VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Описание экологических ниш беспозвоночных
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
I. Введение
Проблема исследования - основной проблемой данной работы по изучению и описанию экологической ниши организма - это отсутствие единого подхода к понятию «экологическая ниша» организма в целом. При детальном изучении экологической ниши организма часто выявляются различные признаки. Именно это и определяет цель исследования – сформировать умение выявлять факторы и ресурсы среды, необходимые для характеристики экологической ниши организма.
Объектом исследования послужит хорошо изученная в таксономическом плане, богатая и разнообразная фауна Якутии. Ахатина гигантская и насекомые (кузнечик, бабочка, жук).
Гипотеза: в основу данного исследования была положена гипотеза, согласно которой проведение лабораторной работы «описание экологической ниши организма» дает учащимся возможность расширить учебный материал, которые проходят в курсе «Зоология».
В основу исследования положена следующая гипотеза: проведение лабораторной работы по теме «Описание экологической ниши организма» для закрепления и углубления знаний в разделе «зоология» (понятие «экологическая ниша организма»).
Методы исследования: по направлению изучения предмета биологии, также цели и задач исследования требуется применение нескольких подходов и сочетаний различных методов: теоретического обобщения данной работы, опытного, то есть предусматривающего проведение исследования.
Источники информации: для данного исследования можно использовать выше связанные методы, можно добавить анализы, сравнение, конкретное наблюдение. Использовать методические учебные пособия известных авторов, дополнительную литературу по экологии, энциклопедии, материалы с интернет сайта.
Знания необходимые для школьников для выполнения данных исследований:
- определенные названия видов организма;
- понятие «экологическая ниша»;
- факторы среды;
- ресурсы среды;
- температура, освещенность, влажность, плодородие, пищевой ресурс.
Основные этапы исследовательской работы являются следующие понятия:
- найти проблему – что надо изучать.
- тема – как это назвать.
- актуальность – почему эту проблему нужно изучать.
- цель исследования – какой результат предполагается получить.
- гипотеза – что не очевидно в объекте.
- новизна – что нового обнаружено в ходе исследования.
- задачи исследования.
- литературный обзор – что уже известно по этой проблеме.
- методика исследования – как и, что исследовали.
- результат исследования – собственные данные.
- выводы – краткие ответы на поставленные задачи.
- значимость – как влияют результаты на практику.
Дополнительные методические материалы по организации проектной деятельности и исследовательской работы школьников в природе.
- Методические пособия по тематикам:
- зоология;
- водная экология и гидробиология;
- мониторинг и биоиндикация;
- программы, проекты и общие вопросы организации исследований.
Пособие для учителя «Как организовать полевой экологический практикум».
Определители животных средней полосы России: обитатели водоемов, птицы, звери и их следы.
Цель исследования: описать по единой схеме экологическую нишу организма по условиям среды обитания.
Задачи исследования:
Описать экологическую нишу некоторых представителей беспозвоночных;
Изучение экологической ниши беспозвоночных;
Изучить литературу по данной теме.
Проблема исследования:
- Что же такое экологическая ниша?
Каждый вид животных приспособлен к определенной среде обитания. Это проявляется в том, что животное выносливо по отношению к своей среде обитания, и в то же время не изменяет ее настолько, чтобы невозможно было продолжать жизнь.
Гипотеза исследования:
- Почему экологические ниши различны?
Животные, так как являются живыми организмами потребляют пищу и следовательно, дают отходы. Если бы животные имели одинаковые экологические ниши – еды становилось бы с каждым разом все меньше, а коэффициент загрязнения рос с неимоверной скоростью, поэтому каждый организм обитает по соседству с организмами, у которых отличаются экологические ниши. Получается так, что продукты жизнедеятельности, получившиеся вследствие жизненных процессов одного, могут использоваться другими.
Актуальность исследования заключается в необходимости раскрыть описание экологической ниши любого организма по типу их местообитания, питания, дыхания.
Точного определения экологической нише не существует, так как понятие это достаточно многогранно. Но в целом, это определение можно перевести как характеристика, или в более грубом исполнении – «профессия» вида в экосистеме.
В данной работе отражены только три параметра, по которым можно различать экологические ниши (местообитание, тип питания и тип дыхания) и, хотя их существует намного больше.
В условиях научно – экологического лагеря.
В первой половине дня отлавливают беспозвоночных в реке, с помощью сита и сребка (как это предусмотрено стандартной методикой по отлову макрозообентоса).
Всего можно поймать 10 (3-10) видов водных беспозвоночных животных.
Во второй половине дня анализируют различия между этими 10 видами.
Для всех пойманных 15 видов узнают (по литературным данным и с помощью учителя) к какой экологической группе они относятся:
- по типу местообитания: нейстон, нектон, планктон, бентос;
- по типу их питания: хищник, растительноядный, фильтратор, детритофаг.
- по типу их дыхания: жаберное, трахейное, трахейные жабры, легочное, поверхность тела.
И на основе этого составляют таблицы: «Экологические ниши некоторых беспозвоночных». После этого, строят диаграммы распределения видов (разделения экологических ниш) вначале по 2-м осям «экологического пространства».
- Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по 2-м осям экологического пространства – по местообитанию и дыханию.
- Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по 2-м осям экологического пространства – по дыханию и питанию.
- Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по 2-м осям экологического пространства – по местообитанию и питанию.
После этого с огромными усилиями и задействовав все навыки черчения и абстрактного мышления составляет – диаграмму разделения экологических ниш водных беспозвоночных по трем осям «экологического пространства».
Одним из первых термин «экологическая ниша» предложил в 20-х гг. XX в. американский натуралист Джон Гриннелл. Под «нишей» он понимал условия, в которых живёт вид.
Позднее английский эколог Чарлз Элтон определил нишу как «статус организма в сообществе», точнее — его отношения с пищей и врагами. Образно говоря, ниша какого-либо вида, по Гриннеллу, — это его «адрес» (то, где он живёт), а по Элтону — его «профессия» (то, чем он занят в сообществе). В разных сообществах одну и ту же «профессию» могут иметь разные виды. Например, нишу крупных травоядных в Африке занимают антилопы, в Австралии — кенгуру, а в России — лоси.
Более полное представление об экологической нише даёт так называемая многомерная модель, которую разработал в 1957 г. американский учёный Джордж Эвелин Хатчинсон. Он предложил понимать под нишей весь диапазон факторов среды, в котором данный вид в течение длительного времени живёт и размножается.
Экологическая ниша характеризует положение данного организма в сообществе или экосистеме. Она определяется морфологической приспособленностью организма, его физиологическими реакциями и поведением. Местообитание — это, так сказать, «адрес» организма, а экологическая ниша — его «профессия». Экологическая ниша — абстрактное понятие, объединяющее все физические, химические, физиологические и биотические факторы, необходимые организму для жизни. Для того чтобы описать экологическую нишу организма, нужно знать, чем он питается, кому он служит пищей, его способность к передвижению и его воздействие на другие организмы и на неживые элементы внешней среды.
В мелководье у берегов озер встречаются различные водяные клопы, имеющие одно и то же местообитание. Вместе с тем одни из них, например гладыш (Notonecta), — хищники, которые ловят и поедают других животных, почти равных им по размерам; другие же, например Corixa, питаются мертвыми и разлагающимися организмами. Каждый из этих организмов играет различную роль в общем биологическом хозяйстве озера, и, следовательно, каждому из них присуща особая экологическая ниша.
II. Описание экологической ниши водомерки, гладыша, жука –окаймленного, моллюски «Ахатина»
Водомерка
Водомерки принадлежат к отряду клопов, создавая в нем собственное семейство, к которому относится около 300 видов (большинство населяет тропические области). Средой обитания они избрали поверхность спокойных водоемов. Обычно они бегают взад- вперед по воде маленькими стайками. Средняя пара ног предназначена у них для гребли, задняя выполняет роль руля, а значительно более короткая передняя хватает добычу – мелких насекомых, падающих на поверхность воды.
В европейской части России встречается 12 видов этих водных насекомых. Самый крупный вид – большая водомерка (Limnoporusrufoscutellatus), достигающая в длину 1,3-1,7 см. Ее вытянутое узкое тело имеет рыжеватую окраску и покрыто бархатистыми волосками, благодаря чему нижняя сторона тела кажется серебристой или желтовато – блестящей.
Особый род водомерок (Heterobates) встречается в Средней Азии. Эти невзрачные, бурые существа длиной 6-8 мм приспособлены к жизни на реках и ручьях с более быстрым течением. Бегают они необычайно быстро, даже против течения, и могут также нырять под воду. Их добыча состоит из мелких существ, приносимых течением.
В открытом океане в значительном удалении от берега можно встретить морских водомерок (Halobates). По- видимому, в связи с таким образом жизни у них редуцированы крылья, а все тело очень компактное, с укороченным брюшком.
Гладыш
Гладыши подобно водомеркам относятся к отряду клопов, но отличаются от других водяных насекомых тем, что двигаются обычно брюшной стороной кверху, и тогда они действительно напоминают миниатюрную подводную лодочку. В состоянии покоя гладыш может совершенно неподвижно «висеть» у поверхности воды на широко расставленных в стороны задних ногах, набирая воздух через отверстия в заднем конце брюшка в трубки, протянувшиеся по всему телу. Ныряя, клоп увлекает с собой пузырьки воздуха, которые покрывают его тело наподобие тонкого слоя ртути. Этот воздух гонит гладыша к поверхности воды и является причиной его примечательного положения. Гладыши охотятся на различных мелких животных. Добычу они хватают передними ногами и высасывают из нее соки с помощью хоботка. Этот хоботок хотя и короткий, но очень твердый и острый. Если неосторожно взять гладыша в руки, он может проколоть хоботком кожу, причем укол будет болезнен вследствие разъедающего действия введенной в ранку слюны.
Гладыши хорошо летают и по ночам могут пролетать большие расстояния, заселяя при этом новые водоемы.
Жуки- плавунцы - окаймленные
Содержание дома жуков плавунцов - окаймленных (Dytiscusmarginalis). Это страшные хищники, в природных условиях питающиеся мелкими водными обитателями, в том числе и мальками рыб. Еще страшнее и прожорливее личинка плавунца. У нее наблюдается интересное явление – наружное пищеварение. Когда личинка ловит свою жертву, то по полым внутри челюстям впрыскивает в нее пищеварительный сок. Он переваривает ткани жертвы и личинке остается только выпить через те же полости в челюстях образовавшийся бульон. Окукливается личинка плавунца на суше: выбирается из воды и делает себе колыбельку.
Интересный объект для наблюдений - водяной скорпион (Nepacinerea). Это существо относится к отряду полужесткокрылых, или клопов. Находясь в воде, скорпион дышит через длинную дыхательную трубочку, находящуюся на конце тела. Водяной скорпион, как и жук плавунец,- хищник. Свою жертву он удерживает передними ногами, прокалывает ее хоботком и высасывает. Водяной скорпион способен летать. В полете хорошо видно его красного цвета брюшко, обычно закрытое бурыми надкрыльями.
Брюхоногие моллюски – представитель гигантская «Ахатина»
Ахатина гигантская (лат. Achatinafulica) - сухопутный брюхоногий моллюск из подкласса легочных улиток. Широко распространен в странах с тропическим климатом, высокоинвазивный вид, является вредителем сельскохозяйственный растений, особенно сахарного тростника. Находится в списке из 100 наиболее инвазивных видов. В настоящее время дальнейшее расширение ареала ахатины остановлено благодаря строгим мерам по поддержанию карантина. Была предотвращена начавшаяся инвазия улитки в США. В Европе, в том числе в России, где выживание ахатин в природе невозможно, они часто содержатся в качестве домашних животных. Съедобны.
Длина раковины взрослой улитки обычно не превышает 5-10 см, хотя известны отдельные экземпляры длиной более 20 см. Раковина коническая, чаще всего бывает закручена против часовой стрелки, хотя встречается и обратное направление. У старых ахатин раковина имеет от 7 до 9 витков. Окраска раковины зависит от окружающей среды и рациона питания. В большинстве случаев на ней наблюдается полосы красновато- коричневых и желтоватых оттенков.
Родина ахатины гигантской – прибрежная часть Восточной Африки, где относительно высокие температуры сочетаются с высокой влажностью. В настоящее время улитка встречается в южной Эфиопии, южном Сомали, Кении, Танзании и северном Мозамбике, при этом часть вышеуказанного ареала могла стать следствием интродукции в историческое время.
Улитка осваивала самые разнообразные биотопы, в том числе прибрежные низменности, речные долины, светлые леса, кустарниковые заросли и поля сельскохозяйственных культур.
Ахатины питаются продуктами растительного происхождения, предпочитая мягкие или разлагающиеся части растений. Пищевые предпочтения меняются с возрастом: молодые особи предпочитают живые растения, более старые – мертвые гниющие растительные остатки. С возрастом растет число потребляемым в пищу растений. Рекомендовано кормить в домашних условиях огурцами, кабачками, тыквой, шампиньонами, листьями салата и прочими мягкими овощами. Обязательно включение в рацион кальциевых и белковых продуктов животных. Иногда в небольших количествах можно дать немного отварного куриного мяса без соли. Категорически нельзя давать соленое, копченое, спиртное (летальный исход). Поскольку для построения раковины улиткам требуется карбонат кальция, они могут есть почву, скоблить радулой обломки породы. Нужно добавлять в рацион перемолотую в пыль яичную скорлупу, речной ракушечник, кормовой мел и костную муку. Также для раковины очень полезна рудиментарная внутренняя раковина каракатицы.
Ахатины – гермафродиты, то есть каждая особь имеет как мужские, так и женские половые органы. Ахатины достигают половой зрелости в 6-15 месяцев (в зависимости от климата) и живут до 5-6 и даже 10 лет. Все время жизни они растут, однако после первых двух лет жизни скорость роста замедляется.
Ахатины ведут преимущественно ночной образ жизни, хотя во влажную погоду могут выползать и днем. Обычно светлое время суток они проводят в укромных местах, зарывшись в почву и активизируясь лишь через два часа после заката. Было доказано наличие у ахатин долговременной памяти: они могут запоминать все, что происходило в течение одного часа, они могут запоминать расположение источников пищи и возвращаться к ним.
Основные понятия:
Экологическая ниша – место, занимаемое видом (точнее – его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Этот термин введен в 1914г Джорджем Гриннелом и в 1927г Чарльзом Элтоном.
Экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:
- фундаментальной – определяют сочетанием условий и ресурсов, позволяющих виду поддерживать жизнеспособную популяцию;
- реализованной – свойства которой обусловлены конкурирующими видами.
Это различие подчеркивает, что межвидовая конкуренция приводит к снижению плодовитости и жизнеспособности и что в фундаментальной экологической нише может быть такая часть, занимая которую вид в результате межвидовой конкуренции не в состоянии больше жить и успешно размножаться. Таким образом, реализованная ниша всегда входит в состав фундаментальной или равна ей.
Сравнение экологических ниш беспозвоночных по типу их питания, дыхания, местообитания.
Экологическая ниша
Местообитание - это место, где живёт организм (лес, луг, болото, внутри другого организма).
Экологическая ниша - пространственно-временное положение организма в рамках экосистемы (где, когда и чем питается, где устраивает гнездо и т.п.).
К какой экологической группе они относятся (водные беспозвоночные-водомерка, гладыш, жук- плавунец окаймленный):
по типу местообитания: нейстон, нектон, планктон, бентос,
по типу их питания: хищник, растительноядный, фильтратор, детритофаг,
по типу их дыхания: жаберное, трахейное, трахейные жабры, легочное, поверхность тела.
И на основе этого составили такие таблицы:
Таблица 1
Таблица 2
После этого, мы построили диаграммы распределения видов (разделения экологических ниш) вначале по двум осям "экологического пространства":
Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по двум осям экологического пространства - по местообитанию и дыханию:
Таблица 3
Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по двум осям экологического пространства - по дыханию и питанию:
Таблица 4
Диаграмма разделения экологических ниш водных беспозвоночных по двум осям экологического пространства - по местообитанию и питанию:
Таблица 5
После этого, мы составили – диаграмму разделения экологических ниш водных беспозвоночных ПО ТРЕМ ОСЯМ «экологического пространства»:
Таблица 6
V. Выводы:
Общий вывод: Описали по единой схеме экологическую нишу организма по условиям среды обитания и увидели, что все животные различаются. Заметив это доказали, что совпадений по экологической нише нет, а есть лишь пересечения.
Описали экологическую нишу некоторых представителей беспозвоночных: моллюск Ахатина, насекомые (кузнечик, бабочка, жуки).
Изучили экологическую нишу беспозвоночных;
Изучили литературу по теме исследования.
Использованная литература:
Научно- методический журнал «Биология в школе» №8, 2008г.
Научно-методический журнал «Биология в школе» №9, 2008г.
Одум Ю. Экология в 2-х Т.: Мир, 1986г.
Гиляров А.М. «Популяционная экология»: учебное пособие.-М.: Изд-во МГУ, 1990-191с.
Словарь школьной терминологии. Биология. Авт.-сост. Кордеро Г.А. -Ростов-на-Дону.: «Феникс», 2011-286с.
Экологическое просвещение и воспитание в Вилюйском улусе/ М-во охраны природы Респ.Саха (Якутия), Вилюй. Бассейн.ком. охраны природы, вилюйская инспекция охраны природы;( отв.ред. В.А. Григорьев; редкол.: С.И. Поскачина, М.Г. Босикова).- Якутск: Компания «Дани Алмас», 2008.-96с.
Лесли Колвин, Эмма Спиэр «Живой мир», энциклопедия, Москва «Росмэн», 2004.
Энциклопедия «Живой природы», Москва «Аст-Пресс»,1999.
Энциклопедия для детей аванта «Экология», Том. 19.: Москва, 2003г.
Большая энциклопедия природы.: Москва «Аст - Пресс», 2004.
З. Крутинская «Познавательная энциклопедия.: - », 1994.