II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
РАЗВИТИЕ ЛЯГУШКИ ОТ ИКРЫ ДО ОСОБИ В НЕЕСТЕСТВЕННОЙ СРЕДЕ ОБИТАНИЯ ПРИ РАЗНЫХ ВНЕШНИХ УСЛОВИЯХ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Лягушки – наиболее известные нам бесхвостые земноводные. Занимают промежуточное место между наземными и водными позвоночными животными.
Жизнь земноводных заслуживает внимания, прежде всего потому, что они занимают особое место в истории развития наземных позвоночных, будучи первыми и наиболее примитивными обитателями суши. [7] Оценить значение земноводных в природе и хозяйственной деятельности человека возможно при дальнейшем изучении земноводных, биология которых разработана лишь крайне поверхностно. Использование этого животного для изучения вопросов биологии дало признание огромных заслуг лягушки в медицине.
Во-первых, озерная лягушка является истребителем вредных животных. Эта представительница отряда земноводные во взрослом состоянии питается исключительно животной пищей и, обитая в самых разнообразных местах, приносит пользу, поедая вредных насекомых. Значение земноводных возрастает ещё и потому, что они в большем количестве, чем птицы, поедают насекомых с неприятным запахом и вкусом, а также насекомых, обладающих покровительственной окраской. Особого внимания заслуживает и тот факт, что сухопутные виды земноводных охотятся ночью, когда подавляющее большинство насекомоядных птиц спит.[1]
Во-вторых, земноводные лягушки являются кормовой базой для некоторых пушных зверей. Лягушки составляют более одной трети всех кормов норки - ценного пушного зверя, приуроченного к водоёмам. Охотно поедает земноводных и выдра. Сравнительно часто попадаются земноводные в желудках барсука и чёрного хоря. Наконец, многие промысловые рыбы в озёрах и реках в зимний период в больших количествах употребляют в пищу лягушек, оказывающихся вполне доступным массовым кормом. [1]
Конечно же, есть и отрицательные моменты, когда лягушки в больших количествах истребляют рыбью молодь. Привлекаемые скоплениями мальков, многочисленные озёрные лягушки оказываются здесь их основными врагами. [1]
В ряде случаев головастики лягушек могут конкурировать с рыбами из-за корма. За последнее время появились указания на отрицательное значение земноводных в природе как хранителей опасных инфекционных заболеваний, например туляремии. [1]
В-третьих, земноводные оценены как лабораторные животные. Простота препарирования лягушки, подходящие размеры и живучесть сделали её издавна излюбленным подопытным. Большинство приборов экспериментальной медицины и биологии рассчитано на это животное. На лягушке постоянно вырабатывается техника физиологического эксперимента. Огромное количество опытов и наблюдений проводилось и проводится над этими "мучениками науки". Лаборатории крупных учебных и научных учреждений расходуют десятки тысяч лягушек в год. Расход этот может быть настолько велик, что оказывается необходимым принимать меры, дабы не уничтожить всех животных. Так, в Англии лягушки находятся ныне под охраной закона, и ловля их запрещена. [1]
Таким образом, встает вопрос об актуальности выращивания лягушек в искусственной среде.
Все это позволило определить тему научной работы.
Цель исследования – Узнать, при каких разных, искусственно созданных условиях, личинка лягушки пройдет быстрее все стадии метаморфоза.
Задачи исследования:
1. Изучить научную литературу по биологии;
2. Выявить причины положительных и негативных влияний окружающей среды на развитие;
3. Провести исследовательскую работу.
Объект исследования: икра обычной лягушки.
Гипотеза: Различные внешние условия влияют на развитие лягушки от икры до особи в неестественной среде обитания. Если создать все необходимые условия, то можно добиться максимального процента выживаемости головастиков.
Достоверность результатов обеспечивается личным участием автора в процессе исследования.
2. Лягушка озерная
2.1 Описание
Озёрная лягушка — вид бесхвостых земноводных семейства настоящих лягушек. Озёрная лягушка — самый крупный вид земноводных фауны России: длина её тела может достигать до 150 мм.[3]
Бесхвостые — крупнейший отряд земноводных, насчитывающий около 6000 современных[1] и 84 ископаемых видов.[2] Часто представителей отряда называют лягушками, однако использование этого термина осложнено тем, что лягушками в узком смысле называют лишь представителей семейства настоящих лягушек. Личинки бесхвостых земноводных — головастики.
Класс – Амфибии, отряд – Бесхвостые, семейство – Лягушки, Род – Лягушки.
Размер 6-10 см. Средний вес 22,7 гр. Морда тупая, тело приземистое. Глаза карие с черными горизонтальными зрачками. Внутреннее веко прозрачное, защищает глаза в воде. Около барабанной перепонки хорошо различим темно-коричневый треугольник. Кожа лягушки на ощупь склизкая и гладкая, ее эпидермис не ороговевает. На темном брюхе присутствует мрамороподобный рисунок. Пяточный внутренний бугор низкий.
У самцов в углах рта располагаются наружные резонаторы тёмно-серого цвета. На первом (внутреннем) пальце передних конечностей у самцов расположено кожное утолщение — мозоль, разрастающееся во время спаривания.[2]
Классу земноводных для жизни требуется кислород. Получить его лягушка может на суше и частично под водой через кожу. Органами дыхания земноводных, к числу которых принадлежат лягушки, являются легкие, кожа и жабры. В отличие от головастиков, которые ведут водный образ жизни, у взрослых лягушек жабры отсутствуют. Растворенный в воде кислород поступает в кровь этих созданий через кожу. Такой способ дыхания может обеспечить организм необходимым газом только в том случае, если лягушка находится в состоянии зимней спячки.
Лягушка может длительное время находиться под водой, т.к. у них очень большие легкие. Перед тем, как нырнуть, животное набирает полные легкие воздуха. Под водой кислород очень медленно впитывается через кровяные артерии, это и помогает лягушке длительное время находиться под водой. Как только запасы воздуха кончаются, животное быстро выныривает и некоторое время держит голову над поверхностью воды, чтобы вновь набрать полные легкие воздуха.
Лягушки никогда не пьют. Жидкость поступает в их организм через кожу. [3]Взрослая особь размножается в воде, но большую часть жизни предпочитает проводить на суше, выбирая для обитания очень сырые и затененные места. На суше лягушки охотятся, отлавливая насекомых, которые являются основным рационом. В огородах, расположенных в низинах поблизости водоемов, плодовые деревья, кустарники и овощные культуры практически никогда не поражают вредители, так как лягушки относятся к животным-чистильщикам. Всего несколько лягушат способны уничтожить полчища насекомых-вредителей.
Сезон размножения апрель-начало мая. Размножение происходит в лужах, водоемах, озерах, каналах, в любом неглубоком водоеме. Икрометание начинается через 3-5 дней после пробуждения. Самцы появляются на водоемах раньше, они поют брачные песни зазывая самок. Выметав икру, травяная лягушка не задерживается в водоеме и расходится по летним местам обитания. Яйца светло-желтого цвета, окружены толстым слоем студенистого вещества. Эта оболочка имеет большое значение для зародыша, так как таким образом яйцо предохраняется от высыхания, от механических повреждений, а главное, она предохраняет их от поедания другими животными. Соединены в гроздья довольно значительной величины, а иногда и в шнуры; откладывается их очень много. Одна самка откладывает 670-1400 мелких икринок. [I]
2.2. Использование в науке.
«А сколько лягушек – бесчисленно много,
Их можно считать и считать без конца, –
Отдали науке лягушачьи ноги,
На пользу науке отдали сердца».
Л. Гайнулина
Озёрные лягушки нередко отлавливаются в качестве лабораторных животных для научных, медицинских и образовательных учреждений.
Например, студенты Оренбургского государственного педагогического университета за один год обучения используют для проведения практикумов по физиологии и зоологии до 3000 особей лягушки озерной.
У лягушек обнаружено достаточно много биологически активных веществ, но изучены они значительно меньше, чем жабьи.
Давно известно, что если посадить лягушку в молоко, то оно очень долго не будет скисать. Современными исследованиями подтверждены антимикробные свойства слизи, покрывающей кожу лягушки. Это препятствует размножению кисломолочной палочки.
Из кожи разных видов лягушек удалось извлечь ряд веществ, обладающих биологической активностью.
Некоторые из этих веществ эффективно убивают бактерий, другие имеют сосудорасширяющие свойства. Из кожи белой австралийской квакши было выделено вещество, обладающее желчегонным действием, а также стимулирующее секрецию желудочного сока. Из этого вещества, возможно, изготовить препарат для лечения некоторых психических заболеваний.
В коже одного из видов лягушек обнаружены дерморфины, которые по обезболивающему действию в 11 раз превосходят морфин.
Нейротоксины лягушек одни из самых сильных. Батрахотоксин, выделенный из колумбийской лягушки, местными жителями называемой "кокои", является самым сильнодействующим из небелковых ядов, сильнее, чем цианистый калий. Действие его сходно с действием кураре.
Вещества, выделенные из некоторых южноамериканских древесных лягушек, действуют на передачу нервных импульсов в скелетной мускулатуре. Некоторые блокируют рецепторы гладкой мускулатуры, а другие вызывают судороги скелетных и дыхательных мышц.
В настоящее время данные вещества в медицине не применяются, исследуется возможность включить их в клиническую практику.
Антимикробные и ранозаживляющие свойства икры лягушек получили научное подтверждение — из оболочки икринки выделено вещество ранидон, обладающее высокой бактерицидной активностью. [8]
Как бы мы не относились к лягушкам, это одно из самых обычных, часто используемых лабораторных животных, наряду с крысами и мышами. Например, шпорцевая лягушка была первым, клонированным животным, а не овечка Долли, как мы привыкли думать. В 1960-ых годах английский эмбриолог Гёрдон клонировал головастиков и взрослых лягушек.
За заслуги в области медицины лягушке поставлены памятники в Париже, Токио и Бостоне, как дань уважения и признания поистине неоценимых заслуг этих животных в развитии науки. Так учёные отблагодарили своих невольных помощников во многих важных научных исследованиях и открытиях. Опыты итальянских физиков XVIII столетия Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта, проведенные на лягушках, привели к открытию гальванического тока. Огромное количество опытов на лягушках провёл учёный-физиолог Иван Сеченов. В частности, он использовал их при изучении нервной деятельности животных. А сердце лягушки оказалось интересным объектом для исследования сердечной деятельности. Французский физиолог Клод Бернар, которому лягушки также помогли сделать ряд открытий, высказал мысль об установке им памятника. И в конце XIX века в Сорбонне (Парижский университет) был открыт первый памятник лягушкам. А второй был воздвигнут студентами-медиками в Токио, в 60-е годы XX столетия, когда число лягушек, использованных ими для науки, достигло 100 тысяч. [9]
Помимо научной ценности эти земноводные обладают ценностью практической. Так во многих странах мясо отдельных видов лягушек считается деликатесом. Существуют даже специальные фермы, на которых разводят лягушек на мясо.
3.Практическая работа
Итак, начало работы:
07.05.15 г икра взята в водоеме, окруженная кустарниками и водными растениями.
Оболочка каждой икринки разбухшая, похожа на студенистый прозрачный слой, внутри которого видно яйцо. Верхняя половина его темная, а нижняя светлая.
В природе скорость развития икры зависит от температуры воды. Чем выше температура, тем быстрее идет развитие. В глубоких, затененных водоемах икра развивается примерно в четыре раза медленнее, чем в хорошо прогреваемых водоемах. Икра легко выдерживает низкую температуру. [2]
Создаем оптимальные условия для развития икры: температура воды комнатная, теплая.
Уже через 8-10 дней из икринок вылупляются головастики, более похожи на малька рыбы. Пассивны, не питаются. Видимо хватает питательного запаса икринок. Имеются жаберные отверстия и жабры.
23.05.15 г. Заметен метаморфоз. Головастики начали самостоятельно питаться, активно передвигаться, тесно держаться друг с другом. Они снуют в разных направлениях, но не отплывают далеко, и вся стайка перемещается практически одновременно. Средний размер головастиков примерно 7-8 мм. [II]
К этому времени уже заметны голова, туловище, хвостик. Голова большая, конечности отсутствуют, хвостовой отдел туловища представляет собой плавник, также присутствует боковая линия, а ротовая полость похожа на присоску. Жабры вначале внешние, прикрепляются к жаберным дугам, находящимся в районе глотки, и функционируют уже как настоящие внутренние жабры.[III]
Присоска расположена снизу около рта (по ней можно определить вид головастика), через несколько дней щель рта по краям обрастает некоторым подобием клюва, который работает как кусачки, когда головастик питается. У головастика один круг кровообращения и двухкамерное сердце.[1]
По строению тела личинки земноводных близки к рыбам, а взрослые особи имеют сходство с пресмыкающимися.
В природе временами головастики образуют громадные скопления – до 10000 в одном кубическом метре воды. Недаром у древних египтян изображение головастика означало число 100 000, т. е. «очень много». Но выживают далеко не все из них. Личинка лягушки служит пищей рыбам, птицам, жукам-плавунцам и прочим обитателям водоема.[3]
Размещаем головастиков по разным емкостям:
- абсолютно прозрачный пластиковый контейнер (10 л) располагаем на хорошо освещенной территории, в теплом месте не в зоне прямого попадания солнечных лучей (балкон) – 25 шт.
- абсолютно прозрачный стеклянный контейнер (3 л) располагаем на хорошо освещенной территории, в теплом месте в зоне прямого попадания солнечных лучей (балкон) – 10 шт
- темный, непрозрачный контейнер (5 л) располагаем в теплом месте, немного затененном, но с достаточным количеством света. Нет прямого попадания солнечных лучей (комната) – 30 шт
- непрозрачный контейнер (2 л) располагаем в плохо освещенном, прохладном месте (гараж) – 10 шт
Все емкости заполнены водой, взятой в месте сбора икры, т.е. наиболее близкой к условиям размножения, а также водорослями и травой. В воде наблюдаются микроорганизмы.
В течение двух дней никаких отличий в поведении не наблюдаются. Все головастики подвижны, прячутся в тине и траве, активно реагируют на звук и движение. Питаются днем растительной пищей, как бы откусывая, а также соскабливают с поверхностей налет. Периодически поднимаются к поверхности воды и заглатывают воздух. Темпы роста в глаза не бросаются, как известно они составляют в среднем 0,6 мм в сутки.
25.05.15 г. В стеклянной емкости, расположенной в зоне прямого попадания солнечных лучей к вечеру все головастики погибли. При этом, не сохранив контуры тела, практически полностью разложившись и исчезнув. Внешне поверхность воды в емкости выглядела как вспузырившаяся, будто прокисшей.
Вывод, головастики, несмотря на утверждение, что полный метаморфоз происходит быстрее при более высоких температурах (21-26'C), а в среднем он длится 50-90 дней, не переносят прямых солнечных лучей.
Прикрываем абсолютно прозрачный пластиковый контейнер бумагой, прикрывая его от попадания солнца.
28.05.15 г. В пластиковом контейнере, даже несмотря на то, что он не находится под прямыми солнечными лучами головастики пассивны, находятся практически без движения. Вода очень нагрета. Несколько штук погибли. Убираем в более затененное место.
В остальных емкостях головастики по-прежнему активны. Находятся практически в постоянном движении и процессе питания.
Рост головастиков уже более заметен. В среднем составляет примерно 10 мм.
Добавляем свежей воды и водорослей с водоема, но уже не с места кладки, во все емкости с головастиками.
01.06.15 г. В прозрачном, хорошо пропускающим дневной свет контейнере, убранном в тень, головастики прибавили в росте. Резко наметилась разница между более крупными и мелкими головастиками. Крупные составляют примерно 13-15 мм. Все время едят, присасываются к стенкам, хватают воздух. Хорошо просматриваются глаза, мраморный рисунок тела.
В непрозрачном контейнере, практически не пропускающем дневной свет, но находящийся в теплом месте, рост головастиков практически не заметен, как и в емкости, находящейся в прохладном, темном месте. Несколько штук погибло, несмотря на наличие еды и отсутствия прямых солнечных лучей.
Вывод: существует большая смертность в период развития, даже при отсутствии внешних хищников, питающихся головастиками.
В течение 3-х недель при постоянной подкормке и смене воды в емкостях, т.к. на дне скапливались продукты переработки пищи головастиками, наблюдалась гибель некоторых экземпляров и рост более сильных. Средний размер уже составляет примерно 20-25 мм.
Наибольшая смертность составила в прозрачной емкости, находящейся в теплом месте. Возможно от постоянного перепада температуры воды: от очень теплой, нагревающейся от солнца в дневное время, до сильно остывающей ночью.
27.06.15 г. У головастика, находящегося в гараже, произошли видимые метаморфозы: появились задние лапы.[IV], [V]
03.07.15 г. В течение короткого промежутка времени головастик принимает формы маленькой лягушки. Отрасли передние лапки, хвост укоротился. При этом молодой лягушонок внешне оказывается меньше размером, чем был головастик, из которого он только что образовался.[VI]
В емкость добавили ветки, чтобы сформированный лягушонок мог выбраться на поверхность, т.к. известно, что маленькое животное начинает дышать легкими и перебирается на сушу.
Таким образом, как и в природе, от момента откладывания икры до конца превращения головастика в лягушку проходит около 2-3 месяцев.[VII]
Рис. Метаморфоз лягушки: 1 — яйца (икра), 2 — головастик с наружными жабрами, 3 — без жабр, 4 — с задними ногами, 5 — со всеми ногами и с хвостом, 6 — лягушка. [VIII] Самые удачливые из головастиков доживают до стадии метаморфоза и превращаются в лягушонка-сеголетку. Сеголетки очень прожорливы. Объем их желудка в наполненном состоянии превышает одну пятую часть общего веса. Есть одна интересная деталь: если в водоеме не хватает животной пищи, растительноядный головастик так и зимует в личиночной стадии, отложив до весны превращение из вегетарианца в хищника. Они становятся полностью плотоядными, как только их задние ноги развиваются, питаются маленькими водными животными или даже другими головастиками, когда еды недостаточно.
05.07.15 г. Как известно в природе головастики питаются водорослями, растительными веществами, личинками мелких микроорганизмов.[3]
В неволе, возможно из-за нехватки растительной пищи (несмотря на ее наличие в емкости), головастики съели только что сформировавшегося лягушонка, а не наоборот.[IX]
4.Вывод
Таким образом, делаем вывод, что головастики – очень хрупкие организмы. Наша гипотеза подтвердилась.
1. Смертность яиц и головастиков достигает до 80,4-96,8%.
Из достаточно большого количества вылупившихся головастиков, выжили 11 шт. При этом 5 из 30 – в темном, непрозрачном контейнере (5 л), расположенном в комнате, немного затененной, без прямого попадания солнечных лучей.
3 из 10 – в светлом, непрозрачном контейнере (2 л) располагаем в плохо освещенном, прохладном месте, в гараже. При этом здесь же вперед всех сформировался лягушонок.
В прозрачном, хорошо пропускающем дневной свет контейнере, убранном в тень, где головастики вперед всех набрали в росте и весе, выжили 3 особи из 25.
2. Для развития необходима стабильность: наличие теплой воды без резких перепадов температуры, пищи. А также отсутствие прямых солнечных лучей.
3. Соблюдая вышеперечисленные условия, можно добиться 30 % выживаемости головастиков.
5.Литература
-
Банников А.Г., Денисова М.Н.. Очерки по биологии. -М.: «Просвещение», 1956
-
Брэм А.Э. Жизнь животных. -М.: Терра, 1996г, том 3с.71
-
Герасимов В.П. Позвоночные животные. -М.: Просвещение, 1979г
-
Молис С.А. Хрестоматия по зоологии. -М.: Просвещение. , 1971г.
-
Молис С.А. Книга для чтения по зоологии: Пособие для учителя. -М.: Просвещение, 1981.-224.,ил.
6. Нога Г.С. Наблюдения и опыты по зоологии. – М.: Просвещение, 1979.
7. Большая советская энциклопедия. –М. Издательство «Советская энциклопедия», 1982г
8. Интернетисточники: herbalis/ru
9. Журнал «Наука и техника», №5(10) 2009 г, «Быль о царевне-лягушке» автор: Коганн Н.Н.
6.Приложение
Приложение I
Приложение II
Приложение III
Приложение IV
Приложение V
Приложение VI
Приложение VII
Приложение VIII
Приложение IX