VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Видовое разнообразие пауков г. Сочи
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Фауна пауков России не поддаётся зоогеографической характеристике, так как мало изучена. В 1937 году в аранеофауне России насчитывалось чуть более 1000 видов. По данным Д. Е. Харитонова 39% видов не встречаются за пределами России [1]. На настоящий момент пауки изучены достаточно слабо, самый полный определитель пауков был подготовлен в 1971 году В. П. Тыщенко [2]. В последние годы интенсивность исследований уменьшилась, что, на мой взгляд, связано с отсутствием определителей, справочников и каталогов с новыми видами. Определитель В. П. Тыщенко не соответствует современным научным данным, многие семейства были раздроблены, часть из видов относится к другим семействам. Для молодых арахнологов это серьезная проблема. Другая сложность в том, что научные статьи по арахнологии не сведены в единый каталог, что добавляет сложности при определении видов. При поиске материалов для исследования я познакомился с работами учеников В. П. Тыщенко – Ю.М. Марусика и Д.В. Логунова, которые являются «лучом света» в арахнологии.
В детстве я обожал пауков, педагогам предлагал вместо подарка, мне казалось, что они очень ценны и интересны. В девять лет по пути домой я влез лицом в паутину, где было много мелких пауков. После этого у меня появилась арахнофобия. Данную исследовательскую работу я делал, преодолевая свою фобию и неприятие. Я предположил, что на территории г. Сочи проживают около 100 видов пауков, не считая незарегистрированных.
Одной из самых больших сложностей в работе является определение пауков. Некоторые виды настолько маленькие, что их не представляется возможным рассмотреть даже под лупой. Для их определения нужны специальные приборы, чтобы пауки при этом оставались живы.
В сентябре 2018 года я начал свое исследование на базе творческого объединения «Юный исследователь» МБУ ДО ЦДО «Хоста» г. Сочи.
Цель исследования – изучить виды пауков, проживающих на территории п. Хоста г. Сочи, и свойства паутины.
Для достижения цели я поставил перед собой следующие задачи:
Понаблюдать за пауками в естественной среде обитания, определить их видовую принадлежность;
Изучить свойства паутины, провести с ней эксперименты.
1.1 Систематика и анатомия пауков
Арахна или Арахнея в древнегреческой мифологии – это дочь красильщика Идмона из лидийского города Колофон она была искусной ткачихой. Возгордившись своим мастерством, она заявила, что превзошла в ткачестве саму Афину, считавшуюся покровительницей этого ремесла. Когда Арахна решила вызвать богиню на состязание, Афина дала шанс одуматься. Под видом Старухи Афина пришла к мастерице и стала отговаривать её от безрассудного поступка, но Арахна настояла на своём. Состязание состоялось: Афина выткала на полотне сцену своей победы над Посейдоном. Арахна изобразила сцены из похождения Зевса. Афина признала мастерство соперницы, но возмутилась вольнодумством сюжета и она уничтожила творение Арахны. Афина ударила Арахну в лоб челноком из киторского бука. Несчастная Арахна не перенесла позор, она свила верёвку и повесилась. Афина освободила Арахну из петли и сказала ей: «Живи, непокорная». Но ты будешь вечно висеть и вечно ткать, и будет длиться это наказание и в твоём потомстве [3].
Именно благодаря этой легенде пауки получили название своего отряда. Отряд пауки относится к классу паукообразных, типу членистоногих, царству животных. Отряд Пауки включает в себя два подотряда: Mesothelae, включающие всего одно семейство членистобрюхих пауков; Opisthothelae, включающий два отряда, аранеоморфных и мигаломорфных пауков [4].
По данным Всемирного каталога пауков на дату 8.08.17 отряд Araneae делится на 37 надсемейств, 112 семейств, 4057 родов и 46806 видов [5].
Пауки – очень древние членистоногие. Плотная внешняя оболочка тельца содержит углевод хитин – вещество, характеризующее тип членистоногих.
Ученые считают, что они появились в Палеозойскую эру в Каменноугольный период. Это примерно 2-2,5 млрд. лет назад [4].
Тело паукообразных состоит из двух отделов: головогрудь и брюшко. От головогруди отходят конечности:
1) хелицеры - ротовые выросты — могут иметь дополнительные наросты — коготки, могут сочетаться с железами, выделяющими яд;
2) педипальпы — вторая пара конечностей, располагаются прямо за хелицерами, с их помощью паучок захватывает жертву и переворачивает ее, это вспомогательные ротовые конечности;
3) четыре пары ходильных ног.
Внутреннее строение паукообразных представлено на рисунке 1 в приложении (Рис. 1, Приложение 1). Дыхание осуществляется с помощью легочных мешков и трахей, которые имеют выход наружу на брюшке в виде специальных дыхательных отверстий.
Кровеносная система незамкнутая — сердце — мышечный мешок, который качает кровь в сосуды. У паукообразных пищеварение внешнее, т.е. в организм пища поступает уже полупереваренная. Последовательность следующая: ротовой аппарат → пищевод → желудок → задняя кишка. Клоака — конечная часть задней кишки, орган выделения и вывод половых протоков. Также органом выделения являются мальпигиевы сосуды.
Нервная система представлена подглоточным нервным узлом, «мозгом» и нервами.
Органы осязания: волоски на теле, на ногах, практически на всем тел паукообразных, есть органы обоняния и вкуса, глаза
Глаза не фасеточные, как у многих членистоногих, а простые, но их несколько штук — от 2 до 12 штук. При этом пауки близоруки — вдаль они не видят, но зато большое количество глаз обеспечивает обзор 360 °.
Пауки раздельнополы; самка явно крупнее самца. Откладывают яйца, но так же много живородящих видов [3].
1.2 Химический состав паутины, ее особенности
Уникальная способность выделяющегося раствора застывать объясняется структурными компонентами.
В состав жидкости содержится большая концентрация белка, содержащая следующие аминокислоты: глицин, аланин, серин.
Четвертичная структура белка при выталкивании из протока изменяется таким образом, что в результате формируются нити. Из нитевидных образований впоследствии получаются некие волокна, прочность которых
в 4 – 10 раз прочнее человеческого волоса.
в 1,5 – 6 раз прочнее стальных сплавов.
Паутина, или как ее еще называют паучий шелк, материал с удивительными свойствами. Ее прочность поражает, паутина всего 1 мм2 сечения выдерживает 260 кг веса. Паутина прочнее и легче стали. Но это еще не предел. Немецкие ученые нашли способ увеличить прочность паутины еще больше, путем внедрения ионов металла в белковую структуру. Прочность увеличилась в 10 раз. Это открытие обещает повлечь за собой прорыв в разработке сверхпрочного текстиля, хирургических нитей, а также корпусов летательных аппаратов [6].
Ряд авторов пишут о перспективности использования паутины для производства противоожоговых повязок и перевязочного материала. Паутина обладает кровоостанавливающим действием и ускоряет заживление поврежденной кожи. Хирурги и трансплантологи могли бы использовать ее в качестве материала для наложения швов и укрепления имплантатов, а также как каркас-основу для выращивания искусственных органов. Например, если пропитать раствором стволовых клеток сетчатый каркас из паутины, они быстро приживутся на нём, к клеткам протянутся сосуды и нервы. Сама же паутина со временем бесследно рассосется [7]. Мне это применение паутины показалось фантастическим.
1.3 Ядовитые виды пауков г. Сочи
Каракурт
Ядовитые пауки города Сочи обитают в засушливых местах, живут в норах под землей и ловчих сетей не строят. Ведут себя без агрессии по отношению к человеку, но укусить всё же могут, защищая собственную жизнь или территорию. Большинство нападений каракуртов происходит по неосторожности, когда человек не замечает хищника в обуви, вещах или на поляне.
После укуса паука появляется боль, припухлость, покраснение, отек. Через 15 минут ухудшается общее самочувствие появляется рвота, боль в животе, голове, тремор, мышечные спазмы, трудности с дыханием, повышение артериального давления, учащается пульс. При неоказании медицинской помощи происходит остановка сердца или же человек умирает от удушья. Размер самки вместе с размахом ног доходит до 2 см, самцы значительно мельче. Наиболее активные молодые особи. Ноги, головогрудь черного цвета, на брюшке красные пятна – 13 штук. По мере взросления расцветка меняется, становится более равномерной по всему телу.
Сак
Имеет и другие названия – желтый, хейракантиум. Ядовитые пауки Сочи, Краснодарского края живут в засушливых местах, строят норы в земле. Охотятся активно ночью. Быстро бегают, нападают на жертву, превышающую по размерам в несколько раз и очень часто, одерживают победу.
Паук-волк
Самые крупные пауки Кубани. Родственник каракурта, но не настолько ядовит. Укус провоцирует местную аллергическую реакцию, редко вызывает ухудшение самочувствия. Окрас пепельный, коричневый. Тело покрыто густыми ворсинками. Самки достигают размеров 4 см, самцы вполовину меньше. Паук-волк не плетет ловчих сетей, охотится активно. Жертвами становятся насекомые, их личинки, земноводные, мелкие грызуны. В поисках добычи осваивает новые территории, заползает во владения человека. В доме свое присутствие ничем не выдает, прячется по углам, за мебелью, шкафчиках с посудой, обуви, вещах.
Ложная черная вдова
Яд черной вдовы по силе действия превышает яд гремучей змеи. Один из самых опасных пауков на планете. На территории Краснодарского края обитает сородич – ложная черная вдова. Внешне отличается от смертельно-опасного сородича более светлым окрасом. Характерный узор в виде песочных часов не красный, а розовый. Относится к семейству каракуртов. Размер самок вместе с размахом ног доходит до 4 см, самцы вполовину меньше. Ведут ночной образ жизни, плетут прочные ловчие сети.
Ложная черная вдова не кусает, если ее не трогать. Спокойно сидит в центре самотканного полотна, выжидает жертву. Однако часто путешествует по окрестности, выбирая злачные места. В ходе странствования может заползти в вещи туриста, обувь отдыхающих, дом, квартиру.
Черных вдов часто держат в качестве домашнего питомца. Их угольно-черный блестящий окрас, плавные движения привлекают взгляд, заставляют любоваться экзотическим существом. В искусственно созданных условиях вдова живет около 10 лет, в естественной среде – едва доживает до года [8].
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Методика проведения исследования
В период с сентября 2018 года я стал фотографировать и собирать пауков для изучения. Отлов пауков осуществляли методом ручного сбора [9]. Пауки помещались в специальные стаканы, где крышкой служит лупа. Затем виды определялись с помощью определителя и описывались.
Для доказательства того, что паутина в своем составе содержит белки, не имеющие ароматических групп провели две качественные реакции: биуретовую и ксантопротеиновую.
Опыт 1. Биуретовая рекция
Взял два вида паутины, поместил их в пробирки и добавил один мл воды. Затем добавил 0,5 мл 10% раствора гидроксида натрия. А затем по каплям добавлял раствор сульфата меди до появления фиолетовой окраски. Сравнил окрашивание паутины.
Опыт 2. Ксантопротеиновая реакция
К раствору объемом 1 мл прилил 5 капель концентрированной азотной кислоты. А затем добавил 0,5 мл щелочи. Если в белке есть ароматические кислоты, то выпадает осадок оранжевого цвета. Наблюдал за изменениями, в ходе выполнения опыта пробирка сильно нагрелась, что свидетельствует о прохождении химической реакции.
Видовой состав пауков п. Хоста
Всего было собрано 30 видов пауков, на данный момент определить из них смогли только 14: ложная черная вдова, микромата зеленая, аргиопа брюнниха, нигма валкенаерия, коричневая вдова, тарантул лучистый, тегенерия полевая, черный домовой паук, парастеапода тепличная и др. Есть виды, у которых яркие внешние признаки, но определить, используя имеющиеся в наличии определители не удается. Все виды фотографировались и представлены в приложении (Приложение 1).
Аргиопа брюнниха – представитель большого семейства кругопрядов. Как видно из рисунка 2 приложения 1 его паутина действительно представляет собой колесо. По форме ноги длинные и тонкие. Первая и вторая пара, как и третья с четвертой сильно сближены, поэтому паук похож на букву Х. Спинной рисунок брюшка, напоминает рисунок осы. Головогрудь серебристая. Ноги светлые с черными кольцами. Очень ярко выражен половой диморфизм. Самцы й этого вида светло бежевые с черными полосами. Из описаний мы сделали вывод, что наш экземпляр самка. Ее было достаточно сложно четко сфотографировать, она не сидела долго на одном месте, а потом вообще спряталась от меня вглубь куста.
Описание ложной черной вдовы уже есть в моей работе в теоретической части, данный подвид называется стеадода пайкулиння.
Нигму валкенаерия мы обнаружили обоих полов, у этого вида выражен половой диморфизм. Самец по размерам два раза меньше самки. Представленное в приложении изображение самца было сделано под лупой.
Микромата зеленая относится к семейству спарассид. Ярко зеленая окраска брюшка характеризует обнаруженную нами особь как самку. У самца на брюшке 2 красных полосы. Этот вид пауков не строит паутину, а просто поджидает свою добычу в траве.
Коричневая вдова обитала у нас в центре на окне, где мы ее очень часто видели, наблюдали за тем, как она плетет паутину и ловит добычу. Очень активный паук.
Остальные пауки были пойманы нами на территории рядом с центром, а домового паука нам принес один из родителей. Две особи, одну из них мы определили как самца, а вторую как самка.
Парастеатода тепличная родом из теплых стран, свое распространение вид получил благодаря людям. Ловчая сеть крупноячеистая, беспорядочная, я бы даже сказал хаотичная. Цвет нашей особи словно выцветший, что допускается в определителях.
Ксантопротеиновая реакция отрицательная, биуретовая положительная.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Моя исследовательская работа связана с моей фобией – пауками. Каждый день исследования для меня преодоление своего страха. Но при всем моем страхе я отношусь к паукам с огромным уважением, и понимаю, какую важную роль они играют как хищники. Это особенно важно для нашего города, ведь у нас большое количество завезенных видов, которые вредят растениям. Без пауков нам с ними не справиться и количество вредных насекомых будет только увеличиваться.
Когда я читал литературу, и еще не приступил к практической части, мне казалось, что определить паука очень легко. Они разные, у них много признаков, но на практике это оказалось крайне тяжело. У многих видов наблюдается половой диморфизм, где самцы и самки совсем не похожи друг на друга. Отличаются их размеры, сильно варьирует интенсивность окраски. Самой сложной частью моей работы было определение видов, но я продолжу совершенствоваться в этом направлении.
Из своей работы я сделал следующие выводы:
Определил 14 видов пауков: ложная черная вдова, микромата зеленая, аргиопа брюнниха, нигма валкенаерия, коричневая вдова, тарантул лучистый, тегенерия полевая, черный домовой паук, парастеапода тепличная, сенокосец обыкновенный, стеатода паукулиння, паук крестовик, Hongnaradiate и Cheiracanthium mildei. Ознакомился с особенностями их строения и жизни.
Провел две качественные химические реакции – биуретовую и ксантопротеиновую, и выяснил что паутина разная по свойствам, в одном случае биуретовую окраску дал сам раствор, а во втором фиолетовой стала сама паутина. Ксантопротеиновая реакция отрицательна, что свидетельствует об отсутствии в составе паутины ароматических аминокислот.
Работа будет продолжена.
Список литературы
Фауна пауков России.- Режим доступа: http://pauky.ru/pauky_rossii.php
Тыщенко В. П. Определитель пауков европейской части СССР / В. П. Тыщенко. – Л.: Наука, 1971. – 281 с.
Сейфуллина Р. Р. Пауки средней полосы России: Атлас-определитель / Р. Р. Сейфулина. – М.: ЗАО «Фитон+», 2011. – 608 с.
Ковблюк Н.М. Краткий атлас пауков Карадагского природного заповедника / Н. М. Ковблюк, О. В. Кукушкин, В. А. Гнелица, А. А. Надольный – Симферополь: Н. Орiaнда, 2008. -120 с.
Всемирный каталог пауков. – Режим доступа: https://wsc.nmbe.ch/
Объект исследований – паутина. – Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/obekt-issledovanii-pautina
Технология использования паутины в медицине. – Режим доступа: https://biomolecula.ru/articles/tekhnologiia-ispolzovaniia-pautiny-v-meditsine
Самые известные и опасные пауки России. – Режим доступа: http://beetlestop.ru/samyie-izvestnyie-pauki-rossii/
Приложение 1
Рис. 1 Аргиопа брюнниха Рис. 2 Паутина и аргиопа брюнниха
Рис. 3 Самец нигма валкенаерия Рис. 4 Самка нигма валкенаерия
Рис. 5 Парастеапода тепличная Рис. 6 Тегенария полевая
Приложение 2
Рис. 7 Микромата зеленая Рис. 8 Коричневая вдова
Рис. 9 Крестовик обыкновенный Рис. 10 Сенокосец обыкновенный
Рис. 11 Стеатода пайкулиння Рис. 12 Cheiracanthium mildei
Приложение 3
Рис. 13 Большой домовый паук (самец)
Рис. 14 Самка большого домового паука
Приложение 4
Рис. 15HongnaradiateРис. 16 Паук под микроскопом
Рис. 17 Замер Рис. 18 Изучение под микроскопом
Рис. 19 Паук в террариуме Рис. 20 Неопределенный вид
Приложение 5
Рис. 21 Паутина Рис. 22 Биуретовая реакция
Рис. 23 Приготовление раствора сульфата меди
Приложение 6
Рис. 24 Наблюдение за изменением цвета
Рис. 25 Ксантопротеиновая реакция