VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вредны или полезны муравьи-листорезы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Когда-то давно меня заинтересовали муравьи. Мне было интересно узнавать всё новое о них. В ходе просмотра Интернет-ресурсов и чтения литературы мне стали особенно интересны муравьи-листорезы. Это единственные в своём роде муравьи, занимающиеся сельскохозяйственными работами. Мне захотелось подробнее о них узнать.
Зоологи описали около сотни различных видов листорезов, но все эти муравьи ведут примерно одинаковый образ жизни и занимаются разведением грибов. Неслучайно их называют еще и муравьи-грибоводы.
Одними из первых исследователей муравьев-листорезов стали два исследователя Южной Америки - Бельт и Фриц Мюллеры. Именно они в конце 19 века оспорили то, что листья нужны муравьям для питания.
Изучением устройства муравейников листорезов занимался немецкий биолог Альфред Меллер, который представил свои наблюдения в работе в 1893 году, положившей начало исследованию симбиоза насекомых и грибов.
В книге познавательного научно-популярного цикла «Мир животных» учёного-биолога и писателя Игоря Ивановича Акимушкина, а также на сайтах Интернет отражены вопросы описания образа жизни муравьев-листорезов.
Цель данного исследования: установить вредны или полезны муравьи-листорезы.
Задачи:
Дать описание внешнего вида муравьёв-листорезов.
Раскрыть размножение муравьев-листорезов и стадии их развития.
Рассмотреть устройство муравейника муравьёв-листорезов.
Охарактеризовать образ жизни муравьёв-листорезов.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Acromyrmex (Муравьи-листорезы, англ. Leaf-cutting Ants) — род муравьёв трибы грибководов Attini из подсемейства Myrmicinae. Род Атта включает в себя 15 видов.
Муравьи-листорезы считаются одними из наиболее эволюционно продвинутых организмов, которые наряду с людьми, термитами и короедами способны к сельскохозяйственной деятельности. Обитающие преимущественно в Центральной и Южной Америке от штата Техас до Аргентины муравьиные семьи представляют собой сложные социальные группы [3].
"Сауба" называют бразильцы муравьёв-листорезов. Когда движутся колонны этих насекомых, кажется, будто по земле струится зелёный поток. Каждый муравей, а их тысячи, несёт в челюстях высоко поднятый словно парус, зеленый листочек. Непрерывный зеленый поток вливается в муравейник, а из других, похожих на кратеры отверстий гнезда извергаются бурые волны новых охотников за зеленой листвой [1].
Когда муравьи-листорезы впервые попались на глаза ученым, те решили, что насекомые собирают кусочки листьев для того, чтобы спрятать в муравейнике и там ими питаться. Также сам механизм обрезки листьев и их транспортировки был интересным и привлек внимание большого количества специалистов. Оказалось, что это только начало огромного и сложного процесса переработки и использования листьев в качестве сырья для настоящего фермерского хозяйства, причем столь сложного, что небольшой муравей-листорез надолго стал настоящей сенсацией в науке [2].
Внешний вид муравьев-листорезов
Эти муравьи внешне не примечательны. Они имеют коричневое или рыжее тело небольшого размера - от 5 до 20 мм, в зависимости от касты и длинные лапки, особенно характерные для часто перемещающихся по деревьям муравьев.
Примечательна разница в размерах между разными кастами муравьев-листорезов. В муравейнике листорезов присутствуют 7 каст этих муравьев, которые выполняют 29 разных функций.Те особи, которые заняты в муравейнике уходом за яйцами, фермами и маткой, невелики - всего около 5-6 мм достигает в длину их тело. А вот солдаты их огромны. По сравнению с «домашней» кастой это настоящие танки: они могут превышать в длину рабочих муравьев в 3-4 раза, а по массе - в несколько десятков раз. Матка их ещё крупнее и весит порой в 700 раз больше, чем самые мелкие члены колонии.Матка всех листорезов сильно отличается от других особей очень мощной и большой грудью. До спаривания она имеет крылья.
Рисунок 1 Муравей-листорез
Отличительной внешней особенностью муравья-листореза являются мощные и острые крючковатые челюсти, которыми он обгрызает достаточно жесткие листья тропических деревьев. Эти челюсти имеются у всех каст, в том числе и у матки. Для приведения их в движение требуются мощные мускулы, поэтому голова листорезов также достаточно велика. Челюсти со временем притупляются и эффективность работы становится меньше, тогда эти муравьи переключаются на переноску листьев [2].
Размножение муравьев и стадии развития
Муравей – это высокоорганизованное насекомое, которое ведет активную социальную жизнь, что позволяет колонии разрастаться до огромных масштабов за короткий промежуток времени. Стадии развития муравья несколько отличаются от других насекомых, что и делает это семейство уникальным и необычным. Муравьи относятся к тем насекомым, у которых полный цикл превращения, то есть: яйцо; личинка; куколка; полноценная взрослая особь.
Один раз за 12 месяцев муравьи способны размножаться, в результате данного процесса возникает большое множество крылатых насекомых - самцов и самок, которые готовы к продолжению рода. Процесс реализуется в воздухе, то есть при полете.
Как правило, сразу после спаривания самцы погибают, поскольку их миссия на этом завершается. Тех представителей мужского пола, которые не смогли оплодотворить самку, изгоняют из муравейника или же муравьи-рабочие проводят над ними расправу [4].
Рисунок 2 Лёт муравьев-листорезов
Оплодотворенные женские особи не идут обратно в муравейник, а находят место для создания своего собственного гнезда. Улетая из родительского гнезда, чтобы основать свое собственное, каждая самка берет в дорогу кусочек грибницы - рассаду для нового огорода и бережно его хранит в специальном кармане, которым наделила ее природа - на голове между ртом и подбородком - в подротовой сумке или по-другому в защечном мешке. Кусочек этот небольшой, вдвое меньше булавочной головки. Из нее-то и разрастется вскоре грибной сад [1].
Затем находит уединенное место вблизи от деревьев, богатых листвой и роет ямку глубиной в 30 см. Вход в норку замуровывает и готовит почву для огорода. Затем отрыгивает на нее комочек грибницы, удобряет его и начинает откладывать яйца [4].
Рисунок 3 Стадии развития муравьев-листорезов
Сама она в это время не питается грибами, выживает за счет своих жировых запасов, отгрызенных крыльев, яиц. В корм самке и ее первому потомству идут особенные яйца. Матка откладывает яйца двух сортов: плодовые и кормовые. Последние крупные, круглые, богатые желтком. Величиной и формой они выделяются на фоне обычных яиц.
Первых личинок самка кормит отложенными ею трофическими яйцами и новой грибницей. Между тем сад растет. Через 8-10 дней после закладки грибница покрывает уже грядку площадью в квадратный сантиметр.
Процесс окукливания начинается через 2-3 недели, а первые рабочие появляются уже через 4-6 недель. За 40-60 дней у неё из куколок выводятся первые рабочие особи, которые начинают выполнять за неё все «рутинные» операции и принимаются за обработку запущенного самкой сада. Она подрезала грибницу только по краям. Освобождают ее и от других забот: от ухода за яйцами и личинками.
Теперь она занимается только воспроизведение потомства. Снесенных яиц больше никто не ест, все муравьи питаются кольраби. Семья быстро растет. На восьмой-десятый день после появления на свет рабочие муравьи вскрывают закупоренный землей вход, и первые отряды заготовителей отправляются за свежей листвой [1].
До развития полноценных муравьев-рабочих самка ничего не ест, а обеспечивает личинок и себя содержимым, которое вырабатывают специальные жировые железы. Когда появляются рядовые насекомые, то они сразу же переходят к поиску и доставке продуктов питания, чтобы обеспечить матку и новых личинок всеми необходимыми компонентами.
С этого времени матка начинает практически непрерывно производить яйца, если присутствуют благоприятные условия, то на этот процесс уходит весь год, причем во время зимнего периода тоже, но опять-таки при наличии соответствующих условий.
Если по какой-нибудь причине наступит смерть матки, тогда для всех остальных не будет смысла для существования. Часть особей пойдет искать лучшую жизнь, а остальных ждет летальный исход от хандры и голода. Именно поэтому при борьбе с муравьями гораздо важнее уничтожить матку, нежели яйца, в этом случае насекомые непременно покинут дом в ближайшее время [4].
Устройство муравейника
Муравьи- листорезы сооружают муравейники, которые считаются самыми крупными в мире. Хоть листорезы и привязаны жестко к деревьям, как к источникам листьев, свои муравейники они обустраивают под землей. Объяснить это достаточно просто: только под слоем земли они защищены от перепадов температур, к которым очень чувствительны грибы, и от чрезмерного воздействия влаги.
Внутри муравейника за счет разлагающейся листвы постоянно поддерживается тепличная атмосфера - плюс 25 градусов и 56 процентов относительной влажности. В колонии муравьев-листорезов могут жить до нескольких миллионов особей, и весь муравейник может иметь в габаритах несколько метров [2].
Гнездо листорезов - гигантское сооружение. Подземные катакомбы разбросаны на площади в десятки квадратных метров и иногда уходят в глубину до 10 метров. С поверхности небольшого холмика ведут под землю, похожие на кратеры, входные отверстия. Многократно разветвляясь, тянутся ходы от камеры к камере, которых бывает около тысячи. Высота их почти 20 см, длина - 30 см [1].
Рисунок 4 Устройство муравейника муравьев-листорезов
Сам муравейник в вертикальном разрезе похож на огромное яйцо. В самом центре его, дальше всего от любых опасных факторов, находится камера с маткой. Она окружена инкубаторами, в которых развиваются яйца и личинки. Все внешние камеры являются фермами, в которых муравьи выращивают грибы. Как отмечают некоторые исследователи, аналогия с яйцом здесь не только образная, но и функциональная - в центре его находится главный воспроизводящий орган, а на периферии - запасы пищи.
В колонии муравьев-листорезов могут жить до нескольких миллионов особей, и весь муравейник может иметь в габаритах несколько метров. Некоторые листорезы сооружают кучи, подобные тем, которые организуются нашими лесными муравьями. Но сердце муравейника все равно остается под землей [2].
Образ жизни муравьев-листорезов
Очень сложное у муравьев хозяйство. Здесь тысячи рабочих: жнецов, раздельщиков, носильщиков, садоводов - все отлично знают свое дело. Листья дождём сыплются с деревьев, когда до их ветвей добираются отряды сауба. За одну ночь (нападают они обычно ночью) муравьи могут начисто раздеть деревья. Острыми челюстями обрывают черешки листьев. Внизу ждут добычу муравьи-раздельщики. Они вырезают из листьев круглые пластинки, которые уносят в гнездо муравьи-носильщики [1].
Рисунок 5 Сбор листьев муравьями-листорезами
Листья нужны муравьям-листорезам вовсе не для непосредственного поедания: эти насекомые не могут усваивать жесткие растительные волокна. Поэтому листья старательно пережевываются специальной кастой муравьев, после чего смешанная со слюной масса складируется в камерах, в которых поддерживается постоянный микроклимат, и заражается специальным грибом. Эти манипуляции осуществляют муравьи-садоводы, которые и удобряют грибные сады [2].
Вскоре вся масса удобренной листвы покрывается беловатыми и бурыми пятнами – гифами грибов. Теперь новая забота у садоводов - острыми челюстями прищипывают, подрезают грибную поросль, чтобы не развивались на ней плодовые тела, обыкновенные грибы - шляпки на ножках. Они муравьям не нужны, листорезы выращивают свои особенные плоды, которые нигде кроме муравейников не созревают. На концах обкусанных грибных нитей образуются раневые наплывы, богатые белком. Их называют муравьиными кольраби. Эти плоды и является кормом, как для взрослых муравьев, так и для личинок. При этом сами плодовые тела грибов муравьи не едят - в пищу им годится только грибница, паутиной расползающаяся в толще кормовой массы и над ней. Грибница на грядках у муравьев- это смесь различных видов плесневых и частично шляпочных грибов.
Если муравьи хотя бы день не ухаживали за своим садом, он весь зарастет словно плесенью, воздушным грибным мицелием. Кольраби сморщиваются и отпадают. Поэтому муравьи ни на минуту не покидают свое хозяйство. Кроме удобрения и подрезания муравьи выпалывают сорняки, несъедобные грибы, истощенные грибные гифы. Слюна муравьев обладает специфическим, но неоднородным действием на разные виды грибов. Вредные она убивает, замедляет рост ненужных и стимулирует рост излюбленных грибов. Пережевывая листья и окропляя слюной компост, муравьи создаю почву для выращивания пищевых грибов. Когда почва в грибных камерах истощается, сады разводятся на новом месте, а покинутые камеры забиваются землей и отбросами [1].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На первый взгляд, кажется, что эти насекомые приносят один вред. Муравьи-листорезы в местах своего обитания считаются серьезными вредителями: крупный муравейник способен буквально наголо остричь несколько деревьев в округе.
Действительно, если их будет чересчур много, пожалуй, они смогут съесть весь лес. То есть со временем превратят нашу планету в пустыню. Однако так не происходит. Видимо, природа сама сохраняет некий баланс. Ведь у муравьев-листорезов есть естественные враги, которые не дают им сильно распространяться. Это один вид кочевых муравьев, которые нападают на муравейники листорезов и разоряют их, поедая и муравьев, и их расплод, и грибы.
Люди также борются с этими насекомыми, не давая им приближаться к культурным посадкам. Для этого уничтожают их гнезда при помощи химических средств, а также устраивают вокруг деревьев металлические, пластиковые или водные преграды.
Но тем не менее деятельность муравьев-листорезов в диких природных условиях не только способствует обогащению почвенных слоёв, но и ускоряет все обменные процессы, происходящие в экосистеме.
Таким образом, можно сделать вывод, что муравьи-листорезы могут приносить как пользу, так и вред.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Акимушкин И.И. Мир животных: Насекомые. Пауки. Домашние животные / И.И. Акимушкин. - изд. 2-е, испр. и доп. - Москва: Мысль, 1990. - 464 с.
Малиношевский В.Г. Муравьи-листорезы [Электронный ресурс] / В.Г. Малиношевский, К.А. Бабеков. - Режим доступа: http://klop911.ru/muravi/o-muravyax/muravi-listorezy.html (Дата обращения: 15.01.19).
Муравей-листорез [Электронный ресурс] / Ухта Зоо. - Режим доступа: http://uhtazoo.ru/facts.php?id=10 (Дата обращения: 15.01.19).
Стадии развития муравья. Особенности внешнего строения, размножения и продолжительности жизни [Электронный ресурс] / Рetse. - Режим доступа: http://petse.ru/nasek/myrav/stadii-razvitiya-muravya.html (Дата обращения: 15.01.19).