардия - 1975.

Длусский Г.М. “Муравьи рода Формика”. - М.: Наука, Москва, 1967.

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

Приложение 10