XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экологическая характеристика и расчет биофильтрационной мощности популяции беззубок (Anodonta) затона «Зелёный остров» реки Иртыш города Омска

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Здоровцев Г.Е. 1

---

1Инженерный лицей БПОУ "Омавиат"

Бровкина Н.А. 1

---

1Инженерный лицей БПОУ "Омавит"

Работа в формате PDF

624 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Моллюски Беззубки – одни из самых древних представителей отряда унионид на Земле. Их предки жили ещё при динозаврах, и в отличие от них дожили до наших дней. Это было ещё тогда, когда предки человека вели примитивный образ жизни, а моллюски уже тогда существовали.

Меня всегда завораживало наблюдение за тем как они передвигаются и живут. Беззубки, как и многие другие организмы, могут быть объектом различных научных исследований. Например, их раковины могут содержать информацию об истории климата и окружающей среды. Их способность к фильтрации может вдохновить на создание новых, более эффективных систем очистки воды. Изучение их физиологии и генетики может раскрыть новые аспекты биологии моллюсков.

Несмотря на свою кажущуюся неподвижность, беззубки обладают интересными адаптациями для выживания. Они умеют зарываться в грунт, защищаясь от хищников и течений. Их раковины, хоть и не такие яркие, как у некоторых морских собратьев, надежно защищают их мягкое тело. А их способ питания, основанный на фильтрации, позволяет им получать пищу даже в условиях, где другие организмы не могут прокормиться. Изучение этих стратегий помогает нам понять, как жизнь приспосабливается к различным условиям.

Объект исследования: популяция двустворчатых моллюсков рода Беззубка в акватории затона «Зелёный остров».

Предмет исследования: численность, размерно-возрастная структура популяции и объем воды, фильтруемый моллюсками.

Цель исследования: изучить состояние популяции беззубок и математически обосновать их роль в очистке водной экосистемы затона «Зелёный остров».

Задачи:

1. Изучить теоретические основы жизнедеятельности беззубок как естественных биофильтраторов.

2. Методом пробных площадок провести количественный учет и определить общую численность популяции беззубок в затоне.

3. Определить размерно-возрастную структуру популяции на основе морфометрических измерений.

4. Исследовать условия среды обитания: характер грунта, его глубину и температурный режим воды (используя стандартные средства измерения).

5. Математически рассчитать суточную и сезонную фильтрационную способность всей исследуемой популяции.

6. Оценить значение беззубок для поддержания экологического равновесия в реке Иртыш.

Методы исследования:

• полевые методы: метод пробных площадок для учета численности, метод зондирования дна (определение глубины и характера грунта).

• морфометрический метод: измерение линейных размеров раковин (длина, высота) с помощью измерительных инструментов для определения возраста.

• математический метод: статистическая обработка данных, расчет объемов фильтрации методом экстраполяции (распространение частных данных на всю популяцию).

• метод визуального наблюдения и описания.

Организация исследования:

Исследование проводилось на реке Иртыш Омской области затон Зеленый остров. В исследовании учувствовали Беззубка обыкновенная. Нами было использовано следующие оборудование: термометр, сантиметр.

Длительность исследования составила 4 месяца.

Исследование проводилось в три этапа (с июня 2025 г. по сентябрь 2025г.):

На первом этапе проводился обзор и анализ научно-методической литературы по вопросам теоретические основы жизнедеятельности беззубок как естественных биофильтраторов, определили цель и задачи работы, а также дальнейшие этапы исследования.

На втором этапе проводилось наблюдение за способом передвижения, средой обитания численности беззубок, а также измерение температуры и особенности грунта, анализ размерно-возрастной структуры и численности популяции.

На третьем этапе проводилась обработка и анализ результатов, формулировались выводы. После чего проводилась работа по оформлению проекта и подготовке к защите.

ГЛАВА 1. Биологические и экологические особенности двустворчатых моллюсков рода беззубка (anodonta) как естественных биофильтров пресноводных экосистем.

1. 1. Место Беззубок в биологической систематике.

Царство: Животные

Тип: Моллюски

Класс: Двустворчатые

Отряд: Униониды

Семейство: Униониды

Род: Беззубка

1. 2. Анатомо-физиологические особенности Беззубки.

Тело Беззубки уплощено и сжато с боков, покрыто раковиной, образованной эпителием мантии. При повреждении раковины эпителий мантии способен образовать недостающий участок, синтезировав все три слоя раковины. Створки раковины снизу соединены лигаментом - эластическим тяжом (Рисунок 1).

Рисунок 1. Строение Беззубки

Раковина беззубки — двустворчатая, овальная, состоящая из двух равных створок, соединенных упругой связкой (лигаментом), без замковых зубцов (отсюда и название). Она имеет три слоя: снаружи — темный роговой слой, средний — призматический слой из карбоната кальция, и изнутри — блестящий перламутровый слой, переливающийся радужными цветами. Створки тонкие, снаружи коричневатые или сероватые, а внутри — перламутровые (Рисунок 2).

Таким образом, раковина беззубки — это защитная структура из карбоната кальция и органического вещества, состоящая из двух створок, соединенных связкой и покрытая перламутровым слоем, характерная для двустворчатых моллюсков. 

Рисунок 2. Внешнее строение раковины.

Голова подвергается редукции (отсутствует), имеется туловище и килевидная нога, которая может высовываться из раковины между створок. Беззубка ведет малоподвижный образ жизни, перемещается по дну водоема со скоростью 20-30 см/час.

Полость тела моллюсков представлена сильно редуцированной вторичной полостью (целом) и остатками первичной полости (паренхима между внутренними органами).

Мантия - наружная складка кожи, покрывает тело моллюска. Между ее складками образуется мантийная полость, ее края плотно прилежат друг к другу. В области ноги могут раздвигаться, за счет чего нога высовывается между створок. На заднем конце тела моллюска имеются два отверстия - вводной и выводной сифоны, образованные в результате неполного смыкания складок мантии.

Через вводной сифон (жаберный) вода втягивается в мантийную полость вместе с органическими остатками животных и растений, мелкими водными организмами - планктоном. Пищевые частицы оседают в мантийной полости и служат пищей для моллюска. Беззубки являются хорошими фильтраторами, очищающими водоем от взвешенных частиц.

Через выводной сифон (клоачный) ток воды покидает мантийную полость моллюска и выходит во внешнюю среду. Ток воды через сифоны и мантийную полость важен не только для питания, но и для других важнейших процессов - дыхания, размножение.

Закрытое состояние створок раковины требует сокращения мышц-замыкателей - аддукторов (от лат. adducere - приводить). Открываются створки за счет упругого лигамента пассивно - мышцы-замыкатели при этом расслабляются.

1. 3. Роль Беззубок в экосистеме.

Когда мы говорим о речных обитателях, на ум обычно приходят рыбы, водоросли, может быть, даже бобры. Но есть в реках и другие, менее заметные, но от этого не менее важные жители – беззубки. Эти двустворчатые моллюски, внешне напоминающие обычные ракушки, играют куда более значимую роль в экосистеме реки, чем кажется на первый взгляд. Давайте разберемся, почему беззубки – это не просто "камушки" на дне, а настоящие трудяги, без которых реке пришлось бы гораздо хуже.

Пожалуй, самая известная и важная функция беззубок – это их способность фильтровать воду. Каждая беззубка, как маленький насос, постоянно прокачивает через себя воду, отфильтровывая из нее мельчайшие частицы: планктон, детрит (мертвые органические остатки), бактерии и даже некоторые загрязнители. Представьте себе, одна взрослая беззубка может профильтровать до нескольких десятков литров воды в сутки! А если таких беззубок на дне реки тысячи, то их коллективная работа становится колоссальной.

Благодаря беззубкам вода в реке становится чище и прозрачнее. По сути, беззубки – это живые очистные сооружения, работающие без перерыва и без затрат для человека. Беззубки питаются органическими частицами, которые находятся в воде. Это могут быть остатки растений, мертвые микроорганизмы, продукты жизнедеятельности других животных. Таким образом, они выполняют роль утилизаторов, перерабатывая органические "отходы" и возвращая питательные вещества в круговорот.

1. 4. Роль Беззубок в хозяйственной деятельности.

На протяжении 20-го и 21-го веков их роль в хозяйственной деятельности человека претерпела значительные изменения, превратившись из незначительного фактора в ценный ресурс с разнообразными применениями.

В рамках проектов по восстановлению водных экосистем, беззубок целенаправленно заселяют в очищенные водоемы. Их способность фильтровать воду и обогащать донные отложения питательными веществами способствует восстановлению биоразнообразия и улучшению качества воды.

Несмотря на растущую ценность беззубок, их популяции сталкиваются с серьезными угрозами, такими как загрязнение водоемов, изменение климата, инвазивные виды и чрезмерный вылов. Поэтому в 21 веке все больше внимания уделяется вопросам их сохранения и устойчивого использования.

Роль беззубок в хозяйственной деятельности человека прошла путь от незначительного объекта до многогранного ресурса. В 20 веке они служили источником сырья для промышленности, а в 21 веке их значение расширилось до биоиндикации, биотехнологий, медицины и экологического туризма. Понимание и сохранение этих скромных моллюсков становится все более важным для устойчивого развития и благополучия нашей планеты.

Глава 2. Экологический мониторинг состояния популяции беззубок и анализ условий их обитания в затоне "Зелёный остров".

Наше исследование было сосредоточено на изучении Беззубки обыкновенной в живописном затоне Зеленый остров, расположенном на реке Иртыш в Омской области. В ходе работы мы применяли базовое оборудование, а именно термометр для измерения температуры воды и сантиметр для определения размеров моллюсков.

2.1. Характеристика района исследования и методы сбора материала.

В этом году моллюски беззубки сильно увеличились в популяции.

Когда я гулял по затону я заметил, что на берегу и в воде много этих моллюсков, это может быть связано с тем, что зима была теплая и температура воды выше чем обычно, а ещё что река Иртыш становится чище.

Для того, чтобы выяснить сколько этих моллюсков приходится на 1 квадратный метр. Известно то что беззубки живут в 5 метрах от берега, чаще всего на пляжах с песчаным илистым дном при температуре 20-29°C.

Чтобы оценить общее количество беззубок в затоне, мы провели ряд измерений. Для этого мы выделили участки площадью один квадратный метр и тщательно подсчитали, сколько ракушек-беззубок находится на каждом из них. В среднем, на каждом таком участке мы обнаружили от трех до четырех особей. Этот процесс был повторен пять раз, чтобы получить более точные данные.

После сбора информации с этих пробных участков, мы смогли экстраполировать полученные результаты на всю площадь затона. Наши расчеты показали, что общее число беззубок в затоне составляет приблизительно 31 088 особей.

Как показали исследования многих ученых, беззубки предпочитают обитать в мягком грунте. Мы провели собственные наблюдения в затоне и установили, что глубина рыхлого грунта там достигает 32 сантиметров. На основании этого мы можем заключить, что дно затона представляет собой благоприятную среду для жизни моллюсков беззубок.

Грунт служит для беззубок отличной защитой от хищников, таких как рыбы, птицы и другие беспозвоночные. Зарывшись в дно, они становятся практически невидимыми и недоступными. Кроме того, грунт обеспечивает им стабильную температуру и влажность, что особенно важно в условиях меняющейся окружающей среды. Грунт, особенно богатый органикой, является для них настоящим "шведским столом". В грунте беззубки также откладывают свои яйца. Это обеспечивает им защиту от течений и хищников, а также создает благоприятные условия для развития личинок. Несмотря на то, что беззубки зарываются в грунт, они все равно нуждаются в кислороде. Для этого они вытягивают свои сифоны (трубчатые выросты) на поверхность грунта, через которые поступает вода с растворенным кислородом.
Беззубки не всеядны в выборе грунта. Они имеют свои предпочтения, которые обусловлены их образом жизни и потребностями. Это идеальный вариант для беззубокмягкий, илистый грунт. Мягкий ил позволяет им легко зарываться и передвигаться, не затрачивая много энергии. Кроме того, илистый грунт обычно богат органическими веществами, которые являются основной пищей для беззубок. Песчано-илистыйгрунт также подходит для беззубок, но он может быть немного сложнее для передвижения, чем чистый ил. Однако, если в нем достаточно органики, беззубки будут чувствовать себя комфортно. Небольшое количество глины в грунте может быть полезно, так как глина хорошо удерживает органические вещества и создает более стабильную среду. Беззубки предпочитают места с умеренным течением, так как оно приносит им свежую воду с пищей и кислородом. Слишком сильное течение может вымывать их из грунта, а слишком слабое – приводить к застою воды и недостатку кислорода. Грунт с достаточным количеством органики - это, пожалуй, самый важный фактор. Беззубки – фильтраторы, и им нужна пища. Грунт, богатый детритом, водорослями и другими микроорганизмами, является для них идеальным.

2.2. Анализ размерно-возрастной структуры и численности популяции.

В ходе наших наблюдений выяснилось, что среди беззубок, обитающих в доступном грунте затона, преобладают особи в возрасте особи в возрасте 2-8 лет размером от 2 до 12 сантиметров. Возраст этих моллюсков мы определяем, изучая годовые кольца роста на их раковинах.

Подобно тому, как деревья наращивают годичные кольца, беззубки тоже оставляют на своих раковинах следы своего роста. Эти кольца образуются из-за того, что моллюск растет неравномерно. В теплое время года, когда пищи много и условия благоприятны, беззубка растет быстрее, и на раковине появляется более широкая и светлая полоска. Зимой же, когда активность снижается, рост замедляется, и образуется более узкая и темная полоска.

Таким образом, каждая пара "светлая + темная" полоска на раковине – это один год жизни беззубки. Чтобы определить возраст, ученые просто считают эти кольца. Иногда для лучшей видимости и точности подсчета используют специальные приборы, например, микроскопы. Беззубки – настоящие долгожители среди пресноводных моллюсков! Продолжительность их жизни может сильно варьироваться в зависимости от вида и условий обитания, но в среднем они живут довольно долго. Большинство видов беззубок живут от 5 до 15 лет. Однако некоторые крупные виды, особенно в благоприятных условиях, могут доживать до 20-30 лет и даже больше. Есть сведения о беззубках, возраст которых достигал 50 лет.

2.3. Оценка абиотических условий обитания.

Как и любому живому существу, нужна определенная температура, чтобы чувствовать себя комфортно и хорошо питаться. Так вот, летом в Иртыше, в районе затона Зеленый остров, вода была как раз такой, как нужно беззубкам. Сначала было прохладнее так как в начале лета температура воды колебалась от 13 до 20 градусов выше нуля. Это еще не самый пик, но уже вполне терпимо. А вот с середины лета вода прогрелась до 21- 27 градусов. Это как раз тот самый "золотой стандарт" для беззубок. В такой теплой воде им было хорошо и уютно. Самое интересное, что именно в этой теплой воде (21-25 градусов) появляется больше всего крошечных организмов – микроорганизмов, которыми беззубки питаются. Получается, что летом в Иртыше у Зеленого острова для беззубок сложились идеальные условия: и тепло, и много еды.

2.4. Расчет биофильтрационного потенциала исследуемой популяции.

Опираясь на научные данные, согласно которым одна беззубка способна фильтровать около 40 литров воды в час, мы провели дальнейшие вычисления. Это позволило нам определить, что одна особь в течение суток фильтрует примерно 960 литров воды.

Исходя из этого, мы смогли рассчитать общий объем воды, который фильтруется всеми беззубками, обитающими в затоне Зеленого острова, за один день. Эта впечатляющая цифра составила около 8 953 344 литров. За 100 тёплых дней 895 334 400 литров воды.

ВЫВОДЫ

В ходе проведенного исследования популяции беззубок в затоне «Зеленый остров» реки Иртыш были получены следующие результаты:

1. Выявлена значительная численность беззубок, достигшая в текущем году 31 088 особей. Популяция является устойчивой и жизнеспособной, о чем свидетельствует размерно-возрастная структура: преобладают особи в возрасте от 2 до 8 лет с размерами раковин от 2 до 12 см.

2. Математический расчет показал колоссальную значимость данной популяции для акватории. Суммарный объем воды, фильтруемый моллюсками затона, составляет около 8 953 344 литров в сутки. За летний сезон (100 дней) этот показатель достигает практически 900 миллионов литров (895 334 400 л).

3. В ходе наших наблюдений выяснилось, что среди беззубок, обитающих в доступном грунте затона, преобладают особи в возрасте 2-8 лет размером от 2 до 12 сантиметров. Возраст этих моллюсков мы определяем, изучая годовые кольца роста на их раковинах.

4. Установлено, что условия в затоне являются оптимальными для жизнедеятельности двустворчатых моллюсков. Песчано-илистый характер дна с глубиной рыхлого субстрата до 32 см и благоприятный температурный режим в летний период (13–25 °C) способствуют активному росту и размножению популяции.

Столь высокая численность беззубок выступает мощным фактором поддержания экологического гомеостаза затона «Зеленый остров». Работая как естественная фильтрационная станция, популяция моллюсков значительно улучшает качество воды Иртыша, снижая содержание взвешенных частиц и органики. Таким образом, сохранение условий обитания данной популяции является необходимым условием для поддержания экологического благополучия исследуемого водоема.

Список литературы и интернет-источников

1. Алимов А.Ф. Функциональная экология пресноводных двустворчатых моллюсков. JL: Наука, 1981. 248 с.

2. Властов Б. В. Unionidae (перловицы) p. Оки (Башреспублика): Опыт научно-промыслового исследования // Бюллетень МОИП (отделение биологии). 1932. № 3-4. С. 195-234.

3. Жадин В. И. Семейство Unionidae. М.; Л., 1938. 3. Жадин В. И. Моллюски пресных и солоноватых вод СССР. М.; Л., 1952.

4. Затравкин М. Н. Unio kaimykorum в реке Оке и система рода Unio Европейской части СССР // Зоол. журн. 1983. Т. 62. №10. С. 1577-1580.

5. Кодолова О. П. Сравнительный анализ моллюсков семейства Unionidae Европейской части СССР по системам миогенов и морфологии раковин: Автореф. канд. дис. М., 1977. 22 с.

6. Кодолова О. П., Логвиненко Б, М. Сравнение разных популяций двустворчатых моллюсков Unio pictorum и U. tumidus (Un ion idae) по системам миогенов и морфологии раковин //Зоол. журн. 1973. Т. 52. № 7. С. 988-999.

7. Корнюшин А. В. О видовом составе пресноводных двустворчатых моллюсков Украины и стратегии их охраны // Вестник зоологии, 2002, т. 36, №1. С. 9-23.

8. Корнюшт А. В. О видовом составе пресноводных двустворчатых моллюсков Украины и стратегии их охраны // Вестник зоологии. 2002. Т. 36. № 1. С. 9-23.

9. Рижинашвили А. Л'., Орлова М. И. Использование морфометрических дистанций в систематике рода Dreissena van Beneden, 1835 (Bivalvia: Dreissenidae) // Ruthenica. 2005. T. 14. № 2. C. 161-168.

10. Скарлато О. А., Старобогатов Я. Я., Антонов П. И. Морфология раковины и макроанатомия // Методы изучения двустворчатых моллюсков. Л., 1990. С. 4-31.