XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Инженеры-строители лесных экосистем
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вряд ли найдется человек, который хотя бы раз в жизни не останавливался возле муравейника, завороженный таким загадочным миром этих удивительных насекомых. Скорее всего нас привлекает схожесть их действий с человеческими. Муравьи относятся к тем немногим живым существам, которые не только сами приспосабливаются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир под свои нужды. Муравьи — вечные строители. Фауна муравьёв в Республике Коми включает 28 видов и подвидов из 8 родов и 2 подсемейств Гнезда многих видов поражают своими размерами, сложной и рациональной архитектурой. Муравьям свойственно особое качество — «социальность», то есть обязательное существование только сообществами (семьями, общинами). Именно это качество позволило муравьям занять почетное место в мире беспозвоночных животных.
Цель исследования: изучить жилище и образ жизни Рыжего лесного муравья.
В соответствии с целью исследования, я поставила перед собой следующие задачи:
Найти информацию о жилищах муравьёв и других перепончатокрылых.
Познакомиться с особенностями жизнедеятельности Рыжего лесного муравья.
Исследовать муравейники в лесу в окрестностях г. Усинска.
Сделать макет муравейника.
Гипотеза: муравьи имеют уникальное жилище и оказывают существенное влияние на экосистему леса.
В работе использованы следующие методы: наблюдение, моделирование.
Актуальность данной темы состоит в том, что численность муравьев на единицу площади в лесах очень велика, поэтому они оказывают существенное влияние на лесную экосистему. Как было сказано выше, муравьи играют в биоценозах огромную положительную роль. Вместе с тем, муравьи испытывают негативное влияние со стороны человека, когда чаще всего разрушаются муравейники или изменяется привычная для муравьев природная среда
Результаты данной работы могут быть использованы на занятиях по экологии и биологии.
Теоретическая часть
Одиночные перепончатокрылые
Осы
Существует множество разновидностей ос, но строгой классификации этого многообразия нет. В зависимости от видовой принадлежности различаются размеры ос, а вот внешний вид и строение тела у всех представителей семейства схожи. Оса – это насекомое с характерным, хорошо узнаваемым, ярким окрасом. В нем сочетается два контрастных цвета – черный и желтый (оранжевый). Рисунок на теле в виде пятен и чередующихся поперечных полос. Тело насекомого состоит из головы, груди и брюшка. Особенность строения тела осы – тонкая перепонка, соединяющая грудь и брюшко. Все разновидности ос можно отнести к одной из двух категорий:
общественные;
одиночные.
Эти группы отличаются образом жизни и способностью к воспроизводству. Одиночные, как понятно из названия, не нуждаются в компании себе подобных, тогда как общественные объединяются в огромные семейства под управлением матки или королевской осы.
Общественные осы живут огромными колониями, которые насчитывают тысячи особей. Они строят гнезда, диаметр которых в отличии от размера роя, может варьироваться от 10 см до 1 м. Одиночные осы живут обособленно. Они либо делают совсем маленькие гнезда, либо обходятся вообще без них. Одиночные осы в зависимости от вида могут устраивать себе жилище: из грязи; роя норку под землей; выгрызая проход в древесине; слепив укрытие из глины. Иногда они делают гнезда, обходясь всего несколькими ячейками. Общественные осы живут в гнездах. Это сложная многоуровневая конструкция, которую насекомые постоянно совершенствуют и достраивают. Выглядит гнездо как гладкое яйцо серо-коричневого цвета. Строительным материалом является древесина, которую насекомые размягчают с помощью слюны, а затем пережевывают. Внутри улья есть специальное помещение для матки, отделения для личинок, кладовые для запасов. Внутренняя часть гнезда наиболее безопасная. Для ее сооружения насекомые используют древесные щепки. В общем материал гнезда очень напоминает бумагу. Именно поэтому еще одно название общественных ос – бумажные.
Рисунок 1. Гнездо ос.
Шмели
В мире существует около 300 разновидностей. Считается, что шмель – это самый близкий родственник медоносной пчелы.
Семьи шмелей живут в довольно просторных гнездах. Форма жилища может быть разной, в зависимости от того, где именно оно находится. Шмелиное гнездо может располагаться: над землей – в дуплах деревьев, в деревянных постройках, скворечниках; на земле – в густой траве, в заброшенных гнездах птиц, во мху; под землей – в основном в норах, которые покинули прежние жильцы (чаще всего мелкие и средние грызуны). Для утепления жилища насекомые используют сухую траву, мох, шерсть, оставленную животными, воск. Большинство шмелей относятся к земляным видам, то есть предпочитают устраивать гнезда в земле. Больше всего насекомых привлекают заброшенные норы мышей или кротов. Гнездо – это конструкция, состоящая из ячеек неправильной овальной формы. Первые ячейки шмели делают из воска, из него же формируется купол, защищающий внутреннюю часть от проникновения влаги и маскирующий вход. В дальнейшем в роли ячеек выступают пустые коконы.
Рисунок 2. Гнездо шмелей.
Общественные перепончатокрылые
Пчёлы — это насекомые, которые делают мёд. Ещё с древних времён почитали этих насекомых за ту пользу, которую они оказывают для здоровья людей.
На пасеках медоносные пчелы живут в ульях, которые, по форме приближаясь к естественному жилищу, в наибольшей степени отвечает биологии пчел и требованиям практического пчеловодства. Гнезда в них пчелы строят не произвольно, как в дупле, а на вощине, которую изготовляют специальной машиной и дают им в рамках.
Рисунок 3. Жилища пчёл.
Муравьи
Муравьи – это насекомые из надсемейства муравьиных и отряда перепончатокрылых. Они являются общественными насекомыми образующими три касты: самки, самцы и рабочие особи
Муравьи знакомы каждому человеку. Они являются одним из самых загадочных и изучаемых насекомых на свете. Сложный социальный строй, уникальные способности к коммуникации, повсеместность распространения – это далеко не полный список интригующих моментов существования муравьев. Куда бы мы ни отправились – в лес, на луг, на болото, всюду мы встретим муравьев.
Гнезда у муравьев очень разнообразны: моховые и земляные кочки, холмики из земляных комочков и растительных остатков. В среднем на постройку одного гнезда используется четыре-пять миллионов хвоинок и веточек. Ориентируются муравьи в пространстве по наземным предметам, а также по свету солнца.
Известно около 12000 видов муравьев. Из них - 300 видов обитают в России. Муравьи распространены повсеместно кроме Антарктиды и Крайнего Севера
Рыжий лесной муравей
Рыжий лесной муравей – один самых распространенных обитателей Евразии. Его можно встретить не только на юге Великобритании и в России, но также в Альпах и даже на Кавказе. Знакомы с ним и жители Северной Америки. Это общественное насекомое относят к отряду перепончатокрылых роду формика. Представители данного вида ведут общинный образ жизни, муравейник рыжих лесных муравьев населяют особи мужского и женского пола, а также работники (самки, у которых яичники так и не развились). Рыжие или как их еще называют красные лесные муравьи, предпочитают селиться в хвойных, лиственных или смешанных лесах. Плотного телосложения насекомые в размерах могут достигать до 14 мм. Низ головы и грудь красновато-бурого окраса, брюшная часть черная и блестящая. Рыжие муравьи имеют выпуклый трапециевидный наличник и 2 пары перепончатых крыльев. На голове расположены не отличающиеся хорошим зрением фасеточные глаза. В качестве органа осязания выступают длинные усы-антенны. Наличие стереоскопического обоняния дает возможность насекомому воспринимать ароматы объемно.
С приходом зимы лесные рыжие муравьи стараются забраться в самую глубокую часть муравейника, где гораздо теплее, чем на его поверхности. Собравшиеся в плотный ком и оцепеневшие насекомые зимуют в таком состоянии до весны.
Устройство муравейника
Муравейник с виду напоминает обычную гору веток, травинок, кусочков земли, но на самом деле это тонко и грамотно продуманное жилище, внутри которого все гораздо интереснее, чем снаружи. Там, где муравейники не разрушают, они могут достигать очень больших размеров: почти 2 метра в высоту и 2-2,5 метра в диаметре. Муравьиный домик имеет форму конуса неспроста, благодаря ей дождик скатывается по травинкам и хвоинкам почти не попадая внутрь. Муравейник возвышается над уровнем земли, чтобы внутрь проникали солнечные лучи, которыми муравьи прогреваются, а также греют свои личинки и куколки. А более глубокие слои муравейника является убежищем для насекомых в холодные дни. Благодаря хитрому проекту, лето муравьи проводят в летнем конусе, а зимуют в земляных ходах.
Взглянув на картинку, можно разглядеть различные части муравейника, ниже описано для чего каждая из них служит:
Рисунок 4. Строение муравейника.
Верхнее покрытие, состоящее из хвои, травинок и веточек – защищает муравьиный дом от погодных явлений.
Камера, нагреваемая солнечными лучами – здесь муравьи греют себя и свое потомство.
Один из многочисленных входов, охраняемый солдатами, помимо роли двери служит еще и каналом для вентиляции.
Склад для мусора и умерших муравьев.
Камера для зимовки, где муравьи в полусонном состоянии пережидают холода.
Камера для хранения зерен.
Камера царицы, где проживает и откладывает яйца матка, за которой ухаживают рабочие муравьи.
Камера для яиц и личинок.
Камера для тлей.
Кладовка для гусениц и другой «мясной» добычи.
У муравьев как и у людей существуют социальные отношения и иерархия. У каждого есть набор качеств: интеллект, агрессивность, скорость реакции, предприимчивость, умение общаться с другими. В зависимости от того, какие качества у каждого доминируют, муравей получает определенную профессию.
В зависимости от того, сколько муравьев в муравейнике, идет разделение труда. В небольшой муравьиной семье все ее участники могут заниматься разными видами деятельности, соблюдая принцип взаимозаменяемости. А вот в большом сообществе появляются специализации и за отдельными муравьями закрепляются свои роли.
Муравьи, так же, как и люди, рождаются не равными, с разной генетической предрасположенностью и главная задача сообщества – эффективное использование потенциала каждого члена семьи. Так к примеру, те, кто становятся охранниками и воинами изначально проявляют агрессивный нрав и не рассуждая бросаются в бой, они немного крупнее остальных сородичей и имеют сильные щупальца. Такая же история с интеллектуальной элитой муравьиного сообщества – разведчиками. Умные муравьи имеют способность запомнить последовательность поворотов по пути к месту с новым питанием и передать эту информацию добытчикам пищи.
Значение муравьёв в экосистеме
О муравьях известно как о наиболее полезных насекомых. Всем известна роль муравьев в биоценозе - ускорение разложения растительных остатков, снижение численности зимующих и стволовых вредителей, и тем самым содействие приросту древостоя. Во многих отношениях муравейник представляет собой удобный модельный объект для исследования принципов организации биологических систем, структуры популяции и ценозов и ряда важных для науки и практики проблем. Изучение образа жизни муравейника, внегнездовой жизнедеятельности рыжих лесных муравьев мне представляется очень интересной и актуальной задачей. Муравьи разрыхляют почву, создавая условия для снабжения ее воздухом, ускоряют разложение растительных остатков и удобряют почву гумусом, уничтожают много насекомых – древоразрушителей, содействуя приросту древостоя. При этом листогрызущие насекомые составляют 90% из пищевого рациона. Муравьи – активные хищники. Они быстро переключаются на новые обильные источники пищи и таким образом могут подавлять вспышки размножения вредителей. С другой стороны, сами муравьи – прекрасная еда для певчих птиц, рябчиков, тетеревов, барсуков, лис, медведей Таким образом, муравьи могут подавлять очаги массового размножения вредителей.
Радиус защитного действия среднего гнезда рыжих лесных муравьев от сосновой и других совок, пилильщиков, ряда пядениц – 30 метров, шелкопрядов и майских хрущей – 10 метров. Четыре средних гнезда на одном гектаре леса гарантируют защиту от листогрызущих насекомых – вредителей.
Кроме того, муравьи улучшают водный режим почвы и регулируют его кислотность. Под муравейником обычно она более легкая, менее кислая. Тысячами незримых переплетенных нитей они связаны с другими живыми существами. В природе муравьиные гнезда используют кабаны и различные птицы в качестве «санитарных ванн», очищаясь таким образом от паразитов, нанося при этом вред муравейнику. Птицы не только употребляют муравьев внутрь, но и используют «снаружи». Они принимают «муравьиный душ» – купаются в муравейниках, засовывают муравьев под крылья, давят о перья. Эти «ванны»
освобождают птиц от паразитов и, возможно, укрепляют здоровье – ведь лечат же ревматизм муравьиной кислотой! Значение муравьев в природе возрастает еще и из-за того, что они являются одним из основных звеньев трофических цепей экосистем.
Сам муравейник – общежитие не только для муравьев, но и сотен различных мелких
животных. И кого здесь только нет – пауки, клещи, многоножки, жуки, сверчки, гусеницы бабочек. Их привлекают сюда быстрое разложение веществ, высокая рыхлость почвы, стабильная температура, подходящая влажность. Некоторые сожители поедают в муравейнике всякие отбросы, мертвых муравьев, не прочь поживиться муравьиными личинками. К таким «гостям» хозяева относятся враждебно. Однако к большинству они довольно равнодушны, а кое к кому испытывают явную симпатию. Некоторые «гости» хорошо владеют муравьиным языком и легко выпрашивают питательные капельки у сытых муравьев.
Из яда рыжих лесных муравьев раньше получали так называемый муравьиный спирт, который использовали для натирания.
Практическая часть
Чтобы изучить особенности жизнедеятельности Рыжего лесного муравья, мы провели серию экспериментов. Для этого мы пошли в лес, нашли несколько муравейников, сделали замеры, пронаблюдали поведение муравьёв в разных ситуациях. Был выбран участок леса недалеко от города (за домом по ул. Воркутинская 39). По преобладающей растительности был определён тип фитоценоза – сосняк-зеленомошник. (Приложение 1)
Опыт №1. Измерение размеров муравейника.
Мы измерили высоту и диаметр десяти муравейников, Замеры осуществлялись при помощи рулетки.
Таблица 1. Параметры муравейников в окрестностях Усинска.
|
№ п/п |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Среднее значение |
|
Диаметр, см |
180 |
228 |
160 |
150 |
25 |
58 |
270 |
88 |
125 |
180 |
146 |
|
Высота, см |
97 |
102 |
65 |
60 |
40 |
65 |
93 |
98 |
77 |
90 |
77 |
По результатам измерений видно, что размеры муравейников в Усинске меньше, чем указано в литературных источниках. Вероятно, это связано с климатическими условиями нашей местности, а так же возможен человеческий фактор: муравейники периодически разоряют.
Опыт №6. Изучение строительного материала для муравейников.
Были взяты образцы строительного материала с нескольких муравейников и проведена камеральная обработка в лаборатории. Большую часть составили иголки и кора сосны, листья черники и багульника, маленькие веточки. Также встречаются различные семена, почки, еловые иголки. (Приложение 2)
Опыт № 3. Распознавание муравьями «чужаков».
Чтобы проверить, отличают ли муравьи своих от чужих, мы принесли несколько особей этого вида от муравейника, находящегося в некотором отдалении (чтобы это точно была другая семья), и поместили их в наблюдаемый муравейник. Сначала ничего не происходило, но буквально через несколько секунд к ним подбежали «местные жители» и стали ощупывать их антеннами. Их очень быстро распознали как «чужаков», и уничтожили.
Можнос сделать вывод, что одинаковые внешне муравьи разных колоний различаюся друг от друга по запаху, за который отвечают феромоны.
Опыт №4. Определение вкусовых предпочнений муравьёв.
Для определения вкусовых предпочтений, мы предложили муравьям различную пищу (сахар, ягоды черники, хлебные крошки, соль, личинки насекомых), положив её на поверхность муравейника.
Практически сразу муравьи унесли сахар и хлебные крошки. С личинками насекомых они справились чуть медленнее, но их тоже вскоре не стало снаружи. Ягоды муравьёв заинтересовали, но, за время нашего наблюдения, они не сдвинулись с места. Соль оказалась совсем не привлекательной для муравьёв.
Опыт №5. Определение способа ориентирования муравьёв.
Если приглядеться, то можно заметить, что от муравейников вглубь леса проходит множество дорожек, их называют муравьиными тропами. На одной из таких тропинок мы поймаль одну особь и переместили на 20 сантиметров в сторону. Муравей сначала растерялся, но вскоре безошибочновернулся на тропу. Но если несколько раз провести пальцами поперёк дорожки, то насекомые будут толпиться по обе стороны невидимой тропы, не решаясь её пересечь.
Этот эксперимент доказывает, что муравьи находят свой дом по запаху, благодаря особым веществам – феромонам.
Создание макета муравейнка
Чтобы закрепить знания, полученные в ходе написания этой работы, а так же передать их следующим поколениям учащихся. Основу муравейника сделали из монтажной пены, придав ей подходящую форму. (Приложение 3) После ее полного застывания будущий макет муравейника разрезали и покрасили краской. Внутри вырезали камеры в соответствии с литературными данными. Снаружи обклеили макет материалом, собранным во время полевого исследования. Модель муравейника получилась разборной, благодаря чему отражает не только внешнее, ни и внутреннее строение. (Приложение 3)
Заключение
Мне любопытно было изучать муравьев. Это удивительные существа, у которых все как часы отлажено: каждый выполняет свои обязанности добросовестно. Они поразили меня своим трудолюбием и способностями, своим коллективизмом в борьбе за выживание, помощью друг другу.
Муравьи – уникальные насекомые. Сложный социальный строй, уникальные способности к коммуникации, повсеместность распространения – это далеко не полный список интригующих моментов существования муравьев. Муравей - насекомое с полным циклом развития: яйцо, личинка, куколка, имаго. Муравьи способны выживать практически в любых условиях. Они используют широкий ассортимент пищевых ресурсов. Существуют хищные муравьи, которые едят других насекомых. В большинстве своем, муравьи питаются соком нектарных растений, падалью, тлёй или другими насекомыми. Условно их можно разделить на три касты: самки, самцы и рабочие особи. Рабочие муравьи выполняют разные функции, но между ними существует четкое разделение труда. Муравейник имеет сложную структуру. Он состоит из солярий-камеры, кладбища, зимовальной камеры, хлебного амбара, царской камеры, камеры с яйцами, личинками и куколками, коровника, мясной кладовки.
Проведя эксперименты, я выяснила, что муравьи из разных муравейников взаимодействуют по-разному. Например, если муравейники рядом, находятся в одной местности, можно смело сказать, что муравьи будут лояльно относиться к своим «соседям», потому что рацион питания, почва и климатические условия местности не отличаются.
В ходе экспериментов я выяснила, что муравьи отличают своих сородичей от чужаков.
Муравьи всеядны. Они предпочитают высококалорийную пищу (сахар, хлеб).
Муравьи ориентируются на местности по запаху, что было установлено в процессе многократных экспериментов.
Я считаю, что моя работа актуальна, потому что муравьи занимают важное место в экосистеме леса. Неспроста их называют «санитарами леса». Ведь строя свои муравейники, они используют веточки, палочки, тем самым очищая лес. Муравьи уничтожают множество вредных насекомых, переносят семена растений. Некоторые виды птиц прилетают к муравьям, чтобы очиститься от вредителей, попавших в оперение, так как муравьи – активные хищники. Они быстро переключаются на новые обильные источники пищи и таким образом могут подавлять вспышки размножения вредителей. А еще, в яде муравьев содержатся антибиотики, эффективно убивающие грибы и бактерии – возбудители тифа, холеры, туберкулёза.
Эта работа помогла мне получить практические навыки в работе с компьютером, пополнить свои знания научной терминологией, находить материалы для исследования; наблюдать, моделировать, сравнивать, доказывать и делать выводы. Я рада тому, что мои «маленькие» открытия совпали с научными взглядами по биологии. Полученные результаты поменяли мое отношение ко всем живым организмам, а особенно к муравьям.
Окружающий Мир велик и разнообразен. Я продолжу изучение природы нашего края и постараюсь внести свою лепту для сохранения животных и растений.
Список используемой литературы
Длусский Г. М., Букин А.П. Знакомьтесь! Муравьи. М.: Просвещение, 1982 – 128с.
Захаров А.А. Муравей, семья, колонии. М.: Просвещение, 1984. – 272с.
Зорина З.А., Полетаева И.И Я познаю мир.М.: Астрель, 2001 – 448с.
|
Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология. Животные М. Дрофа, 2000. – 125с.
Насекомые. Полная энциклопедия. М: Эксмо, 2015 – 256с.
Учебник для общеобразовательных учебных заведений .7 класс. – 302с.
Фабр Ж.-А. Жизнь насекомых. Рассказы энтомолога. Сокр. перевод с франц. и обработка Н.Н. Плавильщикова. - М.: Государственное учебно-педагогическое издательство, 1963. - 460с.
Халифман И.А.. "Пароль скрещенных антенн (Муравьи)" М.: Детгиз, 1962 – 304с.
https://elementy.ru
Приложения
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4