VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Муравьи
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность темы. Муравьи всегда интересовали человека. Сложное поведение этих насекомых, их организованность и достижения как строителей издавна привлекают внимание не только лесных энтомологов, но и широкие круги естествоиспытателей.
Муравьи являются одной из наиболее значимых групп животных в наземных биоценозах. Благодаря внушительной биомассе, сложной социальной и территориальной организации, а также многообразию своей деятельности, которая помимо хищничества включает трофобиотические отношения с выделяющими падь насекомыми, участие в почвообразовании, опылении и т.д., муравьи способны оказывать существенное влияние на состояние и развитие природных сообществ
Изученность темы: Теоретической базой исследования послужили книги и учебные пособия по биологии, этимологии, журнал «Зоология беспозвоночных»
Личное участие: основой работы послужили материалы, собранные автором. Автор работы принимал участие в наблюдение, анализе и обобщении практического и теоретического материала
Цель исследования: изучить особенности поведения муравьев вида Мессор структор и Формика руфа
Задачи исследования:
1.Изучить научно-популярную литературу, собрать научно-достоверную информацию в Интернете и в СМИ по вопросам исследования степных и лесных муравьев
2. Провести наблюдение за жизнедеятельностью колонии муравьев;
3. Определить роль муравьев в природе
1.Вид муравьев Мессор структор (степной муравей)
Муравьи образуют самостоятельное семейство Formicidae, входящее в отряд Hymenoptera. Они вместе с термитами, пчелами, осами и шмелями относятся к общественным насекомым. Общины муравьев по своему составу и происхождению являются семьями. Семья представляет собой постоянное гетероморфное сообщество, состоящее из трех каст: самцов, самок, рабочих особей.
Вид муравьев Messor Structor или степных муравьев-жнецов, является самым неприхотливым и простым в уходе, от чего его часто рекомендуют в качестве вида, с которого можно начинать знакомство с мирмекологией. Жнецы достаточно стрессоустойчивы и неприхотливы, они готовы простить новичку множество ошибок, отчего получили широкое распространение в составе наборов для новичков.
Жнецы устраивают муравейники в земле, собирая в специальные хранилища зерна и семена, которые смогут найти, откуда и пошло название вида. Эти муравьи довольно запасливые, они могут собирать до полусотни килограммов зерна с одного гектара в течение года, что примерно равно десятой доле от урожая, собираемого людьми. Вот такие хозяйственные малыши.
В одной колонии может насчитываться от трех до пяти тысяч особей. Кстати, несмотря на свое широкое распространение в качестве жителей для формикариев, вид жнецов в Татарстане является исчезающим, а потому занесенным в красную книгу, и самостоятельный отлов Messor Structor на территории этой страны запрещен. Время лета у жнецов в южных регионах России — середина марта.
Дороги мессоров всегда очищены от мусора (сухих палочек, мелких комочков) и хорошо заметны среди растительности пустыни. По гладким дорогам легче передвигаться и гладкие дороги- обязательное условие жизни каждого муравейника.
Messor structor — великаны не только среди своих собратьев по подсемейству, но и среди других встречающихся у нас муравьев. Размеры рабочих варьируются от 4 до 9мм, матка — 11–12мм. Муравьи-жнецы отлично подходят для новичков. Они неприхотливы, миролюбивы и не требуют зимовки [2]. В искусственной среде муравейником для них является формикарий–это миниатюрная муравьиная ферма со встроенной объемной ареной. Размеры: 20х15 см. Она состоит из акрила зеленого и белого цветов, а так же в ней присутствует небольшая гипсовая прослойка — облюбленное место королевы. Ферма является комплексной. Для жизнедеятельности муравьев необходимо учитывать определенные параметры увлажнения. Поскольку муравьи-жнецы в природе распространены главным образом в степях, чрезмерно высокая влажность им не нужна. Влажность на арене — 30–50 %; в формикарии — 50–60 %. Зимовка не требуется.
Население одной колонии в дикой природе редко превышает 5000 особей. Муравейник развитой колонии может быть полисекционным, то есть имеет несколько входов. От каждого входа идет под довольно крутым углом тоннель, с ответвлениями-камерами. Идеальная температура для жизни – выше 20°С. Если в зоне обитания в течение года климат достаточно теплый, зимовка им не требуется. Но поскольку в степях Азии зимой температура может опускать много ниже нуля, они, очевидно, зимуют в своих муравейниках, однако как это происходит, наука пока не описала.
Самые большие особи – матки (королевы), достигают 1,2 см. Муравьи-солдаты, обладают очень большой головой с развитыми жвалами. При близком рассмотрении выглядит насекомое довольно устрашающе. Название «солдат» для Messor Structor весьма условное, эти насекомые вовсе не проявляют склонности к агрессивной экспансии. Муравьи жнецы характеризуются сильно развитым полиморфизмом. Это означает, что в колонии одновременно живут муравьи разных размеров и переходных форм. Вы сами сможете в этом убедиться, если решите завести ферму муравьев жнецов. Ученые нашли этому достаточно убедительное объяснение, которое кроется в характере питания насекомых. Они едят в основном своеобразную для своего рода пищу – злаки. Хотя, конечно Messor Structor не брезгуют и другой пищей биологического происхождения, поедают личинок и мелких насекомых, но запасы муравьи жнецы делают в зернах. Мощные жвала на «огромной» по сравнению с туловищем голове большого рабочего муравья нужны для переламывания клетчатки больших зерен.
При этом образуются довольно крупные фракции, так сказать, «мука грубого помола». Поэтому для того чтобы сделать зерна пригодными для кормления личинок, после больших ребят к работе приступают «рабочие муравьи» поменьше. В конце концов, зернышко становится очень мелкой мукой, которую Messor Structor превращают с помощью слюны во что-то вроде кашицы или питательной смеси и кормят ею молодое потомство.
В жизненном цикле муравьев есть самый уязвимый период. Это основание новых семей. Поэтому муравьи имеют несколько методов их образования. Первый, самостоятельное основание новой семьи одиночной самкой-основательницей (или несколькими самками). Происходит это следующим способом: молодая оплодотворенная самка, сбросив крылья, выкапывает в земле ход и делает одну камеру. В этой камере она откладывает яйца и выращивает расплод. В период от сбрасывания крыльев и до появления первых рабочих особей существование самки поддерживается за счет дегенерации мышц крыльев и собственного жирового тела. У многих видов довольно часто отмечается первичный плеометроз. Второй, временный социальный паразитизм. Третий, социотомия (гесмозис) – деление материнской семьи или ее части.
У этого вида муравьев существует своя ирархия.
В мире муравьев наблюдается интересное явление, а именно социальный паразитизм – различные формы использования семей или рабочих особей других видов муравьев. В нем выделяют два типа: временный социальный паразитизм – самка паразитического вида проникает в гнездо другого вида, где нет самки или ее убивает, и основывает там свою семью; постоянный социальный паразитизм – паразиты и хозяева постоянно обитают в одном гнезде, иногда у муравьев-паразитов полностью исчезает каста рабочих особей. Здесь следует отметить, что особой формой постоянного паразитизма является "куколочный" паразитизм – рабочие паразита периодически совершают набеги на гнезда вида-хозяина и похищают его куколок, вышедшие из этих куколок рабочие выполняют в гнезде паразита те же работы, что и их сородичи в родных гнездах (муравьи-«рабовладельцы»).
Всѐ, что они должны делать, заложено у них на уровне инстинктов. Муравей может выполнять разную работу: перетаскивать семена, готовить еду для всей колонии, кормить матку или расплод добытой едой. Иногда муравьи воюют против других муравьѐв за территорию, муравейник, расплод или занимаются уборкой своих отходов. Некоторые виды муравьѐв, делая такие набеги на чужие муравейники, забирают расплод, выращивают его, делают из выросших муравьѐв рабов. Размер самих муравьѐв вида жнец такие: королева (самка) крупная – 11-12 мм, рабочие муравьи – 3-5 мм, солдаты – 5-9 мм, предназначены солдаты, в основном, для перетаскивания чего-то большого и тяжѐлого. Также они своими жвалами раскусывают крепкие семена и превращают их в кашу.
В целом, муравьи жнецы – не хищники, не склонны к битвам и войне, не охотятся на другую живность. Они довольно неуклюжие, быстро двигаться им мешает большая голова. При конфликтных ситуациях с другими насекомыми Messor Structor предпочитает удалиться с поля боя как можно скорее. Однако у рабочих жнецов есть жало и они могут использовать его для самооборон.
В основном Messor Structor предпочитают растительную пищу, но животный белок им также необходим. Основываться колония может несколькими матками, но затем остается только одна. Другие королевы изгоняются или, увы, поедаются, когда появляются первые рабочие муравьи. На поздних стадиях может появиться новая матка, которая уводит часть рабочих и самцов, чтобы основать новую колонию. Это происходит весной, соответственно, крылатые особи (самки и самцы, способные к размножению) рождаются осенью и зимуют в муравейнике. Этим житель степей Messor Structor отличается от лесных муравьев, у которых этот цикл весенне-осенний.
Подсчеты показали, что муравьи среднего по величине гнезда за один день уничтожают 15— 20 тыс. различных вредителей. Чтобы добыть такое огромное количество насекомых, малому пестрому дятлу потребовалось бы не менее трех недель, а большой синице — целых два месяца! За весь летний сезон обитатели одного муравейника способны уничтожить от 3 до 8 млн. насекомых. Вот почему в тех местах, где муравейников много, вредители не-успевают размножаться и наносить ощутимый урон лесу. Где муравейников нет, их переселяют туда искусственным путем.
Муравьи и их куколки служат пищей некоторым насекомоядным птицам, бурые медведи любят полакомиться муравьиными яйцами, разгребая лапами муравьиные кучи, но больше всего благополучие муравьев зависит от отношения к нему человека. В настоящее время еще нередки случаи разорения муравьиных куч гуляющими в лесу людьми, собирателями грибов, ягод, орехов, приезжающими из города в выходные дни на отдых в лес. В результате легкомысленного отношения к муравьям их гнезда в пригородных зеленых зонах становятся редкими, а затем совершенно исчезают, чем, безусловно, наносится ущерб охране лесных угодий.
2.Поведение муравьев рода Формика (лесной муравей)
Рыжие лесные муравьи оказались в центре внимания исследователей как важная в лесохозяйственном плане группа насекомых, а также как доступный объект для фаунистических, экологических и этологических исследований. Пик интереса к биологии и экологии этих муравьев пришелся на середину ХХ века, когда была доказана роль рыжих лесных муравьев как эффективного средства биологической защиты леса от хвое- и листогрызущих вредителей, важного природного ресурса повышения продуктивности и биологической устойчивости древостоев и естественных лесных сообществ в целом.
Рыжие лесные муравьи (группа Formica rufa) и другие муравьи рода Formica играют важную роль в жизни леса, способствуя повышению продуктивности и биологической устойчивости лесных сообществ. Они ушли в развитии значительно дальше своих сородичей, имеют более крупные размеры, научились строить
Численность взрослой колонии очень велика — до 400 000 рабочих и 100 королев.
Наиболее заметна в лесу деятельность рыжих лесных муравьев (группа Formica rufa) и других представителей рода Formica, имеющих наиболее крупные и устойчивые поселения, которые в благоприятных условиях занимают целые лесные массивы и контролируют все ярусы насаждения. Именно они дают наибольший эффект и как почвообразователи, и как энтомофаги.
Важно, что муравьи Formica оказывают комплексное положительное воздействие на всё лесное сообщество. Существуя десятилетиями на одном месте, муравейники преобразуют местообитания, создавая благоприятные условия для произрастания деревьев, кустарников и трав, формируя дополнительные ниши для существования других обитателей леса. Совокупный эффект от обитания в лесу этих муравьев выражается в увеличении продуктивности насаждений и росте их биологической устойчивости, сохранении биологического разнообразия в лесу. В каждой природной зоне с лесом связаны свои муравьи, со своими особенностями физиологии, поведения, гнездостроения, питания. Они отличаются по ярусам проживания и фуражировки, характером связи с растениями, формой организации одновидовых и многовидовых сообществ.
Рыжие лесные муравьи охотятся на многих беспозвоночных, но основу их пищи в любом лесу и в любое время сезона составляет самый массовый из потребляемых видов. Такое переключение на массовый вид добычи получило название «реактивность муравьев на пищу»]. Высокий уровень активности муравьев летом обуславливает уничтожение ими большого числа насекомых
Рыжие лесные муравьи, доминирующие в многовидовых сообществах, представляют собой уникальный объект исследования для этологов. Это один из наиболее ярких примеров дифференциации функций в семье, основанных на поведенческих различиях – от обычного разграничения рабочих особей на функциональные группы.
Семьи муравьев, как и большинства других социальных животных, обитают в гнездах, построенных совместными усилиями. Гнездо крайне важно для функционирования социума, именно оно является носителем специфического семей ного запаха, на основании которого определяется общность обитающих в нем индивидов. Конструкция гнезда является организующим началом для всей внутригнездовой деятельности общины. Сооружение и охрана гнезда, поддержание в нем микроклимата, являются важными факторами, объединяющими общину, и стимулируют разви тие сложных форм поведения и координации действий у муравьев.
Муравьи – один из основных компонентов большинства наземных биоценозов. В лесных биоценозах самыми заметными из муравьев являются виды рода Formica. Это объясняется сравнительно крупными размерами этих насекомых, многочисленностью их семей и тем, что многие виды строят хорошо заметные купола из растительных остатков. Биомасса этих муравьев в лесах юга таежной зоны, например, лишь немного меньше, чем дождевых червей. Уже одно это говорит о том, что Formica играют немаловажную роль в жизни наших лесов
Рыжие лесные муравьи группы Formica rufa принадлежат к “видам-инженеров, преобразующим среду обитания для многих видов животных и растений. В лесных биоценозах ассоциации муравейников могут занимать сотни гектаров, а биомасса достигать 10 кг на 1 га [3]
Гнездо рыжих лесных муравьев относят к постройкам типа капсулы. Оно имеет подземную часть из почвенных ходов и камер, гнездовой вал. з вынесенной наружу почвы и наземный купол из растительных остатков с включениями почвы и минеральных частиц, пронизанный ходами и камерами. Муравьи постоянно обновляют гнездовой материал и подземные помещения гнезда, собирая для этого на кормовом участке строительный материал и поднимая на поверхность почвы большое количество земли
Роль колоний рыжих лесных муравьев в природе огромна и многообразна, муравьи защищают лес от вредителей— гусениц, личинок пилильщиков и растительноядных жуков A). Муравьи собирают насекомых на земле, в траве и в кронах деревьев. За день население большой колонии уничтожает до ста тысяч вредных насекомых. В лесах, где муравьи обильны, не бывает вспышек массового размножения вредных бабочек.
Согласно данным исследований муравьи появились на Земле более 100 миллионов лет назад. Их причисляют к отряду перепончатокрылых насекомых, и это самый социально развитый вид в природе. Однако существует ряд удивительных фактов о муравьях, которые стали известны человечеству, благодаря мирмекологии — науке, изучающей их поведение и жизнедеятельность. Как и улей, муравейник – сложная социальная структура.
Заключение
Таким образом:
Муравьи играют большую роль в почвообразовании. Особенно важна роль муравьев, как фактора механического рыхления почвы, что способствует проникновению молекулярного кислорода в почву, снижению фитотоксичности почвы. Гнездостроительная деятельность муравьев повышает эффективность процессов естественной деструкции и очистки почвы на 20–30 %. Муравьи – чувствительные насекомые к различного рода загрязнениям. Они как биоиндикаторы могут определить степень загрязнения почвы.
Муравьи, благодаря своей высокой численности и разносторонней деятельности, играют важную роль в наземных экосистемах. Так, муравьи, добывая пищу, встречаются во всех ярусах биоценоза: в почве, подстилке, травостое, на кустарниках, стволах и кронах деревьев. Одни виды предпочитают сахаристые выделения тлей и используют единственный ярус. Другие, наоборот, являются активными хищниками и действуют в нескольких ярусах биоценоза
Высокосоциальные рыжие лесные муравьи обладают весьма гибким поведением. Под действием различных факторов они способны быстро перестраивать организацию работы фуражиров, в частности сборщиков пади.
В садах поселяются рыжие муравьи. Они на плодовых деревьях разводят тлей. В результате листья и побеги яблонь, груш сильно повреждаются – ведёт к потерям урожаев, а иногда и гибели деревьев. На лугах муравейники мешают скашиванию травы. А вот в лесах польза от муравьёв велика - они уничтожают насекомых, которые имеются в больших количествах, например, гусеницы, жуки-короеды. Лес, в котором живут муравьи более здоровый. Поэтому работники лесного хозяйства занимаются охраной и разведение лесных муравьёв – они являются санитарами леса.
Необходимо возможно шире распространять знания о значении рыжего лесного муравья для лесного хозяйства, подчеркивая необходимость бережного отношения к этим активным помощникам человека в борьбе за сохранение лесов, составляющих для советского народа богатство огромного значения.
Наблюдая за муравьями, мы узнали составе муравьиной семьи, о том, что несмотря на кажущийся хаос, в муравейнике царит строгий порядок: каждый муравей занят своим делом
Вряд ли найдется человек, который хоть раз не останавливался возле муравейника, завороженный таким далеким и в то же время необъяснимо близким нам миром этих удивительных насекомых. уз
Список литературы
Бабенко В. Семейство муравьи. – ОНИКС 21 век, Москва, 2003.
Длусский Г.М., Букин А.П. Знакомьтесь: муравьи! - М.: Агропроиздат, 1986.
Животные от амебы до шимпанзе: энцикл./Б. Васильев, О.Красновская, В.Бологова и др.- М., Изд-во МАХАОН, 2012
Жизнь животных. Членистоногие: трилобиты, хелицеровые, трахейнодышащие. Онихофоры / Под ред. Гилярова М. С., Правдина Ф. Н.. — 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1984. — Т. 3. — 463 с.
Я познаю мир. Живая природа от А до Я: энцикл./ Е.Д. Васильева, О.В. Волцит, В.В. Иваницкий и др.- М.:АСТ:Астрель, 2007
Приложение 1
Рис. 1. Представитель вида муравьев Messor Structor
Рис. 2. Рыжие лесные муравьи вида Formica rufa
Рис. 3. Муравейник вида муравьев Formica rufa