XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Модель оптимальных факторов влияния на инкубацию и развитие рачка ARTEMIA SALINА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В этом учебном году в нашей школе была открыта "Точка роста". Среди полученного оборудования был микроскоп, в комплекте с ним находились цисты рачков артемии. Я решила познакомиться с ними поближе. Рачок Artemia salinа относится к обитателям солёных водоемов, но они могут адаптироваться к условиям, которые кажутся совершенно непригодными для существования, поэтому это имеет большое значение для исследований.
В последние годы ловля цист или яиц артемии в солёных озерах приобрела огромные размеры. Ради наживы люди вылавливают икру, тем самым обедняя грязевые ресурсы. Добыча яиц (или цист) артемии суперприбыльна, т.к. цисты представляют собой натуральный стопроцентный белок, который заграничные фирмы используют для производства комбикорма, лекарств, биологически активных добавок и косметики.И уже никогда не замерзающие зимой соленые озера замерзают! Вина тому – ловля цист.
Актуальность темы: Влияния внешних и внутренних факторов на природные водные экосистемы достаточно актуальна в наше время чтобы сохранить природные экосистемы необходимо найти пути решения данной проблемы. Очень важно, чтобы численность рачка артемии не снижалась в природных экосистемах.Я хочу привлечь внимание к этой проблеме.Изучив литературу [1] , [5] и используя оборудование цифровой лаборатории «Z.LABS»я решила определить оптимальные факторы влияния на инкубационный период и дальнейшее развитие Артемий в искусственных условиях школьного кабинета.
Создать модель оптимальных факторов влияния на инкубационный период и дальнейшее развитие Артемий и выращивать рачка в искусственных условиях для нужд человека: для науки, хозяйства и фармацевтической отрасли, и тем самым не обеднять грязевые ресурсы.
Цель исследовательской работы: разработать модель оптимальных факторов влияния на инкубационный период и развитие Артемий в искусственных условиях.
Задачи проекта: 1. Провести литературный обзор, разработать теоретическую базу по влиянию факторов на ArtemiaSalinа.
2.Подобрать методику и разработать эксперимент.
3. Провести опытно-экспериментальную работу.
4.Создать модель оптимальных факторов влияния на инкубационный период и развитие ArtemiaSalinа.
Объект исследования: инкубация рачков Arttemia salinа.
Предмет исследования: факторы, влияющие на инкубацию и дальнейшее развитие рачков Arttemia salinа .
Гипотеза:факторы окружающей среды по разном влияют на инкубацию и последующее развитие Arttemia salinа.
Для проведения исследования мне понадобились следующие материалы и приборы: цифровая лаборатория «Z.LABS», анкета, цисты артемий, соль, вода, компрессор, склянки, весы, дрожжи.
В работе были использованы методы исследования:
1.Анкетирование взрослых и детей.
2.Теоретическое исследование.
3.Практическое исследование рН среды, температуры, освещённости, аэрации с использованием цифрового оборудования «Точка роста».
4.Наблюдение под цифровой видеокамерой с фото и видео фиксацией.
Новинка: поставлен эксперимент с использованием оборудования цифровой лаборатории «Z.LABS» кабинета " Точка роста", который позволит выявить влияние различных факторов на выращивание артемии на ограниченных территориях, на территории школьного кабинета.
Теоретическое значение.
Значение выполняемой работы состоит в том, что результаты исследований помогут выявить оптимальные факторы оказывающие влияние на жизнедеятельность рачковArttemia salinа.
Практическое значение:
На практике, результаты исследований помогут помочь в искусственных условиях выводить большие популяции артемий и восстановить их в природной среде.
Основная часть
Глава1. Кто такие артемии
Начиная свою работу, я провела анкетирование среди учащихся нашей школы и людей более старшего поколения. (Приложение №1)
Абсолютное большинство людей не знают, кто такие артемии, чем они для нас полезны и в чем их уникальность. В возрастной группе от 8 до 10 лет практически никто из детей не знает, кто такие артемии. Среди учащихся от 12 до 16 лет положительных ответов немного больше (36%). Больше всего людей, знающих об артемиях, в возрастной группе от 40 до 67 лет – 54%. Это объясняется тем, что люди более старшего поколения. познакомились с артемиями во время лечения на солёных озерах, чаще занимались разведением аквариумных рыбок и, следовательно, сталкивались с артемиями в качестве корма для них.
Результаты показывают, что большинство опрошенных мною молодых людей ничего не знают о рачках артемии.
Глава 2. Положение артемий в системе органического мира
Артемии -низшие ракообразные, род ракообразных из класса жаброногих, относятся к листоногим рачкам, выделяемый в собственное семейство - Artemiidae. Ближайшими родственниками артемий являются циклопы и дафнии, обитающие в пресноводных водоемах.
Все представители – планктонные организмы, населяющие морские мелководья и соленые озера. Питаются фитопланктоном, фильтруя воду с помощью грудных конечностей [2].
Глава 3.Особенности строения и жизнедеятельности артемий
Рождаются артемии с одним глазом, который находится посередине лица, но с возрастом у них появляется еще 2 глаза. Первый глаз называется глазным пятном, а остальные – сложными глазами. С помощью сложных глаз рачки могут видеть очертания, а не только различать темноту и свет. Взрослые рачки имеют 3 глаза, 11 пар ног и могут вырасти до 20 мм, как и у животных в их крови обнаружен гемоглобин. Артемия практически не спит, постоянно находиться в движении, чтобы питаться и дышать[3].
Глава 4.Жизненный цикл артемии
У Артемий очень интересный жизненный цикл, который состоит из нескольких стадий[2]:
|
Стадия |
Фото |
|
Яйцо артемии. За один вымет самка производит до 70 яиц. Есть два типа яиц: тонкостенные яйца, которые проклевываются сразу и яйца с толстой скорлупой, которые могут оставаться в состоянии покоя. Период покоя может длиться в течение многих лет и заканчивается, когда яйца окажутся в воде. Толстостенные яйца образовываются с повышением концентрации соли при высыхании водоема. Если самка умирает, яйца развиваються дальше. |
|
|
Стадия «парашютиста» Только что вылупившаяся личинка не сразу освобождается от яйцевой оболочки. Эта стадия получила название «парашютика» или «парашютиста». Эта стадия длится недолго. Рачки освобождаются от скорлупок и начинают активно двигаться. |
|
|
Личинка (науплиус) Из яиц вылупляются науплии около 0,5 мм в длину. У них есть один единственный простой глаз, который чувствует только присутствие и направление света. Науплии плывут к свету, тогда как взрослые особи стараются уплыть от него. |
|
|
Науплиусжаброногого рака более старшего возраста Число сегментов увеличилось, но ноги еще не образовались. |
|
|
Ювенальная стадия и Взрослый рачок (самка) Появляются грудные ножки, увеличивается количество сегментов, развиваются еще два полноценных глаза, но первоначальный глаз остается также, в результате чего получается трехглазое существо. Взрослая артемия – это небольшой рачок (10-15 мм), имеет три глаза и 11 пар ног плавающий в толще воды с помощью многочисленныхгрудных ножек. |
Глава 5. Артемия в природе
В России артемия населяет соленые водоемы от одесских лиманов до забайкальских соленых озер.
В некоторых водоемах артемия является единственным представителем животного мира, поскольку никакая другая живность в таких условиях обитать не хочет[4].
Территориями России для сбора цист Artemiasalina в естественных условиях являются:
1. Крым: озёраШтормовое,Херсонесское, Сасык-Сиваш
2. Оренбургская область, г. Соль-Илецк, курорт "Солёные озера", озеро Дунино
3. Ставропольский край, Светлоградский р-он, хутор "Солнечное озеро»
4. Сакское озеро - бальнеологический курорт. Озеро Аджиголь, озеро Чонгар.
На Урале и в Сибири:
1. Озеро Медвежье (Курганская область) - грязевой и бальнеологический курорт.
2. Озеро Горькое. Озеро Шамеля (Курганская область).
3. Хакасия, Озеро Шира, озеро Тус.
4. Озеро Карачи (Новосибирская область ) - грязевой и бальнеологический курорт.
5. Озеро Островное( санаторийКрасноозерский, Новосибирская область) - грязевой и бальнеологический курорт.
6. Озеро Шира п. Жемчужный.
7. Озеро Эбейты — Омская область.
8. Озеро Солёное Барабинский район Новосибирская область д. Богатиха.
9. Республика Алтай и Алтайский край, Озеро Большое Яровое — туристический и санаторно-курортный район[3].
Глава 6. Ценность Артемии для человека
Артемия имеет огромное значение для науки, хозяйства и фармацевтической отрасли. Разбирая подробный состав этого вида, было обнаружено, что он характеризуется большим количеством различных белков, аминокислот и жирных кислот, гормонов, витаминов, жиров и др. необходимых для многих живых существ. В белках Артемий обнаружено восемнадцать аминокислот. Яйца этого вида насыщенны витаминами группы В, включая В двенадцать, также Артемия обладает каротиноидами, из-за которых её окрас приобретает красный оттенок.
Использование для еды: Стало известно, что люди уже достаточно давно узнали о важном для организма составе Артемий и начали применять её при приготовлении пищи.
Лечение грязью: Погибшие особи рачков многими годами откладывались на дне солёных водоёмов, перемешиваясь с илом и солью; благодаря чему появляется грязь, обладающая целебными свойствами. Лечебная грязь, которая состоит из Артемий, применяют в косметических направлениях, для лечения и предотвращению заболеваний кожи, а также двигательно-опорного аппарата, проблем с мочевыделительной системы, заболеваний половой системы. Курорты на территории России: «Озеро Карачи» (Новосибирская область), «Озеро Шира» (Хакасия), «Озеро Учум» (Красноярский край), озеро Дунино (г. Соль-Илецк, Оренбургская область), «Озеро Медвежье» (Курганская область), Санаторий «Саки», Специализированный спинальный санаторий имени академика Н. Н. Бурденко (озеро Саки, Республика Крым) и др.
Медицина: Среди научных кругов Артемию рассматривают, как сырьё для получения фармацевтических препаратов, корректирующих обмен веществ у человека и животных.
Применение в косметологической сфере: В Новосибирском научно-исследовательском университете гигиены были проведены испытания препарата с целью выявления возможности использовать его в косметологии. При добавлении его в пищу, в котором содержалось большое количество нуклеиновых кислот наблюдалось:
-Повышалась сопротивляемость организма к ядам и другим вредным факторам,
-Увеличивался полезный эффект косметических процедур,
-Повышалась регенерация тканевых покровов, что оказывало омолаживающий эффект.
Зарубежные компании Израиля, Италии, Испании и др. используют экстракты из Артемия салина в создании наружных и инъекционных косметологических средств. Включающих косметику, средства для омоложения кожи и другие полезные включения, помогающие бороться со старением.
Научные исследования: Очень ценным объектом для исследований был признан рачок Артемии, на котором изучалось структура хромосом, различных кислот, синтеза белка, деятельность ферментов при разных процессах. Эти существа обладают большой устойчивостью, благодаря чему они стали очень интересны при использовании во многих экспериментах. Поэтому Артемия используется для тестирования влияния токсических вредных веществ и хорошо с этим справляются.
Рыболовство на промышленном уровне и аквариумная деятельность: Артемия является очень питательным кормом для различных видов рыб, креветок, крабов, омаров, выращиваемых на специальных фермах.
Яйца Артемий имеют широкое применение при кормлении молодых особей рыб в аквариумистике.
Использование в виде корма для животных сельскохозяйственного назначения и диких видов: В природных условиях особями рачков и яйцами питаются многочисленные виды животных.
Применение в виде удобрений: Яйца (цисты) артемии богаты хитозаном, благодаря чему их применяют в качестве органического удобрения для подкормки и профилактической защиты растений: комнатных цветов, рассады и растений открытого грунта. [6].
Глава 7. Факторы, регулирующие жизнеспособность артемий в природных экосистемах
На развитие и жизнеспособность артемии оказывают влияние различные факторы внешней и внутренней среды, в которых они развиваются и существуют.
Антропогенные факторы оказывают значительное влияние на экосистемы водоёмов и играют решающую роль в их развитии. В Курганской области развернулась битва за яйцо артемии – ракообразного планктона, живущего в уникальном для России озере Медвежьем. Яйцо – размерами всего в 200 микрон – ежегодно золотит сотни метров побережья в прямом и переносном смысле. Цена биоресурса на черном рынке достигает 8 тысяч рублей за мешок, набрать который местный люд в состоянии за полчаса. В итоге браконьерство получило такой размах, что курганский губернатор объявил мораторий на добычу, рискуя нарваться на иски со стороны официальных промысловиков экспортного сырья.
Дело в том, что испокон веку на берега Большого и Малого Медвежья ветер выбрасывает тонны яиц артемии, в народе именуемой просто рачками. Этот мелкий красноватый планктон, разлагаясь, служит основной питательной базой для грязевых бактерий, лечебные свойства которых общеизвестны в российском масштабе.
Ученые выяснили, что, когда рачки находятся на стадии цисты (от греч. кистис – пузырь), то, по сути, представляют собой живой стартовый корм для ценных пород рыб. Внутри пузырька спит эмбрион, который ждет благоприятных внешних условий – хорошо прогретой соленой водицы и света, чтобы стремительно пойти на выклев. Их инкубационный период удивительно мал – всего сутки, а хранить цисту в замороженном виде можно годами. Львиная доля продукта идет в Китай – на корм сотням тонн искусственно выращенной креветки. Таким образом, на экосистемы влияют факторы различной природы, они могут уничтожить сообщества или наоборот регулировать жизнь и развитие экосистем. И наиболее благоприятный промежуток влияния факторов находится там, где обитатели водных экосистем чувствуют себя комфортно, и могут продуктивно размножаться, питаться и в необходимой мере использовать факторы внешней и внутренней среды.
Глава 8. Создание модели оптимальных факторов влияния на инкубацию и дальнейшее развитие рачка ArtemiaSalinа.
Я считаю, чтобы сохранить наши природные экосистемы мы должны научиться выращивать рачка в искусственных условиях для нужд человека: для науки, хозяйства и фармацевтической отрасли. Несмотря на наличие в литературе достаточного объема информации об артемиях, детального анализа зависимости их развития и выживаемости от среды обитания я не обнаружила и решила определить оптимальные факторы влияния на инкубационный период и дальнейшее развитие Артемий в условиях школьного кабинета.
Постановка эксперимента
Приготовление необходимого оборудования: Чтобы определить оптимальные условия для инкубации и развития артемий в условиях школьного кабинета мне понадобились следующие материалы и оборудование:
• цифровая лаборатория «Z.LABS»;
• культура артемий (цисты);
• морская соль;
• компрессор;
• весы;
• дрожжи;
• склянки – 6 штук.
2) Приготовление цист:
Качество яиц определяла экспресс-методом путём их перетирания между пальцами, для эксперимента использовала неповреждённые яйца. Использовалась пресная отстоянная в течении 5 дней вода.
Приготовление двух образцов растворов с различной концентрацией соли: Используя расчеты взвешала на лабораторных весах соль и растворила в определённом объёме воды.
В емкость № 1 наливаем раствор соли с концентрацией 6% (на 1л воды 60 г соли).
В емкость № 2 наливаем раствор соли с концентрацией 3% (на 1л воды 30 г соли).
В емкость № 3 наливаем раствор с концентрацией соли 0%.
Измерение температуры, освещенности, рН среды растворов различной концентрации с помощью мультидатчика лаборатории «Z.LABS» и оборудования «Точки роста»).
Раствор №1 имеет - температуру 27 градусов, освещенность – 2000 Лк, рН -7,2
Раствор №2 имеет - температуру 27 градусов, освещенность – 2000 Лк, рН -7,5
Раствор №3 имеет - температуру 27 градусов, освещенность – 2000 Лк, рН -8,0
(Приложение №2)
5) Опускаем цисты в ёмкости с растворами различной концентрацией соли. Первый образец (с ёмкостями №1, №2, № 3) ставим в автономный режим с видео фиксацией и включаем цифровую лабораторию «Z.LABS». Круглосуточное освещение поддерживалось с помощью подсветки видеокамер. (Приложение №3)
Второй образец (с ёмкостями №1, №2, № 3) растворов заданной концентрации ставим в тёмный шкаф и накрываем черной бумагой со всех сторон склянки.
Раствор №1 имеет - температуру 27 градусов, освещенность - 0 Лк, рН -7,2
Раствор №2 имеет - температуру 27 градусов, освещенность - 0 Лк, рН -7,5
Раствор №3 имеет - температуру 27 градусов, освещенность -0 Лк, рН -8,0
День1
12 часов с момента разведения.
Цисты имеют размер 0,2-0,3 мм, они коричнево-оранжевого цвета и похожи на крупинки. Но как только яйцо попадает в солёную воду, оно в течение часа полностью пропитывается водой и начинает развиваться.
18 часов с момента разведения, эмбрион
Через 20 часов яйцо начинает трескаться, и эмбрион выходит из скорлупы. В течение еще нескольких часов эмбрионы остаются сцепленными со скорлупой, стадия парашютиста.(Приложение №4)
24 часа с момента разведения, науплия
Первыми в моем инкубаторе вылупились артемии в 3-ей и немного позже появились во 2 ой ёмкости. В 1-ой ёмкости не вылупилось ни одной артемии в течении 24 часов.
Вылупившаяся науплия (личинка артемии) довольно бледная, размером около 0,5 мм, по цвету похожа на кожу человека. Новорожденные артемии ничего не едят, потому что их рот ещё не до конца развит. У них сформированы три пары «конечностей»: антеннулы, которыми они все ощупывают, антенны, с помощью которых они двигаются, а также мандибулы, необходимые для питания. У науплии только один глаз, расположен он на голове между антеннулами. Он чувствует только присутствие и направление света. По мере её роста будут развиваться ещё два глаза, но и первоначальный глаз тоже сохранится.
Ссылка на видео: https://cloud.mail.ru/public/4Sjt/E6Mu3N55T
День2
В 1-ой ёмкости с самым концентрированным раствором соли рачки так и не вылупились. Больше всего рачков артемии появилось во 2 ёмкости с менее концентрированным раствором. В 3- с пресной водой рачков чуть меньше.
Науплии через 12 часов, после появления начинают, фильтровать еду: выбирают себе частички разных микроорганизмов, бактерии и мусор. Для питания артемий я добавила по крупинке дрожжей в каждую ёмкость.(Приложение №5)
В емкостях растворов второго образца, которые были затемнены черной бумагой, из яиц не вылупилисьрачки.
День3
В течение третьего дня в 1-ой ёмкости вылупилось значительно больше артемий, чем в остальных ёмкостях. Они практически не отстают в развитии от артемий, появившихся ранее во 2-ой ёмкости.
В ёмкости 3-ейрачки погибли.
Только на третий день во 2-ой и 3-ей ёмкостях растворов второго образца, которые были затемнены черной бумагой, из яиц стали выводиться науплиусы.Для роста и развития рачков артемий необходим свет.
День 4-6
Содержимое ёмкости №1 первого образца, где находится наибольшее количество науплиевжаброногого рака более старшего возраста(Ссылка на видео: https://cloud.mail.ru/public/YfLv/mXrWfjqCi), разделим на две части, в одну ёмкость помещаем компрессор, а другую ёмкость оставим без искусственной аэрации.
В ёмкости, в которой был компрессор, науплии развились до стадии взрослого рачка, у подросшей науплии становится видно деление тела на голову, грудь и брюшко.
Во второй банке развитие остановилось на стадии науплии.
Для роста и развития рачков артемий необходимо большое количество кислорода.
Выводы
Изучив биологию артемий и технологию их выращивания я выяснила, что за короткий промежуток времени можно вывести рачков артемии при создании оптимальных условий для инкубации и дальнейшего развития: постоянная температура 27°С, соленость 3-6% на 1000 мл , минимальный уровень рН 7,5, уровень кислорода, близкий к насыщению и интенсивное освещение – 2000 люкс. В ходе моего исследования была выполнена поставленная цель – была разработана модель оптимальных факторов влияния на инкубационный период и развитие рачков Arttemia salinа.
(Приложение №6)
Заключение
В ходе исследования было практически обоснованно влияние факторов различной природы на инкубацию и развитие рачков артемии. С помощью проведённых мною исследований можно будет разработать рекомендации с указанием набора факторов, благоприятно влияющих на выведение науплий и поддержания их жизнедеятельности до взрослого состояния. Проведённые исследования могут помочь в искусственных условиях выводить большие популяции артемий и восстановить их в природной среде. Из-за браконьерской деятельности популяции данных особей претерпевают значительные изменения в худшую сторону и эти действия нарушают целостность экосистем рекреационных озёр.
Результаты моего исследования можно применить и при домашнем разведенииартемий в качестве корма для аквариумных рыбок.
Также мое исследование имеет просветительскую ценность, так как абсолютное большинство людей не знают, кто такие артемии, чем они для нас полезны и в чем их уникальность.
Список литературы
1. Аникин В.Д. Некоторые биологические наблюдения над рачкообразными из рода Груздевая. Изв. Томского ун-та, 1898, 14, с. 100-200.
2. Артемия салина (Artemiasalina), его особенности и применение [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ribnydom.ru/akvarium/artemiia-salina-artemia-salina-ego-osobennosti-i-primenenie.html
3. Ванюшин И. И., Эта удивительная артемия - www.aqa.ru/bib_vanushin_artemia , Аквариум, № 4, 1996.
4. Веснина Л.В. Особенности биологии рачка Артемии (АРТЕМИЯ ЛИЧ, 1819) в озере Большое Яровое Алтайского края // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-5. – С. 958-964;
5. Костромина, Е.А. Влияние факторов среды (соленость, температура, освещение) на инкубацию Artemiasalina в эксперименте / Е. А. Костромина // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2016. - № 42.
6. Руднева И.И. Артемия. Перспективы использования в народном хозяйстве. — Киев: Наук.думка, 1991. — С. 6-20.
7. Федеральный закон "Об особо охраняемых природных территориях" от 14.03.1995 N 33-ФЗ.
Приложение №1
Результаты анкетирования:
1. Кто такие Артемии?
2. Где в природе встречаются Артемии?
3.Какую ценность представляют Артемии для человека?
- Возрастная группа от 8 до 10 лет – 10%
- Возрастная группа от 12 до 16 лет – 36%
- Возрастная группа от 40 до 67 лет – 54%
Приложение №2
П остановка эксперимента
Приготовление двух образцов растворов с различной концентрацией соли
Измерение освещенности и pH среды растворов с различной концентрацией соли
Измерение температуры растворов
Приложение №3
Автономный режим с видео фиксацией и круглосуточной подсветкой
Приложение №4
Д ень 1
Рис. Концентрация раствора 0%
Ссылка на видео:https://cloud.mail.ru/public/HvGG/GkSvGzN2S
Р ис. Концентрация раствора 3%
Рис. Концентрация раствора 6%
Приложение №5
Д ень 2
Рис. Концентрация раствора 0% Рис. Концентрация раствора 6%
Концентрация раствора 3%
Ссылка на видео: https://cloud.mail.ru/public/KiRg/RhSBaRrqu
Приложение №6
Модель оптимальных факторов влияния на инкубацию и развитие рачка ARTEMIA SALINА
соленость 3-6% на 1000 мл
постоянная температура 27°С
ARTEMIA SALINА
минимальный уровень рН 7,5
интенсивное освещение – 2000 люкс
Уровень кислорода, близкий к насыщению