VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние абиотических факторов на процессы жизнедеятельности насекомых
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В любом возрасте можно увлечься историей под названием «в мире животных». Мой интерес вызвали беспозвоночные членистоногие животные - насекомые. Изучающая их наука называется энтомология. Я узнал, что существует более 1 миллиона видов насекомых это почти в 3 раза больше чем видов других животных!
Всем известно, что насекомые активны в естественных условиях, только в теплое время года. Я решил выяснить, как абиотические факторы среды влияют на их жизнь.
Цель: определить факторы среды обитания и выявить их влияние на насекомых.
Перед собой я поставил следующие задачи:
Ознакомиться с научной литературой по данному вопросу.
Проанализировать полученный материал.
В результате анализа рассмотреть влияние абиотических факторов на конкретные виды насекомых.
Сделать выводы
Основная часть
Абиотические факторы – факторы неживой природы, воздействующие на живые организмы и оказывающие на них позитивное или негативное влияние. Абиотические факторы - это температура, влажность, освещенность, соленость воды и почвы, а также воздушная среда и ее газовый состав.
В своей работе я рассмотрю влияние основных факторов.
Насекомые реагируют на различный спектральный состав света, обычно лучше воспринимая коротковолновую часть спектра и в том числе ультрафиолетовые лучи. Они не различают мелкие детали и видят на расстоянии до 2 метров. У личинок насекомых простые глаза, поэтому они отличают только свет от тьмы. Фасеточные глаза у взрослых насекомых (имаго) позволяют распознавать формы и различать оттенки цвета, что очень важно в поисках цветков.
Свет играет важную роль в развитии, размножении и поведении насекомых. В период активности насекомые начинают интенсивно летать; в это время они спариваются, а нуждающиеся в дополнительном питании — питаются.
Насекомые четко реагируют на изменение длины дня. Длина дня – один из регуляторных сезонных циклов развития. Свет влияет на жизнь насекомых по-разному. Особенно он сказывается на явлении диапаузы (диапауза - приспособление к переживанию не благоприятного времени года). Реакция на изменение длины светового дня называется фотопериодической реакцией.
У насекомых наблюдается три основных типа фотопериодической реакции - длиннодневный, короткодневный и промежуточный. В умеренных широтах наиболее част длиннодневный тип фотопериодической реакции, который характерен для листогрызущих насекомых – жуков, дневных бабочек. Так, бабочка капустница имеет длиннодневный тип реакции. В условиях длинного дня поколения капустницы могут развиваться одно за другим беспрерывно. При сокращении же длины светового дня примерно до 14 часов куколки впадают в диапаузу и дальнейшее развитие приостанавливается, хотя температура и другие условия еще благоприятны для прохождения куколочной фазы и вылета бабочек. Разница в длине светового дня, вызывающая диапаузу, может быть не очень большой - менее часа. Как только длина дня уменьшится до так называемого фотопериодического порога, наступает диапауза.
Насекомые с короткодневным типом фотопериодической реакции в нашей фауне редки. Примером может служить тутовый шелкопряд, у которого развивается одно поколение за другим без перерыва лишь при коротком световом дне, а при увеличении длины дня до 12 - 16 часов рост начинает замедляться и наступает диапауза. В фотопериодической реакции воздействует не просто количество световой энергии, а смена света и темноты.
А вот личинки большинства насекомых активны в течение суток!
Неживая природа тоже играет немаловажную роль в жизненных процессах животных, растений и человека. Пожалуй, самым главным абиотическим фактором является погода.
Температура. Насекомые относятся к животным с непостоянной температурой тела. Их развитие, размножение, поведение возможны лишь в пределах определенного диапазона температур. При температурах ниже или выше этих пределов наступает холодовое или тепловое оцепенение, а затем и смерть организма. Верхние и нижние границы температур, в пределах которых возможно развитие того или иного вида, называют порогами развития.
Приведу примеры диапазона температур благоприятных для определенных видов: Бражник - 25°С-30°С, хрущи 10°С-15°С, кузнечики 15°С-35°С, бабочка капустница 8°С--10°С светлячки 0°С-10°С, сверчки 15°С-25°С
Так, для развития капустной моли (нижний порог развития 14 °С, при постоянной температуре 20 °С потребуется 30 дней:
Кроме того, прямая солнечная радиация оказывает влияние на температуру тела. Температура насекомых, находящихся в покое и не подвергающихся прямому облучению солнцем, близка к температуре окружающей среды. В связи с тем, что температурный оптимум для различных видов колеблется в пределах 20...35° С, насекомые могут регулировать температуру тела не только за счет изменения мышечной активности (движение, полет), но и перемещения на освещенные солнцем прогретые участки или в тень.
Не менее важно влияние температуры на выживаемость организмов, особенно при значительных похолоданиях. Холодостойкость насекомых зависит от многих факторов. Виды, обитающие в более северных районах, более выносливы к низким температурам, чем южные; насекомые, зимующие открыто на растениях (яйца тлей, медяниц, гусеницы яблонной моли), переносят более низкие температуры, чем зимующие в почве, под снежным покровом (колорадский жук, гусеницы подгрызающих совок).
Как показали многочисленные исследования, смерть насекомого при наступлении отрицательных температур возникает от необратимых изменений, происходящих в цитоплазме клеток, в связи с ее обезвоживанием при кристаллизации воды, т. е. ее замерзании. Поэтому холодостойкость организма зависит от того, насколько долго цитоплазма его клеток может сохранять способность к переохлаждению без кристаллизации воды. Оказалось, что эта способность обеспечивается связыванием свободной воды и накоплением резервных веществ в организме в виде углеводов и жиров, понижением обмена веществ и т. д. А так же содержанием антифризов (белки которые не дают воде кристаллизоваться) в организме насекомых (божья коровка, тараканы, гусеницы, снежный скарпион, листовертки)
Необратимые биохимические изменения в цитоплазме клеток организма наступают и при чрезмерно высокой температуре среды. Теплостойкость насекомых также зависит от степени подготовленности организма и связанной с этим чрезмерной потери в первую очередь свободной воды. Поэтому насекомые, находящиеся в состоянии летней диапаузы (гусеницы летнего поколения лугового мотылька), могут выдерживать более высокие температуры, чем активные, а заблаговременно прекратившие питании имеют преимущество перед питающимися.
Температура их тела благодаря высокой энергии обмена (а у дневных видов также благодаря солнечной радиации) во время активности довольно стабильна и заметно превышает температуру окружающей среды.
Влажность среды. В теле насекомых, как и у большинства живых организмов, содержится большое количество воды, которая необходима в качестве среды для процессов обмена веществ и как средство теплообмена. Так, у имаго амбарного долгоносика содержание воды в теле колеблется в пределах 46--48% от общей массы насекомого, у гусениц некоторых чешуекрылых — до 90--92%. Обладая малыми размерами тела и большой испаряющей поверхностью, насекомые в сильной степени зависят от влажности среды. Поэтому они имеют ряд защитных механизмов для регулирования водного обмена. К их числу относятся морфологические, физиологические и экологические приспособления и реакции.
К морфологическим приспособлениям относятся: образование на кожных покровах водонепроницаемой эпикутикулы, воскового налета у тлей, кокцид и других равнокрылых, утолщение кутикулы у обитателей пустынь и сухих степей (саранчовые, жуки чернотелки и др.), изменение величины дыхалец, образование коконов и других защитных приспособлений у куколок и т. д.
К физиологическим механизмам регуляции водного обмена относятся такие приспособления, как питье или слизывание росы, отсасывание воды из непереваренных остатков пищи в заднем отделе кишечника, поглощение влаги кожными покровами при контакте с ней, поступление воды в организм с пищей. Так, за период развития саранчовые потребляют в среднем на одну особь от 200 до 500 г зеленых растений, причем с понижением влажности воздуха интенсивность потребления сочной пищи резко увеличивается.
Из экологических механизмов регуляции водного обмена известны изменения местообитания, выражающиеся в скоплениях некоторых видов насекомых под растительными остатками при понижении влажности воздуха, вертикальные миграции из более сухих слоев почвы в увлажненные и наоборот, а также появление летней диапаузы при резком понижении влажности воздуха и повышении температуры.
По степени требований к влажности среды насекомые неоднородны и проявляют определенную избирательнось как в целом, гак и в процессе развития отдельных фаз. По этому признаку различают гигрофильных, мезофильных и ксерофильных насекомых.
Гигрофильные виды заселяют сырые места, нуждаются в повышенной влажности. Так, стеблевой мотылек предпочитает долины и другие пониженные места с избыточным увлажнением, окукливание гусениц возможно при наличии капельно-жидкой влаги, а оптимальная для развития относительная влажность воздуха у этого вида составляет 80--100%.
К мезофилам относят умеренно влаголюбивые виды, например озимую совку, оптимум относительной влажности у которой находится в пределах 50--80%. Этот вид обычно заселяет засоренные паровые поля и пропашные культуры.
Примером ксерофильного, т. е. сухолюбивого, насекомого может служить пустынная саранча, или схистоцерка (Schistocerca gregaria Forsk), развивающаяся в сухих районах Африки и Ближнего Востока при оптимальной влажности 40--60%.
Совместное влияние температуры и влажности.
В природных условиях часто бывает трудно выделить влияние влажности и температуры, так как эти факторы действуют совместно. Так, в опытах И. В. Кожанчикова наивысшая плодовитость бабочек озимой совки — 840 яиц в среднем на одну самку — наблюдалась при температуре 20 °С и относительной влажности 85%; с повышением температуры до 30 °С плодовитость снизилась до 377 яиц, а при сочетании этой же температуры и повышенной относительной влажности 95% было отложено лишь 30 яиц. От сочетания температуры и влажности среды зависят также продолжительность развития и выживаемость организмов. Так, черный таракан в насыщенном влагой воздухе погибает уже при температуре 38 °С, тогда как в сухом выдерживает и температуру 48 °С.
Ветер. Влияние ветра сказывается главным образом на расселении насекомых. На значительные расстояния могут пассивно переноситься при движении воздуха не только мелкие насекомые (тли, отдельные виды бабочек и двукрылых), но иногда и их личинки. Так, гусеницы I возраста непарного шелкопряда, имеющие большую парусность (небольшая масса и длинные волоски, в 2 раза превышающие длину тела), переносятся ветром на расстояние свыше 20 км.
Во многих случаях ветер определяет полет и активно летающих насекомых. В этом случае различают положительный и отрицательный анемотаксис, т. е. полет по направлению или против ветра. Так, сливовый долгоносик летит против ветра, а луговой мотылек — по ветру. Пустынная саранча имеет сильный активный полет, но уже при ветре свыше 2 м/с стаи ее передвигаются лишь по ветру. В целом стаи пустынной саранчи перемещаются на десятки и сотни километров из области высокого барометрического давления в область низкого давления. Барометрический минимум сопровождается выпадением осадков, и осевшие стаи саранчи оказываются в условиях высокой влажности среды, благоприятной для их размножения.
Заключение
Анализируя материал по данной теме можно сделать вывод о том, что экологические факторы среды оказывают совместное воздействие на процессы жизнедеятельности насекомых. Они не только влияют на рост, развитие, размножение, но и определяют сезонную активность насекомых.
Список использованных источников и литературы
1. Абиотические факторы, биотические факторы окружающей среды: примеры https://fb.ru/article/270839/abioticheskie-faktoryi-bioticheskie-faktoryi-okrujayuschey-sredyi-primeryi
2. Абиотические факторы среды
https://ours-nature.ru/lib/b/book/2112180390/62
3. Абиотические факторы. Электронный учебник по биологии
https://bioslogos.ru/48-abioticheskie-faktory.html
4. Голов, В.П. Естествознание и основы экологии / В.П. Голов, Р.А. Петросова, В.И. Сивоглазов, Е.К. Страут. - М.: Дрофа, 2007. - 301 с.
5. Миркин, Б.М. Экология России / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова. - М.: МДС, 1995.
6. Панин, В.Ф. Экология. Часть 1: Учебное пособие / В.Ф. Панин, А.И. Сечин, В.Д. Федосова. - Томск: изд. ТПУ, 2000. - 132 с.
7. Действие экологических факторов на насекомых https://studfile.net/preview/5051096/page:10/
8. Распределение активности во времени суток
https://myzooplanet.ru/entomologiya-nasekomyih-knigi/raspredelenie-aktivnosti-vremeni-11479.html
9. Насекомые
http://karadag.com.ru/complex/insects
10. Сумеречные животные — характеристика, адаптация и примеры
https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fnatworld.info%2Fzhivotnye%2Fsumerechnyj-obraz-zhizni-zhivotnyh
11. Тайны мира насекомых Гребенников Виктор Степанович
https://bio.wikireading.ru/14261
Приложение №1 «Влияние света на активность насекомых»
Приложение №2 «Оптимальная влажность»
Приложение № 3 «Абиотический фактор – температура»