Проект "Изучение процесса адаптации колонии муравьёв к искусственной среде обитания"

В процессе проведения работы над исследовательским проектом по биологии на тему «Изучение процесса адаптации колонии муравьёв к искусственной среде обитания» обучающийся 11 класса провел наблюдения за колониями муравьев, находящихся под воздействием внешних факторов, для изучения процесса адаптации муравьев к искусственной среде обитания.

Подробнее о работе:

В готовом исследовательском проекте по биологии на тему «Изучение процесса адаптации колонии муравьёв к искусственной среде обитания» автор сделал выводы о том, что муравьёв можно выращивать в домашних условиях, создав для них оптимальные условия. При этом опыт создания формикариев, изучения особенностей поведения различных видов муравьев в искусственной среде обитания можно использовать для создания миниатюрного живого уголка в школе.

Муравейник представляет собой продвинутое сообщество, в котором чётко прослеживаются сложные взаимоотношения: в поведении, общении, взаимовыручке. И нам, человеческому обществу, есть чему поучиться у этих удивительных, выносливых, трудолюбивых насекомых.

Оглавление

Введение
1.1 Общие сведения о муравьях
1.2 Мирмекология и история ее возникновения
1.3 Мирмикиперство
1.4 Актуальность работы
1.5 Цель работы
Материалы и методы исследования
2.1 Условия, необходимые для разведения муравьев
2.2 Общие сведения о формикариях
2.3 Использованные в работе виды муравьев
Результаты и их обсуждение
Список использованных источников

Муравьи (Formicoidea) — семейство жалящих перепончатокрылых. Общественные насекомые; образуют сложные семьи, состоящие из каст: самки, самцы, воины и рабочие особи. Самки и самцы - крылатые, рабочие особи — бескрылые. Крылья с редуцированным жилкованием. Муравьиная семья имеет одну или несколько репродуктивных самок, в зависимости от вида и размера семьи — называемых королевами или матками. Самки похожи на рабочих, но отличаются от них строением груди и, как правило, более крупными размерами. Имеют крылья, которые откусывают себе после оплодотворения [1, 2].

У многих муравьёв развито жало и ядовитые железы; в составе их выделений — муравьиная кислота. Длина бескрылых «рабочих» муравьёв — от 0,8 до 30 миллиметров, самки крупнее. Существует около 14 тысяч видов. Муравьи эволюционировали от предков, похожих на ос, в середине мелового периода между 110 и 130 миллионами лет назад. Распространены широко, кроме Антарктиды и Крайнего Севера; особенно многочисленны в тропиках. Преимущества, предоставляемые муравьям кооперацией, привели к тому, что на сегодняшний день они являются доминирующей по численности группой членистоногих [1, 2].

Муравьи живут семьями в гнёздах, называемых муравейниками, которые устраивают в почве, древесине, под камнями; некоторые сооружают муравейники из мелких растительных частиц. Питаются муравьи преимущественно соком растений, падью тлей и других сосущих насекомых, в период кормления личинок — преимущественно насекомыми. Есть также виды, питающиеся семенами и культивируемыми грибами.
Муравьи, как представители насекомых с полным превращением, в своём развитии проходят несколько стадий: яйцо, личинка, куколка и имаго. Из яйца вылупляется личинка — единственная растущая стадия насекомого.

Если яйцеклетка оплодотворена, то из неё вырастет самка, а если нет, то самец. Обычно яйца хранятся не по отдельности, а небольшими «пакетами». После инкубационного периода из яйца выходит малоподвижная червеобразная личинка, кормлением и уходом за которой занимаются рабочие особи. Наружные покровы личинки могут растягиваться только до определённых пределов, и в ходе роста происходят линьки. Соответственно принято различать четыре или пять возрастных стадий личинки.

Мирмеколо́гия (от др.-греч. μύρμηξ «муравей» + λόγος «учение») — наука, изучающая муравьёв. Самостоятельный раздел зоологии [1, 2, 3].
Карл Эмери - один из создателей и "праотцов" науки о муравьях, крупнейший мирмеколог конца XIX - начала XX веков. Карл Эмери внес выдающийся вклад в изучение фауны и систематики муравьев практически всех уголков земного шара, Северной и Южной Америки, Африки, Азии и Европы, Австралии. Эмери одним из первых подробно описал мирмекофауну Индо-Малайзии и Австралии.

Исследовал мирмекофауну тропической Америки. Эмери провел первую подробнейшую систематизацию всех знаний в области таксономии, фаунистики и систематики муравьёв. Он создал несколько "муравьиных" томов из фундаментальной монографической серии "Genera Insectorum. Hymenoptera. Fam. Formicidae".
Американский энтомолог и этолог Уильям Мортон Уилер - "праотец" и основатель современной американской мирмекологии.

Крупный русский ученый, один из последних ученых-энциклопедистов XX века, зоолог, ихтиолог и орнитолог, гидробиолог и паразитолог, энтомолог и мирмеколог, профессор Михаил Дмитриевич Рузский - один из создателей отечественной науки о муравьях и первый исследователь мирмекофауны России.

Мирмикиперство - наблюдение за жизнью, развитием различных видов муравьев и разведение их в искусственной среде обитания [3, 4]. Первым мирмикипером был Фрэнк Остин в 30-е годы XX века, известный изобретатель своего времени, профессор Дармутского колледжа, одного из древнейших университетов США. Остину пришла эта идея во время наблюдения за колонией муравьев, которая функционировала как единый организм для постройки своего дома.

Муравьи – общественные насекомые. Последнее время к поведению этих насекомых резко возрос интерес среди ученых [3, 4]. Поскольку в литературных источниках по этому вопросу крайне мало информации, то изучение внутривидовых особенностей поведения муравьев, представляет большой научный интерес.

Кроме того, опыт создания формикариев, изучение особенностей поведения различных видов муравьев в искусственной среде обитания можно использовать для создания наглядных учебных пособий или миниатюрного живого уголка в школе с целью формирования познавательных интересов и мотивов, направленных на изучение живой природы.
Следовательно, на основании анализа имеющихся немногочисленных литературных данных можно утверждать, что изучение адаптации муравьев к искусственной среде обитания является актуальным.

Целью данной работы было проведения наблюдений за колониями муравьев, находящихся под воздействием внешних факторов, для изучения процесса адаптации муравьев к искусственной среде обитания.

Аккуратность и ответственность - залог отсутствия неожиданных и фатальных случайностей в колонии. Муравьи любят стабильность. Кормить, поить, чистить необходимо регулярно. Методичное следование небольшому набору правил позволит избежать трагедий и неприятных неожиданностей.

Поддержание чистоты - в природе у муравьев много помощников в поддержании чистоты - всевозможные почвенные безпозвоночные постоянно доедают остатки со стола муравьев (а иногда даже полностью живут за счет муравьев). Необходимо оперативно убирать недоеденную муравьями еду, не использовать для кормления уличных насекомых. Нужно регулярно и пристально осматривать насекомых на предмет паразитов (клещи), а формикарий на предмет посторонней жизни (плесень, разлагающиеся остатки, те же клещи и т.п.).

Важно регулярно протирать снаружи формикарий и все пространство рядом дезинфицируюшим или просто моющим средством, регулярно и тщательно мыть инструмент: пробирки, пинцеты, кормушки, поилки, пульверизаторы и т.п.

Оптимальный уровень влажности. Почти все муравьи предпочитают повышенную влажность. А для выращивания расплода это вообще обязательное условие. Проще всего поддерживать высокий уровень влажности в формикарии позволяет увлажняемый гипсовый блок, который так же является основой формикария. Некоторые муравьи могут нормально жить и развиваться при обычной влажности воздуха, т.е. не требуют каких-то дополнительных мер для поддержания повышенной влажности. Однако доступ к воде должен быть в любом случае. Поилка - обязательный атрибут формикария.

Постоянный уровень температуры. Большинство «наших» видов муравьев не нуждается в дополнительном подогреве (а некоторые виды, например Myrmica, вообще любят прохладу). Но в целом, муравьи очень любят тепло - они становятся гораздо активнее и веселее. В тепле быстрее развивается расплод.

Достаточная вентиляция. Вентиляция так же важна, как и своевременное кормление. Она должна быть продумана (и протестирована) еще на этапе постройки формикария. Из-за недостаточной вентиляции в формикарии появится избыточная влажность, воздух может застаиваться - это может привести к губительному для колонии росту плесени или появлению паразитов. Излишняя же вентиляция может сильно снизить уровень влажности в формикарии, а это, скорее всего, очень негативно скажется на здоровье расплода - он может весь погибнуть.

Вибрации и свет. У муравьев нет органов слуха, но у них есть сенсилы — особые чувствительные волоски, способные воспринимать вибрации. Так что муравьи довольно хорошо ощущают всевозможные вибрации - от мягкого постукивания пальцами по формикарию до звуковых «ударов» громкой музыки. Все посторонние вибрации муравьи воспринимают как сигнал опасности — нервничают и паникуют [4, 5, 6].

Формикарий — искусственный муравейник, выполненный чаще всего из акрила или гипса. Формикарий — муравьиная ферма. Система формикария может быть разной – от несложных емкостей с землей, до сложных закрытых систем с автоматической регуляцией влаги, света и температуры. В любом формикарии должна быть арена, куда муравьи станут стаскивать весь мусор, и где они будут добывать еду.

В работе были использованы следующие виды муравьев: Messor structor (муравьи-жнецы), Camponotus vagus (муравей-древоточец черный),Acanthomyrmex glabfemoralis (муравьи-гномы) [5, 6, 7, 8].
Messor structor. Степной муравей-жнец, или европейский муравей-жнец (Messor structor) — вид муравьёв-жнецов рода Messor. Встречается в странах Средиземноморья, Южной и Восточной Европы. Строят гнёзда в почве (глубиной до нескольких метров). Зерноядные муравьи. Сбор зёрен производится большей частью на земле (опавшие зёрна), собранные зёрна хранятся муравьями в особых камерах и по необходимости выносятся на просушку.

Camponotus vagus. один из самых крупных видов муравьёв, обитающих в России. Их ареал обитания находится в Южной и Центральной Европе, где муравьи заселяют светлые, хорошо освещённые опушки и леса с песчаными почвами. Основная окраска тёмно-серая, почти чёрная, рабочие особи покрыты редкими, сероватыми волосками. Размер тела рабочих и солдат варьируется от 6 до 15 мм, самок 14-16 мм. C. vagus – очень быстрые и агрессивные муравьи, которые активно защищают свои колонии от хищников и других видов муравьёв. В гнезде у этих муравьёв находится только одна яйцекладущая матка.

Муравьи - гномы (Acanthomyrmex glabfemoralis). Распространение: Южная Азия: Вьетнам, Китай. Организация семьи: Согласно немногочисленным сведениям - моногиния. Количество в семье: предположительно несколько тысяч особей. Мелкие муравьи (менее 5 мм) с диморфичной кастой рабочих, кроме мелких рабочих есть вдвое более крупные солдаты, которые своими мощными жвалами перемалывают семена, как у муравьёв-жнецов рода Messor. Особенности вида: ярко выраженный полиморфизм, причем "солдаты" относительно больше по размеру. Солдаты передвигаются в перевалочку, чувствуется, какая тяжелая у них голова. Размер: матка: 3-5 мм, рабочий: 3-4 мм, солдат: до 4-6 мм, самец: 3-4 мм. Окрас: от коричневого до красно-коричневого разной степени интенсивности, самцы от темно-коричневого до черного (видеозапись прилагается).

В своих формикариях я провёл следующие наблюдения и эксперименты для того, чтобы оценить особенности поведения муравьев различных видов в условиях искусственной среды обитания.

Эксперимент №1
Гипотеза: из литературных данных известно, что кормить вид муравьёв Messor srtuctor (жнецы) глюкозным сиропом нельзя [7, 8].
Ресурсы: Для осуществления данного эксперимента в аптеке был приобретен стерильный 40% раствор глюкозы. Сироп был налит в специальную поилку, размещенную в формикарии, и затем началось наблюдение за активностью муравьев, подходами для питья и дальнейшими изменениями в поведении колонии.

Наблюдение: в ходе проведения эксперимента муравьи сохраняли привычную активность, осуществляли жизнедеятельность, регулярно делали подходы к поилке с глюкозным сиропом (рис. 1, 2).
Вывод: при регулярном включении в рацион глюкозного сиропа у данного вида муравьёв не выявлено проблем с развитием колонии

Эксперимент №2
Гипотеза: крылатые матки, пойманные в естественной среде обитания не способны нести оплодотворенные яйца в искусственной среде обитания (в условиях формикария)
Ресурсы: для проведения эксперимента был использован вид муравьев Camponotus vagus. В естественной среде была поймана крылатая матка Camponotus vagus и была помещена в инкубатор.

Наблюдение: матка, пойманная в естественной среде, была помещена в инкубатор. Через 7 дней матка отбросила крылья, с сохранением небольшой части одного из них. (рис. 3). Поскольку матка была оплодотворена, спустя 10 дней у нее появились первые яйца. Через 1 месяц у матки появилось первое потомство. На текущий момент колония составляет 20 муравьев (рис. 4). В связи с ростом колонии муравьи из инкубатора переселены в формикарий.
Вывод: Создание благоприятного микроклимата для матки пойманной в естественной среде, позволило обеспечить появление потомства и дальнейшее развитие колонии, приспособившейся к искусственной среде обитания.

Эксперимент №3
Гипотеза: муравьи-гномы (Acanthomyrmex glabfemoralis) исходно выбирают специальное место для мусора, не адаптируя его.
Ресурсы: арена формикария, шпатель для уборки мусора из формикария.

Наблюдение: в первые дни после заселения муравьи организовали место для мусора в центре арены формикария. За период наблюдения муравьи изменили место для мусора и по настоящее время муравьи продолжают складировать мусор в выбранном месте, в углу арены формикария, оставляя саму арену чистой.
Вывод: Таким образом, муравьи самостоятельно адаптировали свою жизнедеятельность к внешнему вмешательству.

Вывод по проведенным экспериментам: на основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что в определенных условиях изученные виды муравьев способны адаптировать свою жизнедеятельность к внешнему вмешательству без ущерба жизнедеятельности колонии.

Анализ изученной литературы и собственные результаты моего исследования по изучаемой теме позволили заключить о том, что муравьёв можно выращивать в домашних условиях, создав для них оптимальные условия. При этом опыт создания формикариев, изучения особенностей поведения различных видов муравьев в искусственной среде обитания можно использовать для создания миниатюрного живого уголка в школе.

Муравейник представляет собой продвинутое сообщество, в котором чётко прослеживаются сложные взаимоотношения: в поведении, общении, взаимовыручке. И нам, человеческому обществу, есть чему поучиться у этих удивительных, выносливых, трудолюбивых насекомых.

1. Биология: Энциклопедия / Под ред. М.С. Гилярова. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.-864с.
2. Жизнь животных. В 7-ми т. / Гл.ред. В.Е. Соколов. Т. 3.Членистоногие: трилобиты, хелицеровые, трахейнодышащие. Ониховоры / Под ред. М.С. Гилярова, Ф.Н. Правдина.-2-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1984.-463 с.
3. Новый иллюстрированный словарь / Под ред. В.И. Бородулина, А.П. Горкина, А.А. Гусева, Н.М. Ланда и др.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2005. - 912 с.
4. Гребенников В.С. Тайны мира насекомых.- Новосибирское книжное издательство, 1990. [Электронный ресурс]. URL:http://antclub.ru/ (дата обращения: 05.12.2016).
5. Новосибирские ученые доказали: муравьи умеют считать//[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. narodsobor. ru/ kalejdoskop /2745/– Дата доступа: 01.10.2015.
6. Муравьи. [Электронный ресурс]. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения:05.12.2016).
7. Муравьи-жнецы. [Электронный ресурс]. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения:05.12.2016).
8. Фотографии различных видов муравьев и интересные особенности их жизни. [Электронный ресурс]. URL: http://klop911.ru/muravi/o-muravyax/muravi-raznyx-vidov-na-foto.html (дата обращения: 05.12.2016).
9. Собственные фото- и видеоматериалы

 

Рис. 1. Кормление муравьев глюкозным сиропом

Рис. 2. Сохранение активности колонии

Рис.3 Матка Camponotus vagus

Рис.4 Колония Camponotus vagus

Рис.5.Организованное муравьями место для мусора

Рисунок 6. Чистая арена формикария