VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Жизнь в капле воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Перминова М.В. 1

---

1МАОУ СОШ №69

Чмаева Е.А. 1

---

1МАОУ Гимназия № 9

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение:

Наверняка все вы читали сказку «Сестрица Аленушка и братец Иванушка». И конечно же вы помните, как сестрица Аленушка говорила братцу Иванушке: «Не пей водицы из лужицы – козленочком станешь». Да и родители много раз говорили нам: «Пить воду из водоемов опасно для здоровья!»

Мне всегда казалось, что в чистой прозрачной воде нет никакой опасности. Ради эксперимента я набирала в баночку воды из разных водоемов: реки, озера, лужи. Но при самом внимательном разглядывании этой воды я ничего не увидела, даже когда использовала для этого лупу.

Однако, мама сказала мне, что даже в одной капле этой воды полно микроорганизмов. Что в ней существует целый мир, в котором кипит своя жизнь. Кто-то что-то ест, кто-то за кем-то охотится. Но чтобы их увидеть понадобится микроскоп. И тогда я всерьез задумалась о том, чтобы исследовать фантастический мир одной капли воды.

Итак, предметом моего исследования стала капля воды из различных источников.

Объектом моего исследования станут микроорганизмы, которые возможно живут в этой капле воды.

Гипотеза: если рассмотреть под микроскопом капли воды из разных источников, то в них, возможно, будут обнаружены микроорганизмы опасные для здоровья человека.

Конечная цель моего проекта – изучить жизнь в капле воды и ответить на главный вопрос, почему нельзя пить воду из непроверенных источников.

Задачи, которые я поставила перед собой:

Научиться делать забор проб воды из различных источников.

Научиться готовить микропрепараты для исследования под микроскопом.

Научиться работать с микроскопом.

Изучить препараты.

Изучить соответствующую литературу, чтобы понять, что же я увидела в микроскоп.

На основе этих знаний описать, что же я увидела в каждой капле воды.

Исходя из полученных данных сделать выводы о пригодности воды из разных источников для питья и умывания.

В работе использовались общие научные методы:

- наблюдения

- сравнения

- описательный метод

- метод анализа.

А также специальные биологические методы:

- метод подготовки микропрепаратов

- микроскопический метод

Глава 1: История создания, устройство и правила работы с микроскопом.

Я уже разобралась в том, что для того, чтобы что-то увидеть в капле воды, мне нужен микроскоп. Микроскоп – оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооруженным глазом.

История создания микроскопа.

Но кто же придумал это чудо – микроскоп?

В голландском городе Миддельбурге жил триста пятьдесят лет назад очковый мастер. Терпеливо шлифовал он стекла, делал очки и продавал их всем, кто в этом нуждается. Было у него двое детей – два мальчика. Они очень любили забираться в мастерскую отца и играть с его инструментами и стеклами, хотя это и было им запрещено. И вот однажды, когда отец куда-то отлучился, ребята пробрались по обыкновению к верстаку, - нет ли чего-нибудь новенького, чем можно позабавиться? На столе лежали стекла, приготовленные для очков, а в углу валялась короткая медная трубка: из нее мастер собирался вырезать кольца – оправу для очков. Ребята втиснули в концы трубки по очковому стеклу. Старший мальчик приставил к глазу трубку и посмотрел на страницу раскрытой книги, которая лежала здесь же на столе. К его удивлению, буквы стали огромными. В трубку посмотрел младший и закричал, пораженный: он увидел запятую, но какую запятую – она была похожа на толстого червяка! Ребята навели трубку на стеклянную пыль, оставшуюся после шлифовки стекол. И увидели не пыль, а кучу стеклянных зернышек. Трубка оказалась прямо волшебной: она сильно увеличивала все предметы. О своем открытии ребята рассказали отцу. Тот даже не стал бранить их: так он был удивлен необычайными свойствами трубки. Он попробовал сделать другую трубку с такими же стеклами, длинную и раздвижную. Новая трубка увеличивала еще лучше. Это и был первый микроскоп. Его случайно изобрел в 1590 году очковый мастер Захария Янсен, - вернее сказать, - его дети.

Конечно, с того времени микроскоп прошел огромный путь развития от простой трубки, в которую едва что-то можно было рассмотреть, до электронного устройства огромной мощности с большими увеличительными возможностями. [4]

В настоящее время существует множество микроскопов, они находят применение в разных сферах деятельности человека: медицине, промышленности, археологии, электронике и др.

Устройство микроскопа.

Существует два основных типа микроскопов – оптические (или световые) и электронные. Обычно дома или в школе можно увидеть световые микроскопы. Электронные микроскопы – это сложно устроенные и дорогие приборы, их используют в основном в науке, промышленности и медицине.

Если посмотреть на микроскоп в целом, то это всего лишь очень сильное увеличительное стекло. Увеличивает микроскоп с помощью нескольких линз, одна часть которых находится в окуляре, а другая – в объективе. Мощность линз всегда указана на их оправе. Для того чтобы узнать мощность микроскопа, необходимо перемножить цифры на объективе и окуляре.

Большинство световых микроскопов могут увеличивать изображение объектов от 50 до 1000 раз. Самые мощные дают увеличение в 2000 раз. Для домашней лаборатории вполне хватит максимального увеличения до 800 раз. Этими микроскопами легко пользоваться. [6]

Устройство светового микроскопа (Приложение 1. Рис.1):

Окуляр. Через него смотрят в световой микроскоп.

Тубус. Длинная полая трубка, в которой находится окуляр. Он может быть наклонным.

Объективы. На другом конце тубуса имеется вращающийся диск, на котором расположены объективы. У большинства микроскопов их три.

Предметный столик. Под объективом находится предметный столик. Как понятно из названия, это то самое место, куда необходимо помещать исследуемые объекты.

Конденсор. Под предметным столиком находится дополнительное фокусирующее устройство – конденсор. Помогает настроить количество поступающего света, что помогает улучшить четкость изображения.

Фокусирующий винт (винт настройки на резкость). С обеих сторон микроскопа есть два больших винта, они нужны для того, чтобы приближать или отдалять предмет от объектива, - так настраивается резкость.

Зеркало. Под предметным столиком находится зеркало. Через отверстие в предметном столике оно направляет на объект отраженный дневной или искусственный свет.

Штатив. Благодаря штативу все элементы микроскопа собираются в единую целостную систему.

В большинство микроскопов встроена лампочка, которая направляет необходимый поток света, так что не надо заботиться об освещении. Кроме того, есть бинокулярные микроскопы (с двумя окулярами), которые более удобны, чем монокулярные (с одним окуляром). К тому же бинокулярные микроскопы берегут наше зрение: глаза устают значительно меньше, поскольку нагрузка на низ распределяется равномерно.

Есть микроскопы, в предметные столики которых встроены два маленьких винта – это позволяет плавно передвигать предметный столик с объектом изучения, а не сдвигать его руками во время работы.

К микроскопу также может быть подсоединена камера и компьютер. Это даст возможность выводить изображение на экран монитора, делать фото и записывать видео.

Итак, мы выяснили, что микроскоп – это оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооруженным глазом.

Глава 2: Микроорганизмы.

Долгое время выделяли лишь два царства: растения и животные. Но по мере усовершенствования микроскопа ученые открывали все более мелкие микроорганизмы, такие как простейшие, бактерии и вирусы, что привело к созданию новых царств.

На сегодняшний день существует несколько подходов к систематизации живых организмов. В данной работе мы опирались на систематику, предложенную Элен Ражкак и Дамьеном Лавердан в книге «Живой мир под микроскопом». (Приложение 2. Рис. 2)

Ученые открыли целый ряд микроскопических существ, состоящих из одной клетки. Среди одноклеточных есть такие, чья клетка не содержит ядра, например бактерии, и такие, чья клетка содержит по меньшей мере одно ядро, - простейшие. [1]

Бактерии – одноклеточные живые существа размером около одного микрона (1мкм), то есть миллионной части метра. Это самые первые формы жизни, возникшие на Земле, которые образуют отдельное царство. Разнообразие бактерий огромно, и живут они абсолютно везде, даже внутри человеческого тела. Бактерии являются обильным источником пищи для многих микроскопических животных и занимают важное место в основании пищевой цепочки.

Изучив простейших, биологи пришли к выводу, что такие существа нельзя в полной мере отнести ни к растениям, ни к животным. Поэтому в классификации живых организмов было введено новое царство простейших (или протистов), которое вобрало в себя все водные организмы с очень разным строением и образом жизни. [5]

2.1. Царство простейших

Диатомеи – это микроскопические водоросли. Как и остальные растения, они используют энергию солнца для производства органических веществ, за счет которых растут и развиваются. Благодаря этому механизму – фотосинтезу – образуется и кислород, необходимый для жизни на Земле. Кроме того, диатомеи служат основной пищей для большинства представителей пресноводного зоопланктона, таких как остракоды или копеподы.

Эвглена – микроскопическое одноклеточное зеленого цвета, которое передвигается в воде благодаря длинному извивающемуся «хвостику» - жгутику. Это простейшее примечательно своей способностью в зависимости от обстоятельств переходить с одного типа питания на другой. На свету оно ведет себя как растение, производя питательные вещества путем фотосинтеза, а в темноте и при обилии органической пищи – как животное, поглощая готовую органику извне.

Амебы – это простейшие, которые имеют мягкое тело способное менять форму, выпуская отростки – ложноножки, напоминающие щупальца. Чтобы захватить добычу, амебы окружают своими подвижными ложноножками бактерий и диатомей, так что те оказываются внутри них и перевариваются. Размножаясь, амеба делится на две части, каждая из которых получает половину ядра и становится самостоятельной амебой. Передвигаются амебы так же выпуская свои ложноножки.

Инфузории являются одноклеточными, но, в отличие от амеб, имеют рот и покрыты ресничками. Большинство инфузорий питаются, проглатывая мельчайшие водоросли, бактерии, грибы. Перемещаются при помощи согласованной работы множества ресничек. Форма инфузорий весьма разнообразна. [7]

Инфузория-туфелька. Тело этой инфузории напоминает форму туфли: передний конец тупой, а задний заострен.

Инфузория сувойка.

2.2. Царство растений.

Во всех водоемах нашей планеты живут разнообразные растительные организмы – водоросли. У них нет корней, листьев, цветков. Они являются пищей для животных и выделяют кислород. [2]

Зеленые водоросли обитают в самых верхних слоях воды или аквариумах. Формы зеленых водорослей очень разнообразны: от одноклеточных до сложных слоевищных. Мы часто видим их в лужах, озерах, реках, когда цветет вода, это говорит о том, что в воде размножились в огромном количестве одноклеточные зеленые водоросли. Они бывают и нитчатыми. Самые изветсные зеленые водоросли – это одноклеточная хламидоманада (или хлорелла), а также нитчатые зеленые водоросли – улотрикс и спирогира.

Также вид нитей из соединенных вместе отдельных клеток имеют синезеленые водоросли. Некоторые виды этих организмов, размножаясь в огромных количествах, вызывают «цветение воды». Используя кислород и выделяя в воду ядовитые вещества вызывают гибель рыб, а питье такой воды может вызвать серьезное отравление.

Ученые проверяют воду озер и рек на загрязненность при помощи микроскопа. Численность и видовой состав водорослей, особенно синезеленых, - важный показатель загрязненность воды.

2.3. Царство животных.

Кладоцеры, или ветвистоусые рачки, - крохотные ракообразные с прозрачным панцирем и особым способом плавания, благодаря которому из прозвали «водяными блохами». Они резко подбрасывают себя вверх взмахом длинных ветвистых антенн, а затем медленно опускаются, продвигаясь вперед короткими скачками. Самые распространенные кладоцеры в европейских водоемах – это дафнии.

Остракода. Иногда в лужах видны облачка бурых точек. Это остракоды – мелкие ракообразные, похожие на ракушки. На первый взгляд напоминают микроскопические мидии. На самом деле его защищает не раковина , как у моллюска, а собственный панцирь в виде двух створок. Когда эти створки приоткрываются , из них высовываются антенны и ножки рачка, благодаря которым он плавает и ползает. Омтрпкоды служат пищей многим рыбам и личинкам насекомых.

Коловратка. В прудах и озерах, а также в обычных лужах обитает множество разных коловраток. Некоторые из них, например Brachionus, подвижны и способны плавать, а другие, такие как Pilodina, принадлежат к сидячим видам, которые прикрепляются к водорослям или камням. Название «коловратка» связано с наличием у них коловращательного аппарата – двух венчиков ресничек на голове, которые двигаются в противоположные стороны. Благодаря этому возникает ток воды, приносящий пищу прямо к ротовому отверстию коловратки. Коловратки способны переходить к латентному существованию. Почувствовав, что влага иссякает, они сокращаются, втягивая головную часть и единственную ногу и выделяя вокруг себя защитную оболочку перед тем, как впасть в анабиоз. Когда же условия жизни становятся лучше, животное выходит из спячки.

Гастротрихи, или брюхоресничные черви. Эти крохотные, но очень прожорливые существа все время держат рот открытым, чтобы проглотить как можно больше корма. А питаются они диатомеями и другими одноклеточными водорослями. Гастротрихи лишены зрения и обнаруживают пищу с помощью чувствительных ресничек вокруг рта. [3]

Таким образом, в воде обитают множество самых разнообразных микроорганизмов, представители различных царств живых организмов.

Глава 3: Практическая часть.

После ознакомления с теорией и поверхностного изучения микроскопа был сделан вывод, что без специалиста, который помог бы мне в реализации проекта, не обойтись. И тогда, мы обратились за помощью к Шахматову Андрею Сергеевичу, магистру биологических наук, лаборанту кафедры биоразнообразия и биоэкологии УрФУ. Он любезно согласился и даже устроил мне экскурсию по факультету биологии Института естественных наук и математики (Приложение 3. Рис. 3). Его квалифицированная помощь очень помогла в работе. Он объяснил, что пробы необходимо брать в чистую посуду для того, чтобы не привнести в образцы посторонние микроорганизмы. Делать это надо было соблюдая необходимые меры предосторожности, чтобы просто не свалиться в водоем во время забора материала.

Пробы брались из нескольких мест (Приложение 3. Рис. 4):

Озеро Боевское (граница Свердловской и Челябинской областей).

Болото Малый Шарташ.

Пруд в парке усадьбы Харитонова-Расторгуева.

Лужа в парке Дворца Молодежи.

Старый аквариум

Вода из под цветов.

Фильтрованная вода.

Далее изготавливались препараты из этих проб, пригодные для исследования под микроскопом (Приложение 3. Рис 5). Методика изготовления препарата такова:

Берем предметное стекло. С помощью пипетки наносим на него каплю воды из пробы. Если есть сгусток грязи, разравниваем его препаровальными иглами, удаляем мелкие камушки. Накрываем покровным стеклом. Избыток воды по краям покровного стекла удаляем при помощи фильтровальной бумаги.

Затем началась подготовка к работе с микроскопом, который папа и мама подарили мне на 1 сентября.

Для работы необходимо подготовить: предметное и покровное стекла, пипетка, пинцет, препаровальная игла, образцы для изучения.

Чтобы успешно работать с микроскопом, необходимо соблюдать порядок работы:

1. Подготовить препарат.

2. Включить свет.

3. Поместить препарат в препаратоводитель на предметном столике так, чтобы луч света просвечивал его.

4. Смотря в микроскоп, при помощи макровинта настроить резкость изображения. Микровинтом провести окончательную корректировку, пока не появится четкое изображение предмета.

5. Рассматривая на малом увеличении (х4), найти место, где образец является наиболее интересным.

6. Поставить большее увеличение (х10; х40) объектива и рассмотреть препарат. Четкость изображения настраивается микровинтом.

7. После просмотра убрать препарат. Микроскоп поставить малым объективом вниз, выключить свет.

Микроскоп – хрупкий и дорогой прибор: работать с ним надо аккуратно, строго следуя правилам. И тут на помощь мне снова пришел мой научный руководитель.

Образцы воды, взятые нами в различных источниках уже при просмотре невооружённым глазом различались между собой: некоторые пробы имели тёмный цвет из-за взвешенного в них ила; в некоторых вода была окрашена в буроватый цвет, в то время, как другие казались на первый взгляд довольно чистыми.

Мы разделили наши образцы на две группы: в первую попали пробы из водоёмов под открытым небом, а во вторую – из аквариумов, цветочной вазы и из водопровода. Было принято решение изучить их при помощи светового микроскопа.

Что же мы обнаружили, когда просмотрели наши образцы из первой группы под световым микроскопом? А то, что почти во всех пробах было множество микроорганизмов и различных включений, не видимых глазу.

В болотной воде из Малого Шарташа мы обнаружили множество гниющих останков растений, представленных пустыми оболочками клеток и бесформенной бурой массой. Среди этих останков встречались в больших количествах микроскопические грибы, покрытые кремниевым панцирем одноклеточные диатомовые водоросли рода Синедра, шарообразные одноклеточные зелёные водоросли рода Хлорелла, а также ядовитые сине-зелёные водоросли рода Осциллятория. Помимо этого, многочисленна была пыльца сосны, попавшая в воду от росших по берегам болота деревьев (Приложение 4. Рис. 6).

В озере Боевском микроскопических животных и растений было примерно поровну: нам встретились дафнии, принадлежащие к семейству Ракообразных, копошащиеся в илу круглые черви, эвгленовая водоросль Эвглена зелёная и сине-зелёная водоросль Глеокапса (Приложение 4. Рис. 7).

В пруду парка усадьбы Харитонова-Расторгуева мы увидели, помимо множества ила и гниющих растительных остатков, обилие зелёных водорослей рода Анкистродесмус, нитчатую зелёную водоросль Кладофору, диатомовую водоросль Кокконеис, остатки мхов, а также водного клеща, относящегося к отряду Паукообразных (Приложение 4. Рис.8).

В луже мы обнаружили только грибной мицелий. А вода в реке Исеть микроорганизмов не содержала (Приложение 4. Рис. 9).

Во второй группе, микроорганизмами оказались богаты два обследованных аквариума и вода в цветочной вазе.

В первом аквариуме, населённом рыбками, нами были обнаружены прикреплённые к грунту инфузории-сувойки, многочисленные свободноплавающие инфузории, амёбы-солнечники, а также яйца круглых червей. Из водорослей нам встретилась уже известные нам Кладофора и Эвглена зелёная, а также зелёная водоросль Клебсормидиум.

Второй аквариум, содержавший многолетнюю культуру элодеи, удивил нас обилием крупных кольчатых малощетинковых червей, активно поглощавших разлагающиеся останки растений (Приложение 5. Рис. 10).

В воде из-под цветов, помутневшей, возможно, из-за развившихся там бактерий встретились свободноплавающие инфузории (Приложение 5. Рис. 11).

В воде из-под крана микроорганизмов мы не нашли.

Закончив изучение проб из выбранных нами источников, мы можем сделать следующие выводы:

Практически во всех источниках воды, как природных, так и искусственных, нами были обнаружены микроорганизмы, часть из которых непосредственной угрозы для человека не представляет (инфузории, диатомовые и зелёные водоросли), тогда как другие либо являются переносчиками различных заболеваний (водяные клещи, кольчатые и круглые черви), либо могут быть ядовиты для человека (грибы и сине-зелёные водоросли). Этот факт свидетельствует о непригодности воды из обследованных источников для питья и умывания.

Кроме того, нельзя забывать, что даже визуально чистая вода, как, например, в пробах из водопровода и реки Исеть, может содержать в себе вредные химические вещества и трудно различимые или совершенно невидимые даже в световой микроскоп вирусы и бактерии. Поэтому использовать такую воду можно только после фильтрации и кипячения.

Исходя из вышесказанного, чтобы обезопасить себя и других, не навредить природе, мы хотим сформулировать правила безопасного употребления воды:

1. Не пить и не использовать без предварительной обработки для умывания воду из источников, не предназначенных для этого, например, из луж, озёр, прудов и даже из-под крана.

2. Купаться только там, где это официально разрешено, потому что такие водоёмы признаны специалистами безопасными.

3. Относиться бережно к чистой воде, не бросать в неё мусор, поскольку загрязнение может привести к развитию бактерий и болезнетворных микроорганизмов.

4. После прогулок и контакта с грязной водой тщательно мыть руки с антибактериальным мылом.

5. Питьевую воду всегда хранить в чистой, закрытой прозрачной посуде, чтобы препятствовать попаданию грязи и микроорганизмов.

Заключение:

Итак, в результате исследований и проведенных экспериментов удалось достичь главной цели проекта: я начала изучать жизнь в капле воды и ответила на главный вопрос: Можно ли ее пить без угрозы для здоровья.

В результате этой работы я научилась:

- правильно делать забор проб воды из различных источников

- готовить микропрепараты для исследования под микроскопом

- познакомилась с устройством микроскопа и научилась с ним работать

- я изучила подготовленные мною препараты под микроскопом

- изучила соответствующую литературу, чтобы разобраться в том, что же я, все таки увидела

Я была поражена какой фантастический мир скрывается в капле воды и поняла, что смогла познакомиться лишь с маленькой его частью. Поэтому я приняла для себя решение следующим летом, когда установится теплая погода и в воде забурлит новая жизнь, которая угасла с наступлением холодов, я смогу продолжить свои исследования и результатами моих экспериментов обязательно поделюсь с вами.

Список литературы:

Вайткене Л.Д. Биология. – М.: Издательство АСТ, 2017 г. – 128 с.

Гуревич А.А. Пресноводные водоросли. Определитель. - М.: Просвещение, 1966 г. -112 с.

Козлов М.А., Олигер И.М. Школьный атлас-определитель беспозвоночных. – М.: Просвещение, 1991 г. – 207 с.

Мазур О.Ч. Удивительный микроскоп: иллюстрированный путеводитель. – М.: Эксмо, 2018 г. – 96 с.

Ражкак Э, Лавердан Д. Живой мир под микроскопом/ Пер. с фр. А.Васильевой – М.: Манн, Иванов и Фербер, 2018 г. – 31 с.

Роджерс К. Микромир/ Пер. с англ. А.И. Кима – М.: РОСМЭН, 2018. – 48 с.

Энциклопедия в дополнительной реальности «Микромир»/ сост. и пер. с англ. К. Антонова – Т.: Издательство Дэвар Медиа, 2018 г. – 48 с.