Муравьи. Необычное в обычном

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Муравьи. Необычное в обычном

Гатауллин А.Р. 1
1МБОУ "Гимназия №122 им. Ж.А. Зайцевой"
Сабиров Р.М. 1
1Казанский Федеральный Университет
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Муравьи – наиболее эволюционно-продвинутое семейство насекомых с точки зрения этиологии, экологии и физиологии. Их семьи представляют собой сложные социальные группы с разделением труда и развитыми системами коммуникации. Кроме того, многие виды муравьёв поддерживают высокоразвитые симбиотические отношения с другими насекомыми, грибами, бактериями и растениями (Приложение. Рисунок 1).

Как много картинок появляется в голове: огромные муравейники, непрерывные работяги-муравьи. В последнее время очень популярны муравьиные фермы, а меня, как любителя животного мира, затронула эта тема. Я решил написать исследовательскую работу про муравьев, которые обитают на территории Казани.

ЦЕЛИ

Выяснить, какие виды муравьев водятся в природных зонах Казани (парки, лесопарки, скверы и т.д.)

Исследовать муравейники

Сравнить размер и окраску муравьев

Изучить особенности строения и поведения муравьёв.

Изучить влияние муравьев на экологическую обстановку.

АКТУАЛЬНОСТЬ: иногда под ногами скрывается целый мир – интересный и неизведанны, а мы об этом не знаем!

ГИПОТЕЗА: все муравьи разные, даже если они одного вида. А для каждого подвида нужны определенные условия проживания и каждый приспосабливается к этим условиям по-разному.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Муравей

Муравей принадлежит к классу насекомые, типу членистоногие, отряду перепончатокрылые, семейству муравьи. Появились муравьи на нашей планете 200 млн лет назад (в верхнем мезозое). Сначала это были подземные хищники, и лишь значительно позднее они освоили поверхность земли и забрались на деревья. Живут муравьи семьями, причем такими большими, что пересчитать членов семьи не так-то просто. Основу питания почти всех муравьев составляют два компонента: углеводный и белковый. Углеводный – падь – сладкое выделение тлей и других хоботных насекомых (червецов, щитовок, некоторых цикадок), белковый - различные беспозвоночные, в основном, насекомые. При этом углеводный потребляется в основном взрослыми особями, а белковый – личинками. Также муравьи могут питаться соком растений, нектаром, грибами, семенами. Вся пища, которую собирают муравьи, переносится в гнездо и распределяется между всеми членами семьи. Муравьи строят свои гнезда чаще с южной стороны дерева, в почве, под камнями, лежащими на земле бревнами. Некоторые заселяют старые пни либо делают муравейник под корой засохших деревьев.

Муравейник

Муравейник внешне напоминает гору травинок, веточек, кусочков почвы, но в действительности это грамотно организованное жилище, внутри которого кипит интересная жизнь. Сверху устройство муравейника представляет собой насыпь конусообразной формы с небольшими отверстиями-входами. Такая форма неслучайна — она позволяет муравейнику хорошо прогреваться солнцем, не промокать при дожде, получать необходимый доступ кислорода (Приложение. Рисунок 2).

Размер муравейника у разных видов может быть от жёлудя до двухметровых куполов. Муравьи используют в качестве строительного материала хвоинки, сухие травинки, сухие почки, кусочки коры, чешуйки шишек, а также комочки почвы, мелкие камешки. Все это уложено так, чтобы капли воды легко скатывались по наружной поверхности муравейника.

От каждого муравейника в разные стороны отходят тропы разной длины. Если присмотреться внимательнее, то можно увидеть, что вблизи муравейника тропы более четкие, протоптаны достаточно хорошо, но через несколько метров они становятся малозаметными, а затем и вовсе исчезают. Некоторые дорожки ведут к деревьям. По ним муравьи движутся с какой-нибудь добычей или материалом для постройки гнезда. Тропы прокладывают рабочие муравьи. По этим тропам муравьи бегают, в основном посещая тлей, находящихся на листьях, а также в трещинах коры берез, дубов и елей. Тли питаются соками растений, содержащими много сахаристых веществ, которыми обогащены и их экскременты. При раздражении, например, когда муравей «щекочет» ее усиками, тля выделяет из заднего конца брюшка сладкий сироп – падь, – который муравьи очень любят. Муравьи охраняют тлей, а на зиму прячут их в муравейник.

С годами муравейник вырастает до нескольких метров в высоту. Открытые входы, которые охраняются многочисленным войском солдат, являются вентиляционными шахтами, через которые в муравьиный дом постоянно поступает воздух. Изнутри муравейник поражает продуманностью, отлаженной работой строителей. Внутри это сооружение представляет собой совокупность ходов, которое имеет множество выходов, различных камер. Строение углубляется под землю, делится на две части и вмещает целую колонию трудолюбивых обитателей.

Каждая эта часть поделена на камеры, которые выполняют определенные функции:

Комната королевы. В ней проживает матка, там же она откладывает яйца. Ухаживают за ней рабочие муравьи, которые перекладывают яйца.

Хранилище для яиц. Сюда муравьи приносят яйца, следят за обеспечением условий для их развития.

Камера для личинок. Вылупившиеся муравьи по форме напоминают червей и отличаются ненасытной прожорливостью. Их размещают по несколько штук в одной камере и обеспечивают пищей.

Предусмотрена в устройстве муравейника и камера хранения продуктов. Причем имеются отдельные помещения для зерен, семян, частей насекомых, тли.

Склад для хранения мусора.

Помещение для зимовки.

Камеры соединены многочисленными ходами, которые тщательно охраняют муравьи-солдаты. С наступлением холодов или приближением опасности отверстия муравьиного дома закрываются.

Виды муравейников

Муравейники бывают разных видов: подземные, купольные, древесные.

Купольный муравейник устроен очень сложно. Купол муравейника, построен из веточек и хвои. Поверхность купола пронизана многочисленными входами, которые открываются и закрываются муравьями в зависимости от времени суток и погоды. Подземная часть гнезда, где зимует семья, и располагаются камеры с кормовыми запасами, расположена под куполом и уходит на глубину до метра-метра и 50 сантиметров

Подземный муравейник устроен так же очень сложно, достигать в глубину он может до десяти метров. Состоит он из многочисленных камер. Каждая камера предназначена для своей цели. Муравьи могут строить свои гнёзда в старых упавших деревьях, или под их корой. Рядом с такими муравейниками можно часто увидеть горки древесных опилок.

Жизнь муравьев

Муравьи, как было уже сказано, социальные и общественные существа. Для них никогда нет сделанной работы, а некоторые муравьи, которые, на первый взгляд ничего не делают, служат заменой, ведь если рабочий или солдат погибнет, то они придут им на замену, а жизнь в муравейнике продолжится без перебоев.

Ориентируются муравьи в пространстве по наземным предметам, а также по свету солнца и луны. Муравьи способны воспринимать окружающий мир с помощью феромонов (химические вещества, выделяемые муравьями). Запахи вообще играют важную роль в жизни муравьев. Самки, например, выделяют пахучие вещества, которые распределяются по всем рабочим муравьям. Стоит этому запаху исчезнуть, как муравьи начинают воспитывать из личинок не рабочих особей, как было раньше, а самок. Умерших муравьев они находят тоже по запаху и выносят их из гнезда. Если таким веществом смочить живого муравья, они и его выбросят из муравейника.

«Переговариваются» муравьи друг с другом соприкосновением антенн, расположенных на голове. Так они передают различную информацию на понятном лишь им языке.

Муравьи разрыхляют почву, создавая условия для снабжения ее воздухом, ускоряют разложение растительных остатков и удобряют почву гумусом, уничтожают много насекомых. При этом, листогрызущие насекомые составляют до 90% их пищевого рациона. Муравьи могут подавлять очаги массового размножения насекомых. Четыре средних гнезда на одном гектаре хвойного или смешанного леса (в дубравах – 5-6 гнезд) гарантируют защиту леса от листогрызущих насекомых-вредителей.

Кроме того, муравьи улучшают водный режим почвы и регулируют ее кислотность. Под муравейником обычно она более легкая и менее кислая.

В природе муравьиные гнезда используют кабаны и различные птицы (вороны, скворцы, дрозды, сойки, дятлы) в качестве «санитарных ванн», таким образом очищаясь от паразитов. Тем самым, правда, они наносят муравейникам различные повреждения. Гнездо после этого может погибнуть, распасться на несколько, муравьи могут сменить место поселения или присоединиться к другому муравейнику.

Муравьей-биоиндикатор

Муравьи – чувствительные насекомые к различного рода загрязнениям. Они как биоиндикаторы могут определить степень загрязнения почвы. Одни виды могут существовать только на экологически чистой местности, другие способны выдерживать влияние различных загрязнений почвы. Одним из перспективных объектов биоиндикации являются муравьи. Муравьи распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга почвы.

Муравьи чутко реагируют на изменения среды обитания, способны быстро перестраивать свой дом, меняя его форму и размеры в довольно широких пределах. Изменения, возникающие в структуре их сообществ, отражают устойчивые тенденции, происходящие в экосистемах, что позволяет использовать эту группу как биоиндикатор при изучении антропогенного воздействия на природные комплексы

Ученые доказали, что муравьи способны к обучению, у них хорошая память, они копируют и запоминают действия своих собратьев. Они дружно строят купол муравейника, вместе тащат добычу в гнездо. Муравей может поднять груз почти в 100 раз тяжелее собственного веса. У муравьев самый большой мозг по отношению к телу. Муравьи живут около 6 лет и никогда не спят.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В Центральной России обитает свыше 150 видов муравьев, таких крупных родов как Camponotus, Formica, Lasius и Messor.

Исследование лесопарковых зон

На территории Казани я исследовал 5 лесопарковых зон, включая зоны около зданий. Как показала практика, найти муравьев в городе не так просто. Я исследовал лесопарковую зону «Лебяжье», «дворик» около спорткомплекса «Тасма», лесопарковую зону «Дубравная», школьный двор, а также парк им. Урицкого. Было найдено 3 разных вида муравьев: садовый бледноногий, черный садовый и лесной. Каждый вид муравьев я поместил в специальный контейнер для дальнейшего исследования (Приложение. Рисунок 3).

 

Школьный двор

С/к «Тасма»

Л/п «Лебяжье»

Л/п «Дубравная»

Парк им. Урицкого

Lasius aliensis

Не найден

На сосне и под березой

Найден на сосне

Найден на осине

Не найден

Formica polyctena

Не найден

Не найден

Найдено 2 муравейника

Не найден

Не найден

Lasius niger

Не найден

Не найден

Найден на сосне

Не найден

Не найден

Определение видов

Для того, чтобы уточнить, какой вид муравьев я нашел, мне помог декан биологического факультета КФУ Сабиров Рушан Мирзович и старший преподаватель Беляев Александр Николаевич. Как оказалось это очень кропотливая работа, ведь кроме самого вида существуют и его подвиды, которые отличаются незаметными чертами, например, у одного жвала и голова одной формы и цвета, а у того же самого вида подвид может иметь совершенно другие характеристики! Мы использовали справочник муравьев, где есть изображения даже формы головы, которая, на первый взгляд, ничем не отличается от других. Сам я решил посмотреть муравьев дома под микроскопом, сравнить со справочником и сделать описание (Приложение. Рисунок 4).

Formica polyctena: на голове небольшая выемка, щечки темно-оранжевого цвета, грудка оранжевого цвета, на теле есть микро-волоски. На брюшке также присутствуют маленькая щетинка, имеет размер около 7-10 мм. Ноги у него черные с темно-коричневым. Скорее всего, я поймал рабочего, т.к. он не имеет крупных жвал (Приложение. Рисунок 5).

Lasius aliensis: имеет черный, на грудке и на двух задних ногах коричневый, окрас, по всему телу имеет маленькие волоски. Определить касту рода Lasius куда сложнее, ведь различить рабочего и солдата у этого вида очень сложно. Длина у него 2-4 мм (Приложение. Рисунок 6).

Lasius niger: он имеет темно-коричневый окрас, начало брюшка немного светлее, но это не очень незаметно. Очень похож на Lasius aliensis, но отличается только окрасом. Длина 3-5,5 мм (Приложение. Рисунок 7).

Эксперимент «Защита»

Я слегка пошевелил палочкой муравейник, потревоженные муравьи забегали и приняли оборонительную позу. Подержав над муравейником ладонь, я почувствовал жжение и запах муравьиной кислоты – это яд, которым муравьи защищают себя и свой муравейник и убивают добычу. Вывод – муравьи защищают себя и свой муравейник (Приложение. Рисунок 9).

Эксперимент «Реакции муравьев на муравьев своего и чужого вида»

Взяв осторожно пинцетом одного муравья, я поместил его в «чужой» муравейник. Тут же он был атакован другими муравьями. Также с одного и соседнего муравейника я взял муравьев и через некоторое время поместил их обратно. Этих муравьев не тронули. Я сделал вывод, что каждая семья муравьев имеет свой запах и по запаху определяет чужих, воспринимает их как врагов и уничтожает их.

Исследование муравейников

Исследуя различные участки на территории Казани, я обратил внимание на различное количество муравейников в каждой зоне (Приложение. Рисунок 8).

Я наметил зону исследования – примерно 10*10м. Были взяты размеры муравейников. Все муравейники сложены из хвои, веточек, песка и чешуек.

 

Школьный двор

С/к «Тасма»

Л/п «Лебяжье»

Л/п «Дубравная»

Парк им. Урицкого

Муравейник

Скорее всего подземный

Скорее всего подземный или древесный

5 купольных муравейников + подземные + древесные

4 купольных муравейника + древесный

Подземный

Школьный двор. Тип – посадка деревьев – сосны, березы, дубы, каштан. На данном участке были обнаружены единичные муравьи, муравейники не обнаружены. Поэтому я сделал вывод о том, что, скорее всего, муравейник подземный.

Спорткомплекс «Тасма» и парк им.Урицкого. Тип – смешанный лес – сосны, березы. На данной территории были обнаружены муравьи, муравейники не обнаружены. Скорее всего подземный или древесный муравейники.

Лесопарковая зона «Лебяжье». Тип – лесопарк – сосны, ели. На данной территории обнаружены 5 купольных муравейников + подземные + древесные размером от 80*43 см до 120*62 см., а также обнаружены муравьи, обитающие только в подземных муравейниках.

Лесопарковая зона «Дубравная». Тип – лесопарк – сосны, ели. Обнаружены 4 муравейника размером от 43*23 см до 65*30 см + древесный муравейник.

Данные наблюдения проводились при разной температуре и влажности воздуха. Выяснилось, что количество муравьев выше при положительной температуре воздуха – от +5 С. При температуре 0 С и ниже на муравейниках не было ни одного муравья. Также в сырую дождливую погоду муравьи не выходили из муравейника. Я обратил внимание, что муравейников больше в лесу, чем в парке и на краю леса. Также они отличаются размерами. Чем больше муравейников на определенной площади, тем лучше экологическая обстановка в данных районах Казани.

Численность муравьев на единицу площади в лесах очень велика, поэтому они оказывают существенное влияние на экосистему земли. Они являются основными строителями почвы, поставщиками энергии, опылителями, мусорщиками, агентами биологической борьбы с вредителями, индикаторами состояния экосистем, а так же важной составляющей пищевой цепи.

Роль муравьев в природе

Муравьи играют в биоценозах огромную положительную роль. Прокладывая ходы гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растения. Кроме того, муравьи выделяют экскременты, заносят в гнездо различные органические остатки, и тем самым обогащают почву углеродом, азотом, калием, фосфором и многими микроэлементами, тем самым делая почву более плодородной. Таким образом, муравьи оказывают существенное положительное влияние на экосистему леса.

Вместе с тем, муравьи испытывают негативное влияние со стороны человека, когда чаще всего разрушаются муравейники или изменяется привычная для муравьев природная среда. На чистоту участков оказывают отрицательное воздействие промышленные предприятия, заводы, автодороги т.д.

Муравьи в экосистеме составляют одну десятую часть от общей биомассы на земле, и примерно равна общей биомассе людей. Если муравьи погибнут, род человеческий будет не в состоянии восполнить эти ресурсы. К сожалению, влияние антропогенной деятельности человека в природных экосистемах привело к тому, что десятки видов муравьев превратились во вредителей. Типичный пример этого фараонов муравей (Monomorium pharaonis), он же домовой муравей, который проник в наши жилища.

В природе не существует понятия «вредные-полезные» виды муравьев. Просто бывают ситуации, в которых один и тот же вид муравьев может приносить либо вред, либо пользу.  Например, муравьи-жнецы очень полезны в степи, где разносят семена растений. И они же в садах становятся вредителями.

ВЫВОДЫ.

Таким образом, в своей работе я выяснил и рассмотрел виды муравьев, живущих в Казани, изучил особенности их строения и поведения, исследовал муравейники и рассмотрел влияние муравьев на окружающую среду (Приложение. Рисунок 10). В результате этого были сделаны выводы:

Все муравьи разные, хотя внешне похожи.

В Казани муравьев легче найти в лесах, где больше хвои, т.к. им легче строить муравейники из хвоинок и других материалов.

Исследование муравейников показало также их различие.

Муравьи из одной семьи враждебно относятся к муравьям из других семей.

Муравьи являются показателем экологической обстановки на определенной территории.

Муравьи оказывают существенное положительное влияние на экосистему.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Так как муравьи играют в биоценозах огромную положительную роль необходима охрана муравьев и муравейников на исследуемой территории. Их нужно беречь и охранять. Я составил следующие рекомендации по охране муравьев:

Нельзя разорять муравейники.

Нельзя разжигать костер вблизи муравейника.

Нужно соблюдать правила поведения в лесу и парках.

Нужно убирать за собой мусор.

Меня очень привлекает этот удивительный мир муравьев. Хотелось бы попробовать расселить муравьев с целью увеличения количества муравейников на определённых участках, чтоб улучшить экологическое состояние земли. Я наблюдаю за муравьями не только в природе, но и в условиях формикария (Приложение. Рисунок 11). Также я составил схему формикария, сделанного своими руками, в котором продолжу свои наблюдения (Приложение. Рисунок 12).

ЛИТЕРАТУРА

Длусский Г.М. Муравьи рода Формика. М.: Наука, 1967.

Захаров А.А. Внутривидовые отношения у муравьев. М.: Наука, 1972.

Захаров А.А. Муравей, семья, колония. М., 1978.

Захаров А. А. Структура семьи и образование колонии у муравьев Formica s. str. (Hymenoptera, Formicidae) // Зоологический журнал. — 1974. — Т. 53, № 1. — С. 58–65.

Халифман И.А. Муравьи. М., 1963 г.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Просмотров работы: 176