VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экология питания обыкновенной полевки (Microtus arvalis) в степных экосистемах Тувы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность. Все живые организмы составляют единую, взаимосвязанную систему. Они подчиняются определенным законам природы, нарушение которых ведет порой к необратимым явлениям. Пищевая цепочка – это один из примеров связей между организмами. Она имеет очень сложное строение и объединяет представителей многих видов растительного и животного мира. Каждая цепь питания животных и других организмов подразделяется на несколько уровней, которые также называют трофическими или пищевыми. Как правило, первый уровень составляют представители растительного мира, то есть зеленые растения, грибы и водоросли. Далее следуют животные, которые питаются растительной пищей. Следующий трофический уровень составляют плотоядные животные. Они питаются растительноядными представителями фауны.
Трофические связи – основа функциональной структуры и всей деятельности биогеоценоза. Они определяют гомеостаз сообщества и влияют на его эволюцию. Именно по пищевым показателям можно оценивать объем выполняемой гетеротрофами «биоценотической работы». В настоящее время большое значение приобретают исследования экологии видов, выяснения механизмов функционирования популяции с целью управления ими. Изучив экологию вида, можно найти механизмы, регулирующие численность популяции этого вида, и тем самым косвенно влиять на популяцию, или хотя бы спрогнозировать ее поведение в определенных условиях.
В степных экосистемах Тувы обыкновенная полевка принадлежит к доминирующим видам и является одним из видов биоценоза. С учетом актуальности данной темы в области экологии, мы решили провести исследование по изучению характера питания серой полевки.
Объектом исследования послужила полевка серая.
Предмет исследования – выявление экологии ее питания в процессе изучения состава экскрементов.
Целью исследования является изучение экологии питания обыкновенной полевки в степной экосистеме Тувы. В связи с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
Изучение литературы по теме исследования;
Описать основные виды растений в местах обитания полевки и составить эталоны идентификации;
Собрать экскременты у нор;
Изготовить микроскопические препараты;
Изучить состав пищевых фрагментов.
Практическое значение. Количественные показатели потребления пищи в экосистеме отражают биогеоценотическую роль грызунов – важных степных фитофагов-консументов. Следовательно, результаты исследования дают полезный материал для выяснения роли полевки в круговороте веществ и энергии в степи. В свою очередь, полёвки приносят ощутимую пользу, являясь важным звеном в цепи питания. Без них многие животные: лисы, куницы, совы, хищные птицы, кошки остались бы без еды.
Район исследования. Республика Тыва находится в центре Азиатского материка, на юго-восточной части Сибири. Столица Республики – город Кызыл. Исследование проводилось на юго-западной стороне города Кызыла, в районе верхней трассы, вблизи Студенческого городка в степной экосистеме [Прил.1] .
Методика исследования. Изучение состава экскрементов полевки было проведено по методике Пшеницыной Л.Б. [9], [Прил.2].
Сначала мы составили список доминирующих растений на месте обитания полевки, затем собирали свежие экземпляры этих растений, снимали кожицу с листа или стебля и изучали под микроскопом, таким образом, составляли эталоны для идентификации состава экскрементов.
Изготовление микроскопических препаратов. Каждый препарат изготовляется из содержимого экскремента. Экскременты полевки довольно крупные, размером 4-5 мм. Поэтому мы их сначала слегка измельчали на фарфоровой ступке. Затем для мацерации (размягчение, разъединения растительных клеток) и просветления экскременты в течение 2-3 мин кипятили в 10% растворе KOH. После промывки водой временные препараты изучали под микроскопом [Прил.3].
Определение состава рационов. В каждом микропрепарате из содержимого экскрементов оценивают обилие растительных остатков отдельных видов по следующей шкале [Пшеницына, 1993]:
1-10% - примесь фрагментов вида ко всему содержимому препарата;
10-40% - небольшое количество фрагментов вида в препарате;
40-80% - большое количество фрагментов в препарате;
80-100% - подавляющее большинство остатков в препарате относится к данному виду растений.
Обзор литературы. В настоящее время многие ученые занимаются изучением мышевидных грызунов, что является очень важным, так как грызуны вредят не только сельскому хозяйству, но и являются переносчиками инфекционных заболеваний. Велика роль грызунов в круговороте веществ и энергии. Варшавский А.А. исследовал пищевую специализацию и их связь с размерами тела, особенности кормовой базы и физиологии питания мышевидных грызунов.
Н.В. Башенина опубликовала более ста научных работ, посвященных грызунам [2]. Она изучала физиологию, экологию и проблемы адаптации мышевидных грызунов.
В.М.Малыгиным было проведено сравнительное морфологическое исследование полевок обыкновенных[7]. Он попытался проанализировать возрастную, половую и географическую изменчивость этих животных.
Жигарев И.А. исследовал влияние рекреации на население, размножение и смертность мышевидных грызунов. Изучал поведение и взаимоотношения грызунов в сообществе [5]. Высокая плодовитость (до 5 пометов в год при 3-12 детенышах в каждом) обусловливает способность грызунов давать резкие вспышки численности, сопровождающиеся массовыми расселениями.
Исследователи отмечают высокую миграцию зверьков в зависимости от кормовых условий, разнообразный пищевой рацион.
Систематикаобыкновенной полевки:
Царство Животные
Тип Хордовые
Класс млекопитающие
Отряд Грызуны
Семейство Хомяковые
Род Полевки
Вид Полевка обыкновенная
Результаты исследования. Внешний вид обыкновенной полевки. Полевки очень напоминают мышей или крыс [Рис 1], однако имеют более тупую форму мордочки и маленькие закругленные ушки, относятся к семейству Хомяков.
Длина тела 7-8 см. Длина хвоста до 10 см. Окраска тела темно-серая, брюшная сторона - белая. В степной экосистеме полевки вынуждены рыть глубокие норы, чтобы уйти от вредного влияния больших колебаний температуры. Норки небольшие, диаметром 8-9 см. На грунте обнаружены были следы ног около 1,5 см.
Рис 1. Полевка обыкновенная Рис 2. Нора полевки
Описание растительного покрова. В степях Тувы преобладают представители семейства злаковых Stipa Krylovii, Stip pennata, Pоа Stepposa, Agropyron cristatum и другие [Рис.3-13]. Также сплошные ковровые покрытия образует Аrtemisia frigida- полынь холодный [Рис.10]. Следовательно, ассоциация – злаково-полынная. Из разнотравья обильны – лапчатка бесстебельная [Рис.12], хвойник односемянный [Рис.13], астрагал эспарцетовый [Рис.10], астрагал камнеломковый [Рис.11] и другие.
Рис.3.Agropyron cristatum – Рис.4.Stipa Krylovii – Рис.5.Stipa pennata –
Житняк гребенчатый Ковыль Крылова Ковыль перистый
Рис.6. Poa steposa – Рис.7. Koeleria cristata -
М
ятликстепнойТонконоггребенчатый
Рис.8. Аrtemisia tanacetifolia - Рис.9. Аrtemisia frigida –Полыньхолодная
Полыньмноголистная
Рис.10. Astragalus onobrychis - Рис.11. Astragalus rupifragus –
АстрагалэспарцетовыйАстрагалкамнеломковый
Рис.12.Potentilla alba –ЛапчаткабесстебельнаяРис.13. Ephedra monosperma –
Хвойник односемянный
Содержание растений в экскрементах полевки. В экскрементах полевки наибольшее количество составляют не полностью переваренные злаковые растения. Во фрагменте можно было различить клетки злаковых растений до 60% [Рис.14] . Все остальные травянистые растения составляют 10-15%. В приготовленных препаратах мы постоянно обнаруживали трудноразличимые темные пятна от 5 до 10%. Предполагаем, что это могут быть части насекомых и их личинок или фрагменты прошлогоднего опада. Полевки иногда питаются плодами эфедры.
Рис.14. Содержание фрагментов растений в экскрементах полевки
Описание состава приготовленных из экскрементов препаратов. Мы с экрана электронного микроскопа фотографировали клетки эпидермиса растений и сравнивали с эталонами определения. В ходе исследования под электронным цифровым микроскопом мы видели разные формы клеток эпидермиса растений и устьичного аппарата. На рисунке 15 показаны клетки хвойника односемянного. У него клетки более крупные с пигментами хлорофилла. Кроме того во фрагменте присутствует красный цвет. Мы предполагаем, что это пигмент – ксантофилл, который обнаружен у плодов этого растения. На рисунке 16 – кожица листа лапчатки бесстебельной, она имеет амебовидную форму клеток. Лук стареющий отличается веретеновидными устьичными клетками [Рис.17].
На рисунке 18 четко видны устьичные клетки полыни холодной. Клетки кожицы у злаковых растений – вытянутые и почти такой же овальной формы устьичный аппарат [Рис.19]. У бобовых довольно крупные устьичные клетки [Рис.20]. Большинство рассмотренных фрагментов в составе экскрементов соответствовали эталонам определения.
Из литературы [6] мы знаем, что в связи с питанием грубой растительной пищей кишечный тракт грызунов довольно длинный. Все виды имеют слепую кишку, в которой пища, в частности, перерабатывается путём брожения. Несмотря на то, что в кишечнике обитают десятки и сотни известных видов микроорганизмов, в экскрементах были обнаружены целые фрагменты растений, особенно злаковых, что и позволило нам установить, что предпочитают полевки в своем пищевом рационе
Рис.15.Клетки хвойника и плода
Рис.16. Клетки кожицы листьев лапчатки бесстебельной
Рис.17. К летки лука стареющего
Рис. 18. Устьичные клетки полыни
Рис.19. Клетки эпидермиса злаковых растений
Рис.20. Клетки бобовых растений
Выводы. В ходе исследования нами был изучен растительный покров местности, выделены доминирующие виды растений. Нами было подготовлено и изучено около 30 микропрепаратов с экскрементами полевки серой.Пищевой рацион полевки характеризуется, прежде всего, массовым потреблением растений, произрастающих на местах обитания. Встречаемость злаковых растений в экскрементах зверьков довольно велика до 60%. К важнейшим кормам полевки также относятся и другие виды травянистых растений до 15%. Не исключено потребление насекомых. Являясь консументом 1 порядка, полевка серая разрушает органическое вещество, тем самым участвует в круговороте веществ в степной экосистеме.
Литература
1. Аракчаа Л.К., Курбатская С.С. Реки и озера Тувы. Экологические проблемы (учебное пособие). Кызыл, Изд-во ТывГУ, 1998. - 85 с.
2. Башенина, Н.В. Адаптивные особенности теплообмена мышевидных грызунов / Н.В. Башенина. - М.: Изд-во МГУ, 1977. - 296 с.
3.Варшавский А.А.Особенности внутренних цепей питания зеленоядных мышевидных грызунов: автореф. Дисс.канд.биол.наук - Москва, 2004 - 90 c.
4.Виноградов Б.С. Краткий определитель грызунов СССР – Л.: Наука, 1984
5. Жигарев, И.А. Антропогенные нарушения и взаимоотношения грызунов в сообществе / И.А. Жигарев. - М., 1990. - С. 32-42.
6. Кулюкина Н.М. Потребление кормов мышами и полевками: автореф.дисс.канд.биол.наук – Москва, 1975 – 70 с.
7.Малыгин, В.М. Систематика обыкновенных полевок - М.: Наука, 1983. - 206 с.
8. Новиков Г.А. Полевые исследования по экологии наземных
Позвоночных – М.: Сов. наука, 1953 – 280 с.
9.Пшеницына Л.Б. Количественные методы исследования экологии насекомых. – Новосибирск, 1993 – 36 с.
Приложение 1
Район исследования
Юго-западная сторона города Кызыла, район верхней трассы вблизи Студенческого городка.
Злаково-полынная ассоциация.
Сроки выполнения исследования: август, сентябрь, октябрь 2018
Приложение 2
Сбор экскрементов у входа в норы полевки
Приложение 3
Приготовление микропрепаратов и изучение под микроскопом