IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Чем похожи Человек и Муравей на примере процесса выведения Потомства.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Мир муравьев удивителен! Начав изучать эту тему в 2018 г. с установки домашнего формикария, я каждый день делаю удивительные открытия.
Ещё в 1978 году Захаров писал: «…В изучении муравьев теперь участвуют ученые различных специальностей: лесоводы и медики, математики и экологи, специалисты по проблемам управления, бионике и защите растений. Фронт изучения муравьев постоянно расширяется, в качестве объектов исследования используются все новые и новые виды. Разнообразнее становится тематика работ. В ряде стран изучением муравьев заняты целые лаборатории». [4, с. 15]
В 2014 году Международная космическая станция приняла необычных пассажиров: на нее было доставлено восемь групп муравьев. Цель данного эксперимента заключалась в том, чтобы понять, как эти крошечные организмы осваивают новую среду и приспосабливаются к ее условиям при минимальной гравитации и отсутствии централизованного контроля. Исследователи надеются, что однажды полученные результаты смогут быть применены в таких областях, как робототехника.
Научную работу возглавила Дебора Гордон – биолог из Стэнфордского университета. Результаты были недавно опубликованы в журнале «Frontiers in Ecology and Evolution». Для эксперимента использовались 800 дерновых муравьёв. Гнездом для них служила небольшая отгороженная камера. В ходе эксперимента ученые открывали камеру и выпускали муравьев в пластиковый контейнер. Как выяснилось, меньшие площади насекомые исследовали более тщательно. Хотя из-за большого скопления они были дезориентированы и постоянно сталкивались друг с другом. Однако исследование показало, что даже в таких условиях муравьи могли поддерживать взаимосвязь друг с другом и коллективно исследовать новое пространство. Однако практически нулевая гравитация усложняла эту задачу. Ученые также обнаружили у насекомых удивительную способность сохранять контакт со стенками контейнера.
В дальнейшем ученые планируют исследовать, как будут вести себя в аналогичных условиях другие разновидности муравьев. Однако вместо того, чтобы отправлять насекомых на МСК, исследователи намерены провести эксперименты в учебных лабораториях.
Я тоже решил поучаствовать в исследованиях муравьев.
В прошлой работе я ставил своей целью изучить жизнь муравьев и их поведение в условиях искусственного муравейника (формикария).
Цель актуальной работы – провести параллель между тем, как устроено Общество людей и Общество муравьев и доказать, что между нами сходства больше, чем кажется на первый взгляд.
Мною были поставлены следующие задачи:
Выделить основные факторы для сравнения двух Обществ;
Изучить выведение потомства муравьев в условиях искусственного муравейника, считая этот процесс самым наглядным для сравнения;
Сделать выводы.
Объект исследования- домашний формикарий.
Предмет исследования – Процессы, показывающие сходство устройства Общества муравьев и Людей.
При выполнении исследовательской работы использовались следующие методы исследования:
- Изучение и обобщение теоретического материала
- Наблюдение
- Анализ
- Фотографирование.
ТОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Общая характеристика муравьев
Кто такой муравей? Это насекомое из семейства жалящих перепончатокрылых. Одна мысль о том, что муравьи могут быть чем-то похожи на людей кажется абсурдной.
Человек — существо разумное. А о разуме муравьев, даже в зачаточном состоянии, говорить не приходится. По крайней мере, в человеческом понимании. А размеры? Мы ведь можем нечаянно раздавить муравья, даже не заметив этого. И все же внимательное изучение жизни муравьев не может не навести на мысль о поразительном сходстве общественной жизни человека и этих насекомых.
Заботы этих хлопотливых существ могут показаться некоторым просто недостойными серьезного разговора. Но есть в этих заботах нечто такое, что заставляет посмотреть на братьев наших меньших внимательнее и с уважением. И не потому, что их все еще много вокруг нас, что они освоили большую часть суши и почти везде стали самой сильной группой насекомых.
Нас привлекает в муравьях прежде всего то, что во многих их действиях мы можем найти какое-то подобие наших собственных дел и проблем. Муравьи относятся к тем немногим живым существам, которые не только сами приспосабливаются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам, своим задачам.
Муравьи с момента рождения и до самой смерти живут в системе, где каждый прекрасно знает и исполняет свои функции. Что это, как не Общество?
Конечно, Общество муравьев имеет ряд существенных различий с человеческой. Но в своей работе я хочу коснуться только похожих моментов.
И самое основное сходство - это Семья, в которой живут и люди, и муравьи.
Что общего между Человеком и Муравьем?
Система Общества муравьев и Общества людей
В мире, где живет Человек все систематизировано, это значит, что мы пытаемся подчинить правилам все процессы, которые происходят в нашей жизни.
Примером можем служить Дом. В наших домах у каждой комнаты есть своя функция: на кухне мы едим, в спальне- спим. Муравейник, искусственный или природный имеет такую же четкую систему: запасам пищи отведена отдельная камера, мусор выносится также в строго отведенное для этого место и.тд.
Функции муравьев в Обществе также четко систематизированы. Так же, как и люди в своем Обществе имеют статусы на работе- Начальник- Подчиненный, в Семье- папа, мама, ребенок, муравьи имеют четкое деление по ролям. Глава муравьиного Общества- Матка, есть солдаты, есть рабочие. Каждый муравей с рождения знает свою роль и обязанности, которые должен выполнять.
Рис.1 Роли муравьев
1.2.2.Обучение и общение муравьев
Наблюдая за муравьями, я замечал, что они касаются друг друга усиками, так они общаются между собой и передают свой опыт и знания друг другу.
Обучение и передача знаний от одного к другому – одно из важнейших сходств муравья с человеком. Учёные экспериментально доказали, что муравьи способны к обучению и делают это намного быстрее остальных насекомых. Они прекрасно различают геометрические фигуры, например, трёх- и четырёхугольник. Набираться жизненного опыта муравьям помогают две врождённые особенности, во-первых, это очень хорошая память и во-вторых, для них характерна реакция подражания - одни особи копируют и запоминают действия других своих собратьев. Благодаря этому умудрённые жизнью старые муравьи учат молодёжь уму-разуму так же, как учителя в школах учат детей.
1.2.3. Рождение и воспитание Потомства
В своей работе я провожу наблюдения за муравьями рода Messor structor степные муравьи-жнецы. В 2018 г. я заселил колонию муравьев в формикарий (искусственный муравейник) и в результате проведенных наблюдений установил предпочтения в питании, поведение муравьев в опасных ситуациях, а также понял роли каждого члена семьи.
В какой-то момент я заметил появление яиц в формикарии и понял, что начался процесс выведения потомства. Чем дальше я наблюдал за ним, тем более ясно мне становилось, что рождение и воспитание Потомства у муравьев и те же процесс в Обществе людей имеют поразительное сходство!
Процесс выведения потомства стал основой для моей Практической работы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Признаки начала процесса выведения потомства
Почти все виды встречающихся у нас муравьев выращивают молодых самцов и самок весной, чтобы к концу весны, либо летом они смогли улететь и дать начало новым колониям. У мессоров стратегия совершенно иная: молодые способные размножаться особи выращиваются к концу лета. Далее крылатое поколение зимует в родном муравейнике и вылетает к началу новой весны. В то время, когда у других муравьев матки еще в состоянии личинки, мессоры уже начинают выращивать первое поколение новых рабочих. Казалось бы, к чему такие странности? Ответ прост: в степях и полупустынях самые благоприятные условия для создания новых колоний появляются весной, когда среднесуточная температура не так высока и сохраняется влажность почвы.
То, что муравьиная семья стоит на пороге появления потомства можно понять по следующим признакам:
1. Брюшко матки становится блестящим и увеличивается в размерах.
Рис. 2
Матка муравьиной семьи готовиться к выведению Потомства (рис.2).
2. Муравьи начинают хаотично передвигаться по формикарию, проявляя повышенную активность.
Такое поведение связано с тем, что муравьи пытаются создать все условия своей Королеве (рис.3), чтобы той было комфортно отложить яйца.
Подобное состояние присутствует в любой человеческой Семье перед появлением ребенка. Все члены Семьи проявляют заботу о будущей Маме (рис.4).
|
Рис.3 |
Рис.4 |
Этапы появления муравьев
Известны 4 стадии развития муравья:
1. Яйцо
2. Личинка
3. Куколка
4. Взрослая особь (имаго)
Так же, как ребенок постепенно развивается и проходит все стадии развития от яйца до готового к рождению малыша, так и муравей развивается постепенно.
Рис. 5
Рис. 6
Единственная существенная разница - как правило, процесс развития муравья от яйца до взрослой особи занимает 1 месяц. У человека- 9 месяцев.
2.2.1 Кладка яиц
Как только муравьиная Матка отложила яйцо, можно заметить, что среди муравьев- рабочих выделяются отдельные особи которые с этих пор будут выполнять только одну функцию: заботиться о Потомстве. Мирмекологи (ученые, изучающие муравьев) называют их муравьи- няньки.
После появления яйца муравей-нянька относит его в отдельное место в формикарии. Здесь оно кладется на кучку таких же белых крупиц, которая называется пакетом (рис.7).
Рис. 7
В кружочке - пакет яиц, которые собраны муравьями.
Уже на этом этапе я могу провести параллель с Обществом людей. Как только малыш появился на свет, в роддоме его относят в специальное детское отделение (рис.8). Так же, как и муравьи относят яйца в отдельное место, отделяя взрослых особей от будущего потомства (рис.9).
Рис. 8
Рис. 9
У большинства муравьев яйца характерной продолговатой формы, у высокоразвитых листорезов они округлые, а у некоторых примитивных видов — почти палочковидные. Размеры яиц, отложенных даже одной и той же маткой, не всегда одинаковы, однако и самые крупные не более полумиллиметра в длину, обычно же яйцо гораздо меньше.
По моим наблюдениям, к пакету постоянно подбегали рабочие. Кто-то быстро облизывал пакет, кто-то подолгу перекладывал его, собирая по-новому, а кто, взяв из кучки яйцо, носил его, потом опять возвращал на место.
Как только яйцо отложено, его сразу начинают кормить (рис.10). Теперь в обязанности рабочих-нянек входит кормление личинок. Муравьи-няньки действительно не просто перебирают и перекладывают яйца, они их лижут, и дело здесь не в особой чистоплотности муравьиного рода. Слюна муравьев содержит питательные вещества. Всасываясь, они проникают сквозь оболочку, и яйцо постепенно увеличивается в объеме. Выходит, в отличие от яиц многих насекомых, муравьиное яйцо в том виде, как оно подхвачено рабочим-повитухой, еще не содержит всего количества питательных веществ, потребного для созревания личинки. Благодаря питающему облизыванию яйца разрастаются, а одно временно слюна, обладающая бактерицидными свойствами, убивает на их оболочке споры губительной плесени и склеивает их в пакеты.
Ровно так же происходит у людей. Как только ребенок родился, первым делом его кормят (рис.11). И причины этого абсолютно такие же:
- молоко, попадая в желудок малыша запускает процесс пищеварения, которым человек пользуется всю жизнь;
- молоко мамы, попадая в желудок ребенка, защищает организм малыша от любого вида бактерий.
Рис. 10
Рис. 11
2.2.2. Появление личинок
Из созревшего яйца вылупляется личинка. Она настолько мала, что ее движения для невооруженного глаза незаметны. Впрочем, муравьи-няньки обнаружат ее и унесут из пакета яиц в пакет молодых личинок. С помощью увеличительного стекла удается рассмотреть, что желто-белый червячок-личинка состоит из 12 колец, что она безглаза, безнога, что у нее только намек на усики.
Рис. 12
Кормятся личинки обычным способом и, поглощая уйму пищи, растут во много раз быстрее, чем яйца.
2.2.3. Личинка превращается в куколку
Но вот личинка, получившая некий минимум пищи, завершает рост и начинает окукливаться. Она выпрямляется, становится жесткой, приобретает очертания муравья, но эта куколка пока абсолютно белая (рис.13, рис.14), только черные глаза отличаются по цвету.
Рис. 13
Рис. 14 Куколка муравья в увеличенном виде
Совершенно белые и почти прозрачные, куколки со временем мутнеют, становятся рыжеватыми, а потом и совсем темнеют (рис.15).
Рис. 15
2.2.4 Появление имаго (взрослой особи)
Невозможно себе представить ребенка, предоставленного самому себе. Родиться ему помогают врачи, ухаживают за ним- все члены семьи, в садике- присматривают воспитатели, в школе учат учителя.
Для меня было открытием понять, что все то же самое работает у муравьев.
Ни яйца, ни личинки, ни куколки не предоставлены самим себе. Рабочий муравей-нянька принимает только что снесенное маткой яйцо. Другой муравей-нянька переносит вылупившуюся из яйца крохотную личинку и присоединяет ее к живому пакету. И, наконец, муравьи помогают личинке выбраться из кокона — ведь когда созревшему насекомому приходит пора освободиться от оболочки, челюсти его обычно слишком мягки. Рабочие муравьи не без труда извне разрывают прочную оболочку кокона куколки, помогая новорожденному муравью появиться на свет (рис.16). Они делают это хоть и без особых церемоний, но и не причиняя никакого ущерба, что очень важно: муравей еще нежен и хрупок.
Рис. 16
И вот, наконец, новорожденный муравей (рис.17). Он как правило, светло-коричневого, почти рыжего цвета. Тут же его окружают несколько муравьев-нянек, которые учат его вставать на ножки и передают другие знания о жизни в формикарии. Так же как воспитатели в детском саду и учителя в школе передают знания детям.
Рис. 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возникновение муравьев неразрывно связано с возникновением семьи (сообщества, общины) этих насекомых. Семья - постоянное, многолетнее объединение отдельных насекомых, взаимодействующих друг с другом, зависящих друг от друга и от общины в целом. Связь муравья с семьей столь велика, что изолированный одиночка неизбежно погибает.
Все члены Семьи проявляют заботу о будущей Маме, которая ждет малыша. Ей должно быть комфортно во всем. Это работает и в Обществе людей, и в Семье муравьев.
Развитие муравья происходит по определенным стадиям. Так же, как и развитие маленького человека до его появления на свет.
Только что появившееся яйцо содержится в формикарии отдельно от взрослых особей, подобно тому как новорожденный малыш находится в специальном детском отделении в роддоме.
Кормление- первый процесс, который запускает все другие жизненные процессы как у муравья, так и у Человека.
Обучение – ключевой процесс в воспитании маленького муравья в Обществе, так же, как и обучение ребенка.
Я нашел много поразительно схожего в процессе появления и воспитания Потомства в Обществе людей и в муравьиной семье. И считаю, что Человек и Муравей похожи в самом главном: семья - это самая главная ценность в жизни.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свободная Интернет-энциклопедия Википедия: http://ru.wikipedia.org.
2. Сайт о муравьях и мирмекологии: http://antclub.ru
3. Планета муравьев «Antplanet»: http://antplanet.ru
4. И. Халифман. Муравьи. 1963г.
5. А.А. Захаров. Муравей, семья, колония. 1972.
6. Фотографии различных видов муравьев и интересные особенности их жизни. http://klop911.ru/muravi/omuravyax/muravi-raznyx-vidov-na-foto.html