XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование типов взаимоотношений муравьев-жнецов и карликовых мокриц в формикарии при различном пищевом рационе

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Волосова П.Ю. 1

---

1МБОУ СОШ №11 им.Г.М. Пясецкого г.Орла

Лаврова Т.Н. 1

---

1МБОУ СОШ №11 им.Г.М. Пясецкого г.Орла

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

В марте 2020 года я стала мирмикипером, завела в качестве домашних питомцев муравьев-жнецов Messor structor. Мой репортаж о жизни маленькой муравьиной колонии занял 1 место в региональном конкурсе «Экология глазами детей». Заканчивался репортаж планами на будущее, среди которых были: переселение в новый домик и подселение мирмекофильных насекомых. Время прошло, муравьиная семья выросла более чем в 10 раз, перебралась в просторный удобный формикарий, и я начала обдумывать подселение. Предстояла кропотливая работа по подготовке, ведь только безответственный кипер может просто закинуть одних насекомых в емкость к другим и смотреть что получится. Приходилось искать ответы на многие вопросы в специализированной литературе и на тематических форумах, и ответы были не всегда. Исследовательская и экспериментальная работа, которую я проделала, была оформлена в данный проект. Надеюсь, проект будет способствовать формированию экологической культуры в нашем обществе и популяризации мирмикиперства.

Актуальность.Во всем мире растет интерес к насекомым; энтомология, мирмекология бурно развиваются. Результаты многочисленных исследований обогащают науку, способствуют экологическому просвещению и дают мощный толчок к развитию мирмикиперства. Однако, многие аспекты жизнедеятельности муравьев, их совместного проживания с другими видами на сегодняшний день остаются недостаточно изученными. Наблюдение в полевых условиях за взаимоотношениями степных муравьев-жнецов и тропической белой мокрицы как хищника и нетипичной добычи затруднительно. В сложной замкнутой системе формикария не воспроизвести весь комплекс природных условий, но весьма удобно изучить влияние отдельных факторов на тип экологических связей и его изменение.

Гипотеза: изменение пищевого рациона муравьев Messor structor повлияет на тип взаимоотношений скарликовой белой мокрицой Trichorhinatomentosa.

Цель проекта заключается в изучении типов взаимоотношений муравьев Messor structor икарликовой белой мокрицы Trichorhinatomentosa в условиях формикария при различном пищевом рационе.

Задачи:

• изучение теоретического материала по теме;

• исследование поведенческих особенностей муравьев и мокриц;

• определение форм взаимодействия двух видов при обычном пищевом рационе и при уменьшении белковой составляющей корма;

• установление динамики взаимоотношений двух видом при изменении пищевого рациона;

• оценка значения и роли мокриц в мирмикиперстве.

Объекты исследования: Муравьи-жнецы Messor structor и Карликовая белая мокрица Trichorhinatomentosa.

Предмет исследования: взаимоотношения между двумя видами.

Новизна работы: в ходе экспериментального исследования совместно проживающих в искусственных условиях муравьев-жнецов и карликовых мокриц определены несколько типов их взаимоотношений в зависимости от фактора возможностей питания.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследования могут быть учтены начинающими мирмикиперами при подселении в колонию муравьев других насекомых, в частности мокриц.

Экологический риск при организации исследования представлял собой угнетение или полное исчезновение одного из видов.

Глава 1. Теоретические основы исследования.

1.1. Обзор литературы по теме исследования.

Современная отечественная наука о муравьях представлена именами крупнейших мирмекологов – Ж.И. Резниковой, А.А. Захарова, Г.Н. Длусского. В исследованиях деятельности муравьев традиционно рассматривается их хищничество, поведенческие стереотипы и способности к гибкому изменению поведения.

Теоретическая подготовка началось с личного сайта, выдающегося мирмеколога Жанны Ильиничны Резниковой, где размещены книги, статьи, лекции и видеосюжеты, посвященные различным научным направлениям: эволюционная этология, животные в социуме, межвидовые отношения, язык муравьев. Знакомство с исследовательскими трудами профессора Резниковой и Лаборатории поведенческой экологии сообществ ИСиЭЖ СО РАН значительно обогатили мои представления об особенностях изучения муравьиных семей, например, членов естественной семьи принято называть «дикими», а муравьев, появившихся из куколок в формикарии, - «наивными». Так же я узнала о характере «сложного поведения» муравьев, о гибкости и стереотипности поведения, о поведенческой последовательности, о проживании в муравейниках сообществ ногохвосток. Большинство работ были посвящены видам муравьев, обитающим на территории Новосибирского Академгородка. [5, 6, 7]

Во время теоретической подготовки мой интерес вызвало творчество великого энтомолога, яркого популяризатора науки Геннадия Михайловича Длусского. Его книги о жизни муравьев, изданные много десятилетий назад, до сих пор становятся настольными у мирмикиперов. Огромное значение имеют теории об организации муравьиной семьи и принципах коммуникации, о биоразнообразии муравьев степной зоны. [1]

В книгах Анатолия Александровича Захарова, энтомолога и ведущего в мире специалиста по экологии, удалось почерпнуть информацию о результатах наблюдений за жизнью муравьев, об особенностях опытов с насекомыми. Особое внимание в работах А.А. Захарова уделялось муравьям рода Formica. [2]

1.2. Опыт мирмикиперов по подселению мирмекофильных насекомых в формикарий к муравьям-жнецам.

За подробной информацией об особенностях содержания муравьев рода Messor и возможности подселения мирмекофильных насекомых в формикарий к муравьям-жнецам я обратилась к опытным мирмикиперам в специализированных интернет-сообществах «AntPlanet», «BlackAnt», «Antclub». Удалось собрать следующий теоретический материал:

• в муравейниках живут не только муравьи, там обитают и сожители, и паразиты, и "любители" муравьев, которых именно так и называют мирмекофилы.

• всех мирмекофилов условно можно разделить на полезных, нейтральных и вредных. Однако нельзя однозначно сказать о некоторых организмах, какую роль они выполняют.

• Желтоватые мирмекофильные щетинохвостки (Atelura formicaria) копаются в мусоре, объедают плесневые обрастания на стенках, но никогда не упустят возможность выпросить у муравьев пищу, если заметят кого-нибудь за трофаллаксисом.

• Баланс между полезной и вредной фауной в формикарии не поддерживается, и даже один несъеденный кусочек может дать начало целой вспышке развития плесени и патогенных организмов. Некоторые из гостей муравейника могут бороться с грибками и паразитами и их можно подселить в формикарий оздоравливать обстановку.

• Клещи-хищники, и в первую очередь, гипоаспис – это биологическое средство подавления паразитов. Клещ сражается с клещами, делая это на редкость продуктивно. При содержании муравьев, уязвимых к паразитам, обязательно нужно подселять к ним и "антиклещей".

• Мокрицы в природе охотно посещают "свалки отходов" в муравьиных гнездах, хозяева их не трогают, разрешая убирать мусор.  С ролью сборщиков мусора отлично справляются Trichorhina tomentosa - карликовые белые мокрицы. В уничтожении непригодного хитина им нет равных: мокрицы поглощают то, что муравьи усвоить не в состоянии. Едят они и плесень, а иногда, даже яйца клещей-паразитов. Мокрицы - одни из лучших чистильщиков формикариев.

• Субстратом для тропической мокрицы обычно является влажный кокосовый субстрат, который мокрицы могут поедать. Также поверх субстрата желательно разложить кору деревьев, листья, мох, и подобные декорации, которые они будут использовать в качестве укрытия.

• В домашних условиях сложно воссоздать весь комплекс взаимоотношений между муравьями и мирмекофилами, но можно заселить помощников-санитаров, позволяющих держать формикарий в чистоте. [9]

Необходимо отметить, что информация с форумов мирмикиперов носила теоретический рекомендательный характер, в подавляющем большинстве случаев отсутствовали фото, данные опытов или материалы, подтверждающие тезисы на практике.

Глава 2. Результаты исследования и их обсуждение.

2.1. Объекты и методика исследования.

О
бъекты исследования: 1) Муравьи-жнецы Messor structor – наиболее распространенный вид, используемый для формикариев мирмикиперами (рисунок 1).

Рисунок 1. Муравьи-жнецы Messor structor

Они неприхотливы в еде, просты в уходе. В целом жнецы спокойный род муравьев, но в домашних условиях с ростом колонии растет агрессивность и активность. Семьи моногинные, с развитым полиморфизмом особей. Питаются семенами (мак, клевер, амарант, горчица, рапс, просо), для производства яиц и кормления личинок требуется белковый корм. Для содержания нужен формикарий с градуированным (30-60%) увлажнением, температурный режим – 20-26°С, зимовка не требуется. [10]

2) Карликовая белая мокрица Trichorhinatomentosa- неофициально известная как карликовая белая изоподия, является видом мокриц семейства Platyarthridae (рисунок 2).

Рисунок 2. Карликовая белая мокрица Trichorhinatomentosa

Мирмикиперы считают мокрицу санитаром формикария, т.к. она поедает остатки еды, продукты жизнедеятельности муравьев, плесень и помогает бороться с паразитирующими клещами. Размножается партеногенетически, довольно медленно, вынашивая одного детеныша под панцирем. Для содержания требуется высокая влажность субстрата. [16]

Исследование проводилось в несколько этапов в искусственных условиях с использованием общенаучных эмпирических и теоретических методов. (Таблица 1)

Таблица 1. Этапы и методы исследования.

Для экспериментального исследования связей совместно проживающих насекомых используется современный формикарий – сооружение для содержания муравьев с поддержкой уровня влажности и температуры.

2.2. Подготовка формикария и семьи муравьев.

В исследовании участвовала семья муравьев-жнецов численностью 500-600 особей, за которой я ухаживала и наблюдала 3 года. Муравьи получали корм в виде ассорти семян и личинок мучного хрущака (личинки до 15мм, не придавленные), в семье всегда был расплод яйца-личинки-куколки. Жнецы проявляли высокую активность, при защите были агрессивны. На этапе подготовки к подселению мокриц рацион был увеличен в 2 раза, чтобы:

1) накопились значительные запасы семян и проследить как в дальнейшем муравьи организуют хранение зерна при возросшей влажности арены;

2) обеспечить насыщение семьи белковым кормом и исключить нехватку белка в первые недели после подселения мокриц, а также увеличить количество муравьиных «объедков» на мусорке.

С
емья муравьев-жнецов проживает в акриловом формикарии с просторной ареной и четырьмя разделенными гипсовыми жилыми блоками (рисунок 3).

Рисунок 3.Фото формикария с 4 гипсовыми блоками и возможностью поддержания различного уровня влажности.

 Вентиляционные отверстия расположены на разном уровне, проточная вентиляция препятствует застою воздуха и образованию плесени. Формикарий располагается в комнате на полке, вдали от прямых солнечных лучей, источников постороннего шума и сквозняков, температурный режим 20-23°С. Для исследования система увлажнения была изменена: один блок усиленно увлажнялся до 80%, на противоположной стороне два блока просушивались, чтобы компенсировать изменения влажности арены и обеспечить комфортное пространство для хранения семян и выращивания личинок. [10]

Длительное время не производилась уборка муравьиной мусорки, там накопились отходы для питания мокриц (рисунок 4).

Рисунок 4. Фото муравьиной мусорки с правой стенки формикария до подселения.

П
одготовка формикария и семьи заняла 4 недели (рисунок 5).

Рисунок 5. Фото арены перед подселением мокриц.

Муравьи к началу исследования были в хорошей форме, собрали дополнительные запасы семян, в меру активно охотились на личинок хрущака, накопили отходов, контролировали влажность на арене при помощи ватки в поилке.

В этот же период в специализированном магазине мной были заказаны карликовые тропические мокрицы (рисунок 6).

Рисунок 6. Карликовые тропические мокрицы в контейнере с субстратом.

Не все из заказанных мокриц перенесли зимнюю дорогу из другого города. В течение нескольких дней мокрицы находились дома в контейнере для адаптации к температурному режиму. К исследованию были подготовлены около 30 особей.

2.3. Заселение мокриц и наблюдение за взаимоотношениями муравьев и мокриц при обычном рационе кормления муравьев.

На данном этапе карликовые тропические мокрицы вместе с субстратом, мхом и дубовыми листьями помещены на арену формикария в угол, где располагалась муравьиная мусорка. Уровень влажности на арене повысился до 80%, в субстрате поддерживалась максимальная влажность. Для питания мокриц дополнительно добавлены слайсы моркови. Питание муравьев осуществлялось в обычном режиме (семена + 1 личинка мучного хрущака в день). Наблюдение за поведением муравьев и мокриц выявило следующие особенности:

• М
  уравьи активно исследуют поверхность кучи мха и листьев на предмет наличия там семян, проникать вглубь субстрата не стремятся, интереса к мокрицам не проявляют (рисунок 7).

Рисунок 7. Муравьи активно исследуют новый объект на арене.

• Муравьи залепили влажную ватку в поилке частичками субстрата в попытке регулировать влажность на арене, перенесли в другое место арены дополнительный склад запасов семян (основной склад остался на прежнем месте, внутри декоративного грота).

• Мокрицы большую часть времени проводят в глубине субстрата, поедают отходы жизнедеятельности муравьев.

Таким образом, взаимоотношения муравьев и мокриц характеризуется таким видом сожительства, при котором каждый получает выгоду, но может жить и развиваться отдельно от своего партнера, что называется протокооперацией. [8]

2.4. Наблюдение за взаимоотношениями муравьев и мокриц при изменении рациона кормления муравьев.

Через четыре недели после подселения мокриц начался следующий этап эксперимента: муравьям не выдавались личинки мучного хрущака. Данный вид белкового корма необходим для роста семьи (производство яиц королевой и питание личинок муравьев). Наблюдение за взаимоотношениями муравьев и мокриц показало следующее:

• Мокрицы не покидают сильно увлажненные зоны субстрата, поедают отходы.

• Муравьи активизировали свою деятельность по фуражировке, растащили по арене мох, покрывающий субстрат, прокопали в субстрате ходы и стали охотиться там (рисунок 8).

Рисунок 8. Активизация муравьев по исследованию субстрата.

• В ближайшем к субстрату жилом блоке, наиболее увлажненном, муравьи начали прогрызать гипс в тех местах, где между гипсовой вставкой и стенкой формикария образовывались зазоры (рисунок 9).

Рисунок 9. Муравьи прогрызают гипс.

Такие зазоры достигают 1-2 мм, и мокрицы имели бы возможность заползать в них, но муравьи им такого шанса спрятаться не дали. Примечательно, что до начала эксперимента мои жнецы никогда гипс не грызли, все зазоры, щели (в том числе в крышке гигрометра) оперативно и стабильно плотно забивали мусором.

• Муравьи через несколько дней начали нападать на мокриц и поедать их, численность мокриц сократилась (рисунок 10).

Рисунок 10. График изменения корма, количества мокриц и расплода.

Из графика видно, что при уменьшении возможностей питания белковым кормом, муравьи адаптировали свое поведение, начали охотиться на мокриц, при этом количество расплода в семье оставалось на прежнем уровне. Показателем благополучия муравьиной семьи могут являться численность популяции или количество расплода. Так как численность муравьев посчитать затруднительно, в силу их постоянного движения, основным критерием благополучия семьи муравьев считали количество расплода. Количество мокриц могло измениться и по другим причинам, но визуально наблюдалось реальное поедание муравьями. Такой способ питания, при котором муравьи ловят и поедают мокриц, определяется как хищничество. [3,10]

2.5. Динамика взаимоотношений муравьев и мокриц при изменении пищевого рациона.

В результате наблюдений были получены сравнительные данные о взаимоотношениях муравьев и мокриц в зависимости от пищевого рациона муравьев.

При обилии корма, прежде всего белкового, муравьи ведут обычную жизнь, не проявляют агрессии по отношению к мокрицам. Мокрицы для муравьев в этом случае выступают помощниками, санитарами, которые очищают формикарий от отходов жизнедеятельности. Для мокриц сожительство с муравьями также приносит пользу, т.к. они обеспечены кормом в виде отходов продуктов. Таким образом, между муравьями и мокрицами складываются взаимовыгодные (симбиотические) отношения.

Степень развития взаимовыгодного сожительства на данном этапе исследования сводится к необязательным контактам. Факультативные взаимоотношения муравьев и мокриц характеризуется таким видом сожительства, при котором каждый получает выгоду, но может жить и развиваться отдельно от своего партнера, что называется протокооперацией.

При уменьшении возможностей питания белковым кормом муравьи адаптировали свое поведение, начали охотиться на мокриц и их количество уменьшается. Количество расплода муравьиной семьи остается стабильным. Такой способ питания, при котором муравьи ловят и поедают мокриц, определяется как хищничество. Муравьи-жнецы не обладают явно выраженными приспособлениями к активному хищничеству. Специфика их охотничьей деятельности складывается за счет условий проживания, кормового разнообразия и гибкости поведения. [4,9]

Выводы.

В рамках проекта мной были изучены биологические и экологические особенности муравьев Messor structor икарликовой белой мокрицы Trichorhinatomentosa и различные типы их взаимоотношений в условиях формикария. В результате исследования выдвинутая нами гипотеза подтвердилась: тип взаимоотношений между муравьями Messor structor икарликовой белой мокрицей Trichorhinatomentosa при изменении рациона питания муравьев – жнецов изменился с протокооперации на хищничество. Кроме того, был изучен теоретический материал о биотических связях, механизмах выстраивания взаимоотношений между организмами, о специфике совместного проживания муравьев и других насекомых.

Определены формы взаимодействия на различных этапах исследования:

• Мокрицы поедают шелуху от семян, отходы жизнедеятельности муравьев, при достаточном наличии белкового корма муравьи не проявляют интереса к мокрицам, тип отношений – протокооперация;

• При продолжительном отсутствии белкового корма муравьи начали поедать мокриц, тип отношений - хищничество.

Для начинающих мирмикиперов важен будет такой вывод: мокрицы в формикарии успешно справляются с очисткой от отходов, при необходимости могут стать источником белкового корма. Подселение карликовых мокриц в формикарий приносит большую пользу муравьям и рекомендовано ответственным киперам.

Заключение.

Любители понаблюдать за жизнью муравейника появились гораздо раньше официальной науки - ещё до нашей эры. Некоторые ранние мирмекологи считали муравьиное общество идеальной формой общества и стремились найти решение человеческих проблем, изучая их. Муравьи служат моделью для изучения вопросов эволюции социальных систем из-за их сложных и разнообразных форм социальной организации, в которой есть разделение труда, обучение, разведение грибов, тлей, рабовладение и социальный паразитизм. Их разнообразие и значимость в экосистемах также сделали муравьев важными компонентами в изучении биоразнообразия и сохранения природы. Я уверена, что мирмекология — это фундамент для постижения секретов окружающего мира.

Литература.

1. Длусский Г.М. Муравьи пустынь. М.: Наука. 1981.231 с.

2. Захаров А.А. Организация сообществ у муравьев. М.: Наука.1991.277 с.

3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Основы общей экологии: Учебное пособие. М.: Университетская книга, 2005.

4. Пантелеева С.Н., Данзанов Ж.А., Резникова Ж.И. 2010. Оценка сложности поведенческих стереотипов у муравьев на примере анализа охотничьего поведения Myrmica rubra (Hymenoptera, Formicidae). Зоологический журнал, 2010, том 89, N 12, с. 500-509.

5. Резникова Ж.И.  Маленькие труженики большой науки.  Природа, 2007,12. с. 25-34.

6. Резникова Ж.И., Пантелеева С.Н. Взаимодействие муравьев Myrmica rubra L. и ногохвосток (Collembola) как охотников и массовой добычи. Доклады Академии наук. Т. 380. №4. 567

7. Резникова Ж.И. Экология, этология, эволюция. Межвидовые отношения животных в 2 ч. Учебник для вузов. – Изд-во Юрайт, 2020.

8. Этологические аспекты симбиоза и хищничества у муравьев. Материалы Международной научной студенческой конференции. Новосибирск.

9. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. Учебник. М.: Дрофа, 2004. 416с.

10. https://ekolog.org/2021/07/08/kratkij-kurs-lekczij-po-disczipline-ekologiya/