VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Поведение бумажной осы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шварц М.С. 1

---

1МАОУ «Сылвенская средняя школа»

Реньжина С.В. 1

---

1МАОУ "Сылвенская средняя школа"

Работа в формате PDF

7.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Жизнь общественных насекомых - муравьёв, пчёл, ос, шмелей, термитов – всегда привлекала внимание людей. Эти удивительные существа обитают семьями, колониями, часто совсем не большими, но не редко насчитывающими тысячи и даже миллионы особей. Они сообща строят жилища, добывают корм, выращивают потомства, обороняются от врагов. Их гнезда не редко поражают воображение своей величиной и сложностью. Они умеют общаться друг с другом, передавая при этом сложную информацию, четко распределяют между собой общественные обязанности, управляют развитием молоди, поддерживают в своем жилище микроклимат. Осы имеют более широкий рацион питания: посещают цветки, питаются древесным соком, мякотью плодов, охотятся на насекомых и даже не брезгают падалью. Они встречаются с более разнообразными жизненными ситуациями, чем пчелы. Поведение ос гибче, в нем больше приобретенных в течение жизни навыков. Поэтому они «интеллектуальнее» по сравнению с пчелами. Нам стало интересно понаблюдать за осами в их естественных условиях.

Цель: изучение поведения бумажной осы и её биологических особенностей.

Задачи:

Изучить источники информации.

Выяснить биологические особенности бумажных ос.

Наблюдение за поведением ос в естественных условиях.

Провести химический анализ гнезда.

Объект исследования – бумажная оса, предмет исследования – биологические особенности и поведение.

Работа носит прикладной характер.

Методы: анализ, обобщение, сравнение.

1. Обзор литературы

1.1. История и эволюция

Эволюция позволила каждому виду насекомых по-своему приспособиться к изменяющимся условиям окружающей среды. Изменился не только внешний вид, но и поведение (коллективное поведение членистоногих). Это позволило животным совместно жить и обороняться, и сохранить свою жизнь и жизнь потомства. Сейчас животные одной колонии стали разделять между собой обязанности по уходу за потомством, поиску пищи, строительство гнезд[1;8].

Появилось разделение вида насекомого на касты, представители которых несут каждую свою функцию. Задача самки, после того как она построит отдельное гнездо, сводится к откладке яиц, а функцию заботы о ней и потомстве берут на себя осы [3].

Рабочие осы несколько раз в жизни меняют свою специализацию. Структура семьи ос, в отличие от одиночных насекомых, позволяет им прогрессивнее развиваться и сохранять большее количество приплода живым, что помогает в борьбе за существование.

Окраска у ос, говорит о ядовитости ее носителя, называется сигнализирующей. Но в мире насекомых многие научились эту окраску перенимать. Некоторые насекомые научились подражать осам. Это и уже известный нам жук стафалин великолепный, и муха-журчало - ее ярко-желтое брюшко с черными полосами, похоже на брюшко осы. Но стоит только мухе сесть на цветок, и сразу, же можно разглядеть голову мухи, которая выдает насекомого. Осы – во многом насекомое уникальные, начиная с образа своего питания и размножения, и заканчивая составом яда и способностями к самозащите. Все осы относятся к отряду перепончатокрылых, в который, входят пчелы, муравьи, шмели, наездники и пилильщики. Многолетние изучения представителей этого отряда привели большинство ученых-эволюционистов к выводу, что одна часть насекомых (к примеру, наездники и пилильщики) – это самостоятельные группы, развивающиеся параллельно, а другая (пчелы и муравьи) – это уже потомки древних ос. На определенном этапе эволюционирования у них развилась способность питаться и выкармливать свое потомство только нектаром цветов (что характерно для пчел), либо были утрачены крылья, а образ жизни стал наземным или древесным [4;7].

Осы – насекомые, среди которых практически в равной мере представлены как одиночно живущие, так и коллективные виды. Поэтому для биологов они являются очень удобными объектами для изучения перехода животных от одиночного независимого существования к простой колониальной жизни, а затем к общественному взаимодействию.

Ученые до сих пор не пришли к единому мнению относительно устойчивой и однозначной классификации ос. На сегодняшний день их разделяют на несколько семейств и групп, представители которых, в зависимости от новых проведенных исследований, иногда перемещаются из одной группы в другую.

Первый уровень такой классификации разделяет семейства ос на одиночно живущих насекомых и общественных. К одиночно живущим относятся следующие семейства ос: роющие, песочные, цветочные, дорожные, осы-немки, осы-блестянки, сколии, тифии [2;9].

К группе общественных насекомых относятся семейство Настоящие осы (сюда входят некоторые виды песочных ос). Отличным примером насекомых, проживающих семьей, служат, прежде всего, бумажные осы (приложение 1) [11] – именно с ними сталкиваются дачники чаще всего.

1.2.Анатомическое строение и биологические особенности бумажной осы

Надцарство: Eucaryota = Ядерные организмы, или Эукариоты

Царство: Animalia, Zoobiota = Животные

Подцарство: Eumetazoa = Настоящие многоклеточные животные

Раздел: Bilateria = Двусторонне-симметричные

Подраздел: Protostomia = Первичноротые

Надтип: Polymera = Многосегментные, полимерные

Тип: Arthropoda von Siebold et Stannius, 1845 = Членистоногие

Подтип: Tracheata = Трахейные

Класс: Insecta = Насекомые

Подкласс: Pterygota = Крылатые, высшие насекомые

Надотряд: Neoptera = Новокрылые

Отряд: Hymenoptera = Перепончатокрылые (насекомые)

Подотряд: Apocrita = Стебельчатобрюхие (перепончатокрылые)

Семейство: Vespidae = Осы настоящие [общественные, складчатокрылые]

Бумажная оса (Dolichovespula saxonia) [12].

Осы относятся к подотряду стебельчатобрюхих перепончатокрылых. Один только взгляд на строение осы позволяет понять, почему подотряд получил такое необычное название: между грудью и брюшком этого насекомого расположена узкая «талия», напоминающая у некоторых ос длинный тонкий стебелек.

Благодаря этой особенности осы могут без особого труда почти вдвое складывать своё тело и жалить свою жертву практически под любым углом – это позволяет им побеждать в схватках с другими, порой даже большими по размерам насекомыми.

Т ело осы подразделяется на три сегмента – голову, грудь и брюшко, и имеет прочный наружный хитиновый скелет. Голова осы очень подвижна и увенчана двумя усиками, выполняющими множество функций: они улавливают запахи и колебания воздуха, с помощью них насекомое может оценивать вкус жидкой пищи и измерять длину соты в гнезд [11].

Каждая оса наделена мощными челюстями – мандибулами (приложение 2) [11]. Они служат как для питания растительной пищей – мягкими фруктами, ягодами, цветами – так и для умерщвления добычи.

Скорость полета осы достаточно велика, но, однако, не является рекордной для насекомых в целом. Именно поэтому даже хорошо вооруженные полосатые хищники часто сами становятся жертвами – например, крупных хищных мух-ктырей и стрекоз. Что касается окраски, то и тут осы выделяются из всех прочих насекомых достойным разнообразием. Так, например, некоторые виды бумажных и цветочных ос обладают яркими контрастными черными и желтыми полосами и выглядят так, что их невозможно не узнать.

Другие же виды могут иметь совершенно иную окраску: от насыщенно черной до бирюзовой и фиолетовой. В любом случае цвет тела этих насекомых всегда хорошо узнаваем и позволяет им не стать, жертвой случайного нападения, отпугивая многих млекопитающих и птиц.

Примечательно, что тело большей части ос не имеет такого огромного количества волосков на теле, как, например, у пчел и шмелей. Связано это с тем, что последние две группы насекомых являются типичными опылителями, и волоски помогают им увеличивать эффективность сбора нектара на цветах. У ос же – в подавляющем большинстве – необходимости в таком покрове тела нет, только лишь некоторые паразитические виды имеют густое опушение, спасающее их от атак хозяев заражаемых гнезд.

Некоторые виды ос вовсе не имеют крыльев. Таковы, например, осы-немки, паразитирующие в гнездах своих бумажных «собратьев». При этом отсутствие крыльев не мешает им иметь жало и очень сильный яд.

У осы имеется пять глаз: два больших фасеточных, расположенных по бокам головы и обеспечивающих широкий угол зрения, и три маленьких глазка на лбу (приложение 3) [11]. Основные глаза имеют довольно сложное строение, и состоят из великого множества отдельных элементов, формирующих мозаичную картинку. Они фокусируются слабее, чем, например, у человека, но отлично фиксируют любые движения объектов в поле зрения.

Размеры ос варьируют в широких пределах. Так, например, гигантская сколия из Юго-Восточной Азии вырастает до 6 см в длину; азиатский гигантский шершень – около 5-5,5 см. Но большинство представителей имеют стандартные размеры. При этом обычно размеры тела соответствуют степени опасности насекомого.

Уникальной особенностью ос является характер их питания, который определяется жизненным циклом. В своем развитии эти насекомые претерпевают так называемый полный метаморфоз: личинка имеет толстое червеобразное тело и вовсе не похожа на изящное быстрое взрослое насекомое [5,6].

Личинка осы является хищником, питающимся только животной пищей, в то время как взрослые насекомые в большинстве своем обходятся нектаром цветов, сладкими сочными ягодами и плодами. В некоторых случаях отношение к пище доходит даже до крайности: так, у филантов, называемых ещё пчелиными волками, личинка физически не способна переваривать углеводы [10].

Для своих личинок осы добывают самый разнообразный белковый корм, всегда выбирая при этом наиболее лакомые на их взгляд кусочки. У общественных ос взрослые особи ловят других насекомых либо откусывают куски мяса от падали или портящейся рыбы, далее сами пережевывают эту пищу, смешивают со своими пищеварительными ферментами и только тогда кормят потомство полученной смесью.

Образ жизни. Их матка-основательница зимует в надежном укрытии (в дупле, под камнем или под корой), а весной начинает строить гнездо и откладывать в него первые яйца. Выводящиеся из этих яиц молодые насекомые берут на себя все дальнейшие заботы по строительству гнезда и добыче пищи, а задача матки сводится после этого лишь к расширению семьи [7].

Само гнездо общественные осы строят из кусочков молодой коры деревьев, тщательно пережеванной и скрепленной слюной. На выходе получается своеобразная бумага, которая и служит для этих насекомых единственным строительным материалом.

Все насекомые в гнезде – это стерильные самки. Только в конце лета матка начинает откладывать яйца, из которых выходят способные к продолжению рода самки и самцы. Эти молодые особи роятся, спариваются между собой, а потом навсегда покидают родительское гнездо[1].

Оплодотворенные самки вскоре находят себе на зиму убежища, как в свое время сделала их матка, а самцы погибают. В конце сезона гибнут и все рабочие особи вместе со старой самкой-основательницей. С приходом весны жизненный цикл ос начинается заново, и все повторяется по заданному природой сценарию.

2. Методика и условия проведения исследований

2.1 Характеристика района исследований

Поселок Сылва входит в состав Пермского района Пермской области, расположен на левом берегу реки Сылва, притоке реки Чусовой.

Климат: умеренно-континентальный. Линия среднегодовой температуры воздуха 1,5⁰ С проходит по южному краю района.

Зимой температура – до 38⁰ С, летом до + 35⁰ С. Мощный снежный покров как в районе до 60-80 см, который держится в среднем 175-186 дней. Большая часть осадков выпадает в теплое полугодие. Над сушей туманы преобладают в холодное время года. Грозы обычно наблюдаются летом и в конце весны. Преобладают ветра западные и юго-западные. Северные ветры наиболее часто отмечаются в июле, а наиболее редко в зимние месяцы.

Надпойменная терраса (пос. Сылва на 5-6 террасах) луговая, безлесная, практически плоская равнина, пересеченная оврагами, наклонена в сторону реки Сылва под углом 3-15⁰. Леса сведены человеком, большая часть превращена в пашни, пастбища. Оставшиеся леса имеют водоохранное значение. По склонам оврагов - это хвойные леса с примесью лиственных деревьев (липа, рябина, береза, осина). Есть искусственно созданное лесонасаждение – сосновый бор.

2.2 Описание места исследования (материалы) и методы исследования.

В начале ноября 2017 года было обнаружено пустое гнездо на даче (на крыше в более затемненном месте), которая находится на расстоянии 2 км в северо-западном направлении от поселка Сылва. Дача одноэтажная (См. приложение 4). Наблюдения велись с июня по сентябрь 2018 года.

Методы при исследовании ос: визуальный (наблюдение на даче) и лабораторный (химический анализ гнезда). Оборудование для исследования: гнездо, пробирки, держатель, фарфоровая чашка, стеклянная палочка, спиртовка, реактивы (раствор йода, сульфат меди, нашатырный спирт, уксусная кислота, серная кислота, азотная кислота), дневник и карандаш.

3 Результаты исследования

3. 1 Наблюдения за осой в летний период 2018 года.

Гнездо, за которым велось наблюдение, было обнаружено 5 июня 2018 и представляло собой серый шар, размером 20х20 под крышей в углу (приложение 5, 6). В нижней части гнезда было одно отверстие, вход в которое постоянно охраняли две-три осы, которые менялись в течение 5-10 минут. Бумажные осы имеют длину 2-3 см.

Поймали осу сачком посадили ее в цилиндрик, закрыли его пробкой. Насекомое начало ползать в цилиндрике при помощи своих сильных ног и шевелить усиками, ощупывая ими поверхность цилиндрика. Приблизившись к пробке, оса очень часто пускала в ход свои сильные верхние челюсти, снабженные зубцами; оставив насекомое в цилиндрике на 2 часа, мы обнаружили много нагрызенной пробки (осу выпустили).

Части тела осы были хорошо видны: прежде всего – большая голова с довольно длинными согнутыми коленом усиками, с большими глазами (по бокам головы) и ротовыми органами, из которых хорошо была видна верхние челюсти и менее ясно-нижние челюсти и нижняя губа. Верхние челюсти играют большую роль в жизни осы: ими она собирает материал для постройки гнезда (соскабливает кору деревьев), откусывает части плодов и иногда на половину их выдалбливает, оставляя лишь кожуру (например, у яблок), хватая добычу (различных насекомых, гусеницы) и защищается (может, например, больно укусить человека). Нижние челюсти служат для пережевывания пищи, а при помощи нижний губы оса слизывает нектар цветков или пчелиный мед.

Крылья оса держит сложенными в виде узкой полоски вдоль тела, причем верхние и нижние крылья прилегают друг к другу, так что кажется, что у осы имеется всего одна пара крыльев. Чтобы рассмотреть крылья, надо захватить насекомое за грудь пинцетом, другим же пинцетом захватить край сначала переднего крыла и раздвинуть его, а затем то же проделать с задним. Само брюшко прикреплено к грудному отделу посредством тонкого стебелька, и на нём хорошо видны отдельные членики. На заднем конце брюшка время от времени показывалась тонкая небольшая иголочка-жало (орган защиты), которое насекомое то выставляло наружу, то втягивало в брюшко, так что оно ставилось незаметным. У самцов жала нет, но имеются небольшие придатки в виде щипчиков.

Само по себе появление осы связано с выбором маткой или одиночной осой удачного места для образования гнезда. Причина, по которой осы выбирают то или иное строение может быть разной. Мы считаем, что осы выбрали угол на чердаке под крышей из-за того, что там редко появляется человек. На даче можно найти дополнительные источники пищи (остатки овощей, фруктов, мяса и др.) Одиночные осы появляются в доме, мы считаем, ввиду естественной миграции. Осы из этого улья предпочитают держаться вместе, вылетая для пополнения запасов пищи и материала для строительства улья. После появления ос на чердаке я заметила, что стало меньше мух и пауков.

Ещё я сделала интересное наблюдение, что осы никогда меня и моих родных не кусали, даже при приближении к гнезду. И становились агрессивными, если к нам на дачу приходили чужие люди. Было выяснено, что осы более активны при температуре от +12 до +26.

Наблюдая за осами, я заметила, что они к концу лета становятся более пассивными и более агрессивными (при приближении человека к гнезду). В середине сентября осы уже малоактивны. Улей извлекали в конце октября, от него исходил резкий запах прополиса. Сейчас запах стал меньше.

Осы по моим наблюдениям начинают летать около 9 часов утра в зависимости от погоды, заканчивали полёты к 10 вечера. В зависимости от погоды они вылетали раньше или позднее. Осы активны при благоприятных климатических условиях.

Таблица 3.1

Наблюдения за поведением ос (июнь-сентябрь 2018г).

По данным таблицы видно, что осы малоактивны при неблагоприятных климатических условиях: пасмурная погода, сильный ветер, дождь.

Я узнала из источников информации, что осы никогда не спят, хотя в темное время суток их активность существенно снижается. И я пронаблюдала за ними с 23.00 до 01.00 часов ночи. В это время они все были в гнезде, снаружи никого не было видно. Но был слышен шум на расстоянии 4 метров от гнезда. Это они пережевывали собранную за день пищу (возможно, кору).

В целом, осы выполняют важную роль в природе, в том числе и с точки зрения сельскохозяйственной деятельности человека, ведь они способны уничтожать большое количество вредных насекомых.

3.2 Химический анализ гнезда

Само гнездо общественные осы строят из кусочков молодой коры деревьев, тщательно пережеванной и скрепленной слюной. На выходе получается своеобразная бумага, которая и служит для этих насекомых единственным строительным материалом. Мы решили проверить, из чего состоит гнездо ос (См. таблицу 2; приложение 7).

Таблица 3.2. Химический анализ гнезда.

4. Выводы

1.Бумажные осы общественные насекомые, проживающие семьей.

2. Личинка осы является хищником, питающимся только животной пищей, в то время как взрослые насекомые обходятся нектаром цветов, сладкими сочными ягодами и плодами. После появления ос на чердаке мы заметили, что там стало меньше мух и пауков.

3.Осы из наблюдаемого гнезда предпочитают держаться вместе, вылетая для пополнения запасов пищи и материала для строительства улья.

4.Само гнездо общественные осы строят из кусочков молодой коры деревьев, тщательно пережеванной и скрепленной слюной. Проведя, химический анализ гнезда мы обнаружили в нём наличие целлюлозы, белка, глюкозы, воска.

5. Осы активны при благоприятных климатических условиях. В сентябре они малоактивны и становятся более агрессивными.

Практическое внедрение результатов исследований.

С результатами исследований были ознакомлены учителя, родители и учащиеся на школьной, конференции исследовательских работ, на уроках биологии, классных часах.

5. Список использованных источников.

1. Акимушкин И. Мир животных. Насекомые. Пауки. Домашние животные. – М.: Мысль, 1999. – 146-147с.

2. Жизнь животных. Беспозвоночные. В 6-ти томах Т.3. / Под ред. Л.А. Зенкевича // - М.: Просвещение, 1969. – 442-446с, 456 – 458с.

3. Кипятков В.Е. Поведение общественных насекомых. – М.: Знание, 1991. -64с. – (Новое в жизни, науке, технике. Серия биология, №2).

4. Курс зоологии. В 2-х томах Т.1. / Под ред. Б.С. Матвеева, П.В. Матекина / / - М.: Высшая школа, 1966. – 443-444с.

5. Мариковский П. Юному энтомологу. –М.: Дет. Лит., 1978.- 208с.

6. Мамаев Б. М., Бордукова Е. А.. Энтомология для учителя. – М.: Просвещение, 1985. –с.143.

7. Натали В.Ф. Зоология беспозвоночных. – М.: Просвещение, 1977. – 418-419с.

8. Фабр Ж. А. Инстинкт и нравы насекомых. В 2-х томах. Т.1. – М.: Терра, 1993. –с. 594.

9. Щербинский Н. Шестиногие враги и друзья. – М.: Просвещение, 1961. –с. 254.

10. Яхонтов А.А. Зоология для учителя. В 2-х томах. Т.1. – М.: Просвещение, 1968. – 272-272с.

Интернет-ресурсы.

11. http://klop911.ru/shershni-i-osy/osy/osy-interesnye-fakty.html

12. http://www.zooeco.com/sist1/s16576.htm

Приложение №1

Бумажная оса (http://klop911.ru/shershni-i-osy/osy/osy-interesnye-fakty.html)

Приложение 2

Каждая оса наделена мощными челюстями – мандибулами (http://klop911.ru/shershni-i-osy/osy/osy-interesnye-fakty.html).

Приложение 3

У осы имеется пять глаз: два больших фасеточных, расположенных по бокам головы и обеспечивающих широкий угол зрения, и три маленьких глазка на лбу(http://klop911.ru/shershni-i-osy/osy/osy-interesnye-fakty.html)..

Приложение 4

Дача (фото автор, ноябрь 2018г)

Приложение 5

Гнездо на чердаке (фото автора, июнь 2018 г).

Приложение 6

Размеры гнезда и сот. (Фото автора, ноябрь 2018 г)

Приложение 7.

Проведение опытов по определению химического состава гнезда бумажной осы (фото автора).