Научно - исследовательская работа" Секреты жизни муравейника"
Данная исследовательская работа может быть использована как дополнительный материал при изучнии темы " Насекомые" в 7 классе по биологии , а также как дополнительный материал при проведении исследовательской деятельности во внеурочное время. Содержательную основу исследовательского подхода в обучении составляет взаимосвязь между содержанием изучаемого материала, методами и формами обучения. Исследовательский подход в обучении помогает учащимся увидеть связи между явлениями и фактами, картину природы в целом При применении технологии исследовательской деятельности у учащихся расширяется кругозор, улучшается мотивация к изучению предмета.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 sekrety_zhizni_muraveynika.doc | 166 КБ |
| sekrety_zhizni_muraveynika.doc | 166 КБ |
Предварительный просмотр:
МБОУ «Благодарновская средняя общеобразовательная школа»
Исследовательская работа
«Секреты жизни муравейника»
Номинация: «Экология лесных животных».
Работу выполнили:
Савватеева Юлия 8 класс
Поспелова Мария 7 класс
Руководитель: Учитель биологии и химии
Козловская Е. Х.
Благодарное, 2012
Содержание
- Введение………………………………………………………………3
- Исследование экологических особенностей муравейника как экосистемы…..……………………..………………………………
2.1. Методика исследования……………………………………………..5
2.2. Результативность 1 года исследования…………………………......7
2.3. Особенности строения рыжих муравьев……………………………9
2.4 Описание муравейника………………………………………………10
2.5 Изучение внегнездовой деятельности муравьев…………………....15
3.Выводы 1 года исследования…….…………………………………...17
4.Литература…………………………………………………………….. 18
Полумрак и зной стоят в бору.
Смолы проступают сквозь кору.
А зайдешь в лесную даль и глушь,
Муравьиным спиртом пахнет сушь.
В чаще муравейники не спят –
Шевелятся, зыблются, кипят,
Да мелькают белки в вышине,
Словно стрелки, от сосны, к сосне…
С. Маршак
1.Введение.
Невольно вспоминаются эти прекрасные строки, когда вступаешь в вечно
таинственный, задумчивый и полный трепетной жизни зеленый сумрак леса.
Вряд ли найдется человек, который хоть раз не останавливался возле муравейника, завороженный таким далеким и в то же время необъяснимо близким нам миром этих удивительных 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 приспосабли-ваются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам, своим задачам. Муравьи — вечные строители. Гнезда многих видов поражают своими размерами, сложной и рациональной архитектоникой. Муравьям свойственно особое качество — «социальность», то есть обязательное существование только сообществами (семьями, общинами). Именно это качество позволило муравьям занять почетное место в мире беспозвоночных животных.
Всем известна роль муравьев в биоценозе - ускорение разложения растительных остатков, снижение численности зимующих и стволовых вредителей, и тем самым содействие приросту древостоя. Во многих отно-шениях муравейник представляет собой удобный модельный объект для ис-следования принципов организации биологических систем, структуры попу-ляции и ценозов и ряда важных для науки и практики проблем.
Изучение образа жизни муравейника, внегнездовой жизне-деятельности рыжих лесных муравьев мне представляется очень интересной и актуальной задачей. Поэтому я проводила исследования в течение двух лет.
Цель работы – выявить роль рыжих лесных муравьев в экосистеме леса.
Для выполнения данной цели ставились следующие задачи:
1 год исследования
- провести полевые исследования муравейника.
- провести ряд экспериментов по исследованию внегнездовой деятельности муравьев.
- выявить роль муравьев в экосистеме леса и предложить рекомендации по их охране.
Сроки изучения: июнь-август 2011 года, апрель- май 2012
Место: Ташлинский район, окрестности с. Благодарное
Проводимые исследования имеют практическую направленность. Нами не только исследуются экологические особенности рыжих муравьев, выясняется их важная роль в природе, но и производится охранная деятельность муравейников
2. Исследование экологических особенностей муравейника как экосистемы .
2.1. Методика исследования
В своей работе нами применялись методы: полевые исследования (метод закладки пробных площадок, геоботанического описания, изучение почвы), работа с научно-популярной литературой, статистический метод обработки результатов, метод наблюдения, метод лабораторных исследований, метод эксперимента, измерения параметров муравьиных гнезд и протяженности троп с помощью рулетки.
Исследовательская работа проводилась по плану:
- Изучение научно – популярной литературы и определение общих особенностей объекта исследования - Рыжий лесной муравей (Formica rufa) - общественное насекомое.
- Обследование окрестностей села Благодарное, нахождение муравейника и определение его характеристик.
- Изучение внегнездовой жизни муравьев:
- выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков, защита муравьев;
- перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт.
4. Изучение муравьиных троп.
5. Проведение кратковременного лабораторного эксперимента по доказательству « социальности» муравьев.
6.Определение роли муравьев и составление рекомендаций по их охране.
7.Проведение охранных мероприятий изучаемых муравейников.
Метод закладки пробных площадок.
Метод пробных площадок применяется для малоподвижных или неподвижных особей, наиболее часто для проведения геоботанического описания.
1. Для закладки пробной площадки требуется следующее оборудование 4 колышка, веревка размером 10м х на 4 с разметкой, компас. Для изучения лесного сообщества надо заложить пробную площадку размером 20 х20 м2.
2. Определить среднюю длину шага.
3. По компасу от колышка №1 отсчитать шагами расстояние на север, потом на восток. Точку №4 найдите, двигаясь от точки №3 на запад.
4. Приступить к описанию пробной площадки.
Методика геоботанического описания.
Для упрощения проведения описания параметров физической среды и самого фитоценоза разработан бланк описания участка растительного покрова , т.е. таблица с заранее расчерченными графами для каждого параметра описания среды. Бланки заполняются непосредственно в полевых условиях - на месте проведения описания. Мы использовали простейшую методику геоботанического описания леса А.С. Боголюбова и А.Б. Панкова
Методика исследования почвы .
Берем образцы почвы и определяем характеристики свойств почвы используя таблицы.
Таблица 1.Определение механического состава почвы.
Характеристика комочков почвы | Механический состав почвы |
1. Не скатывается в шарик | песок, глинистый песок |
2.Скатывается в шарик | супесь |
3.Скатывается в колбаску с тонким кончиком, легко ломается при изгибе | легкий суглинок |
4. Скатывается в колбаску с тонким, острым кончиком при изгибе ломается | суглинок |
5.Скатывается в колбаску с тонким, острым кончиком, легко сгибается в подковку | тяжелый суглинок |
6.Легко сгибается в кольцо | глина |
Таблица 2. Определение влажности почвы.
Характеристика комочков почвы | Влажность почвы |
1. Почва рассыпается на мелкие частицы, не оставляет ощущение прохлады | сухая |
2.почва слегка холодит руку | свежая |
3.почва заметно холодит руку | увлажнённая |
4.В трещинах и порах заметно присутствие влаги, почва сильно холодит руку | влажная |
5. При сжатии комочка почвы выделяется капля воды | сырая |
6.Из комочков почвы или из стенки почвенной прикопки выделяется вода | мокрая |
Степень изменения почвы под воздействием человека может быть оценена по глубине проникновения лопаты, на которую одновременно становится два ученика. Определив глубину, на которую вне её проникает остриё лопаты, вы сможете оценить степень уплотнения почвы.
Кислотность почвы определяется с помощью лакмусовой бумаги. Берется образец почвы и если произошло изменение окраски с желтой на малиновую, следовательно почва кислая.
Температура почвы, внутри гнезда определяется атмосферными и почвенными термометрами.
Методика суточной активности муравьев – долговременные наблюдения, методика изучения эффекта группы – длительный по времени лабораторный эксперимент.
2.2.Результаты 1 года исследования
2.2.1. Общие данные о муравьях.
Изучив научно- популярную литературу, мы выявили следующие общие данные о муравьях. В мире известно около пятнадцати тысяч видов муравьев. Все они ведут общественный образ жизни, так как муравьи живут общинами или колониями. Среди муравьев есть и хищники, и поедатели семян, и грибоводы. Рыжий лесной муравей (Formica rufa) относится к отряду перепончатокрылых классу насекомых. Это самый обычный и часто встречающийся в России, он строит гнезда- муравейники высотой до 1 м. Formica rufa обитают в хвойных, смешанных и лиственных лесах возрастом свыше 40 лет, хотя одиночные гнезда встречаются в биотопах с густым подлеском. Их муравейники могут встречаться на открытых, хорошо прогреваемых полянах и опушках.
Все муравьи – общественные насекомые, живущие семьями. Число особей может колебаться от нескольких десятков до нескольких миллионов. Семья муравьев — многолетнее, четко организованное сообщество индиви-дов, состоящее из половых особей (самцов и самок), а также рабочих мура-вьев, которые являются недоразвитыми, бесплодными в обычных условиях самками. Роль самцов сводится к оплодотворению молодых крылатых самок. Самцы обычно появляются в муравейнике незадолго до брачного лета и вскоре после спаривания погибают. Самка оплодотворяется один раз и полу-чает при этом огромный запас спермы, которая в ее организме расходуется постепенно в течение всей жизни. Продолжительность жизни муравьиной самки максимальна для мира насекомых — до 20 лет. Оплодотворенные самки сбрасывают крылья и либо основывают новую семью, либо остаются в своем муравейнике. Иногда молодых самок принимают в другие, уже существующие семьи своего вида.
Общество муравейника можно разделить на группы:
Наименование | Функции |
Плодущие самки (матка, царица)
Самцы (трутни)
Рабочие – бесплодные самки , бескрылые (носильщики, няньки, уборщицы, строители, фуражиры, разведчики, охотники, солдатики). | Размножение и расселение
Размножение
Уход за самкой, самцом, потомством; строят и охраняют гнезда, снабжают пищей |
2.3.Особенности строения рыжих муравьев следующие
1.Размеры тела от 0,8 до 30 мм. Окраска от светло-жёлтой до черной.
2.Хитиновый наружный скелет служит основой, к которой прикрепляются поперечнополосатые скелетные мышцы.
3.Дыхательная система муравьев, как и у подавляющего большинства других насекомых, трахейная. Трахеи открываются наружу дыхальца ми, или стигмами .
4. Гемолимфа («кровь») муравьев — бесцветная жид кость. Она циркулирует по телу насекомого благодаря работе спинного сосуда («сердца») — мускулистой трубки, проходящей вдоль всей спин ной поверхности тела.
5. Органы пищеварения у муравьев разделяются на предротовую камеру и собственно пищеварительный тракт. Предротовая камера – служит приемником для жидкой и полужидкой пищи. В ней происходит «сортировка» пищи – всё съедобное попадает в рот, а несъедобные частицы выделяются в виде комочков, имеющих форму камеры. Пищеварительный тракт состоит из переднего, среднего и заднего отделов. По образному выражению, зоб – это «общественный желудок» муравьев. Пища, хранящаяся в нем, распределяется среди всего населения гнезда.
6.Зрение у муравьёв развито слабо, а обоняние вкус и осязание – хорошо. Запах муравьи воспринимают жгутиком усиков. Муравьи великолепно различают тончайшие оттенки запаха, непостижимые для нас. Органы вкуса муравьев расположены на жгутиках усиков, на нижней губе. По запаху они определяют своих от чужих. По запаху они и находят дорогу к своему муравейнику. Пахучее вещество получило название феромон. У муравьёв их довольно много. Одни феромоны служат сигналом тревоги, другие заставляют чистить муравейник, ухаживать за царицей, воспитывать потомство.
7. Развиты ядовитые железы, выделяющие муравьиную кислоту. Все представители подсемейства Formicinae не имеют жала и при за щите используют челюсти и выбрызгивают экскрет ядовитой железы, при чем в зависимости от преобладания того или иного способа защиты железа может быть развита по-разному.
2.4. Описание муравейника.
Физико–географическое положение пробной площадки, на которой расположен исследуемый муравейник.
Исследуемый участок расположен в 400 м на юго – восток от с. Благодарное (см. приложение 2). Рельеф слегка всхолмленная равнина. Климат местности континентальный, с жарким летом и холодной зимой. Местность располагается в зоне степей, тип почвы дерново-подзолистая, супесчаная, грунтовые воды залегают на большой глубине. В травяном пологе сыртовых лесов много типичных дубравных растений. Весной расцветает хохлатка, ветреница, медуница, ландыш майский и чистяк. Позже к ним присоединяются купена лекарственная, звездчатка, душица, костяника, яснотка, будра плющевидная, перловник, земляника, фиалка сомнительная. Роскошный покров образует здесь папоротник орляк. В сыртовых дубравах много других трав, которых не увидишь в открытой степи: колокольчики, кипрей, горечавки, зорька, бутень, дягиль, шпажник, смолевка, марьянник. Видовой состав растительного мира разнообразен, доминирующие виды – дуб, осина, береза, подрост представлен осиной, терном, травянистый покров гораздо выше и гуще вокруг муравейников и состоит в основном из растений, требовательная к плодородию почв, но в тоже время способных произрастать на кислых почвах: ковыль на открытых участках, полынь, земляника лесная, крапива обыкновенная Кустарниковая, или дерезняковая, степь исследуемой территории образована зарослями вишни степной, бобовника. Травяной покров в кустарниковых зарослях представлен лугово-степным разнотравьем: душицей обыкновенной, кровохлебкой лекарственной, шалфеем степным, подмаренником настоящим, васильком русским с примесью ковыля красивейшего, костра безостого и других злаков.вейник. Исследуемый объект – муравейник.
Описание муравейника.
На исследуемой пробной площадке было обнаружено 3 муравейника. Наиболее крупный муравейник №1 располагается с южной стороны дерева под дубами. Купол муравейника высокий и крутой. Его высота - 78 см. диаметр – 1 м 20 см. Пологая часть муравейника находится с южной стороны. Рядом с ним на расстоянии 4 м расположены еще 2 муравейника, более низкие с высотой 50 и 60 см, но с таким же крутым куполом.
Весь муравейник № 1 пронизан ходами (особенно в середине и сверху), по которым муравьи таскают наружу мелкий строительный материал: древесные и травянистые частицы, веточки, хвою, чешуйки, травинки, листья.
Результаты исследования почвы.
Таблица 3.Сравнительная таблица характеристик почвы вдали и у муравейника.
Признаки | Показатели возле муравейника | Показатели вдали от муравейника |
Структура | Структурная | Менее структурная |
Механический состав | Легкий суглинок | Средний суглинок |
Степень утоптанности | слабо утоптанная около муравейника (лопата при сильном ударе вошла в почву на глубину 5 см. | почва среднеутоптан-ная, т.к. лопата вошла в землю на глубину 3,5 см. |
Влажность | увлажненная | свежая |
Температура | 24ºС | 22ºС |
Кислотность | Кислая ( изменение цве-та лакмусовой бумаги на красный) | слабо кислая |
Анализ таблицы.
По данным таблицы почва у муравейника более структурная, лучшего механического состава, более рыхлая, влажная, а следовательно и более плодородная. Температура почвы у гнезда выше, чем в дали. Это объяс-няется прежде всего тем, что внутри самого муравейника температура более высокая, чем снаружи, соответственно и почва также прогревается.
Кислотность почвы у муравейника также повышенная.
Вывод: в естественных биоценозах, гнёздостроительная деятельность муравьев, имеет важное почвообразующее значение:
- Прокладывая ходы гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растения. Кроме того, муравьи выделяют экскре-менты, заносят в гнездо различные органические остатки, и тем самым обогащают почву углеродом, азотом, калием, фосфором и многими микроэлементами, тем самым делая почву более плодородной.
- В гнездах формируется специфическая среда, которая способствует более быстрому разложению попадающих в гнездо растительных остатков, повышению биологической активности почв, т.к. при более высокой, чем в окружающей почве, температуре гнезда лучше развивается в муравейнике микрофлора - бактерий, грибы. Разложение ускоряется в десятки раз.
Поэтому исследуемое гнездо рыжих лесных муравьев диаметром более 1 м является «фабрикой плодородия» и настолько мощной, что в состоянии оказать серьезное влияние на рост не только произрастающих непосредственно у муравейников трав и кустарников, но и деревьев, достаточно удаленных от муравейника.
- 2.5.Изучение внегнездовой жизни муравьев
- Эксперимент №1 «Защита муравьев»
Когда мы слегка пошевелили веточкой муравейник потревоженные муравьи приняли оборонительную позу. Подержав над муравейником ладонь, мы почувствовали жжение и запах муравьиной кислотой. Потом мы подержали синюю лакмусовую бумагу и она стала красной, следовательно муравьи «выстреливают» из резервуара струйку жидкости, состоящей главным образом из смеси муравьиной кислоты и других углеводородов. Муравьиная кислота – это яд, которым муравьи защищаются и убивают добычу. Значит, таким образом муравьи защищают себя и свой муравейник.
- Эксперимент №2 «Выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков»
- Эксперимент с подсадкой муравьёв из другого муравейника.
Мы подсаживали муравьев на тропу рядом с муравейником и на муравейник по 10 особей в каждом случае. Опознание чужака происходило только при непосредственном контакте особей (взаимное ощупывание усиками). Реакция муравья непосредственно вступавшего в контакт с чужой особью поддерживали 2-3 муравья находящихся непосредственно в близости от зоны конфликта. Чужая особь атаковала не всегда, в большинстве случаев ей давали удрать. Чужих муравьёв подсаженных на тропу атаковали и уничтожили в 8 случаев. В 20см от купола муравейника вне тропы, движение муравьев внешне более хаотичное, что до некоторой степени препятствует прямым контактам особей. Здесь было опознано и уничтожено 10% чужаков. При подсадке особей из другой семьи на купол муравейника процент убитых составило 50%.
- Эксперимент с перемещением муравьёв с одной тропы на другую являлся контрольным по отношению к первому.
Мы взяли 5 муравьев с муравьиной тропы, которая ведет от муравейника, на него не нападают даже в том случае, если он взят очень далеко от муравей-ника. Это говорит о том, что муравьи отличают обитателей своего муравей-ника от пришельцев того же вида.
- Эксперимент на общение усиками.
Взяв осторожно пинцетом одного из муравьев (рабочий муравей) и обмакнув его брюшко в корректирующую жидкость (штрих), отправила обратно на поверхность муравейника. Один из его сородичей заметил «незнакомца» и засуетился- побежал сообщать всем о возможной опасности, передавая информацию с помощью заветных усиков, скрещивая свои усики с усиками сородича: информация была передана и несколько муравьев побежали к «мнимому врагу». Подбежав к нему, незнакомец сделал несколько движений своими усиками и был узнан своими сородичами. После этого они подошли к пострадавшему и старательно стали счищать с брюшка это незнакомое белое вещество.
Вывод: Основной способ общения муравьев друг с другом - это особые химические вещества - феромоны, но общаются они также с помощью своеобразных антенн – усиков.
- Эксперимент №3 «Перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт»
- Эксперимент на охотничий инстинкт
мы подкладывали добычу (гусениц) на определенное расстояние от тропы и от муравейника. В результате получилось следующее: чем ближе добыча с тропы или муравейника, тем быстрее и больше особей её обнаруживают. Различия в сроках обнаружения у тропы объясняются различными расстояниями.
- Эксперимент на обнаружение препятствий
Положили доску 40г 10г 1,5см на тропу в разные положения и проверяли реакцию муравьёв. Ожидалось, что, новый субстрат, не имеющий запаха муравьиной тропы, вызовет исследовательскою реакцию и на восстановление тропы будет затрачено какое-то время. Однако этого не произошло. Доску расположенную как в вдоль, так поперёк тропы муравьи проходили без задержки. Доску поставленную на ребро, после кратковременного исследования муравьи обошли и вернулись на тропу.
Вывод: при использовании знакомой тропы насекомые используют не только обоняние, но и способность к ориентации. Древесные предметы появляющиеся на тропах большой неожиданностью не являются (запах древесины им знаком). Препятствия с высокими вертикальными стенками муравьи избегают, демонстрируя способность к навигации.
Кратковременные лабораторные исследования
« социальности» муравьев.
Мы поместили муравьев в разные пробирки. Через несколько дней мы увидели, что те, которые сидят по трое, нарыли больше песка, чем одиночные. Еще через несколько дней все одиночные умерли, а остальные были живы. Так мы узнали, что больше живут те муравьи, которые находятся вместе, а один муравей долго не проживет. Фактически муравей несамостоятельный организм. Одиночных муравьев в природе нет и проведенный нами опыт доказал « социальность» муравьев. 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.
Результаты исследований показали несомненно благоприятное влияние муравьев на окружающую среду. Наши маленькие открытия подтвердили многолетние исследования, описанные в литературе.
Непосредственное влияние муравейника:
- уничтожение вредителей и листвы;
- обогащение почвы гумусом, К, N, P, Mg в доступных для растений формах;
- увеличение численности насекомоядных птиц;
- возобновление требовательных к почве лесных пород.
Опосредованное влияние муравейника:
- снижение численности стволовых вредителей;
- увеличение прироста древостоя;
- сохранение прироста крон деревьев в очагах вредителей;
- повышение продуктивности леса;
- повышение биологической устойчивости насаждений.
Таким образом, работая с лесными рыжими муравьями, мы убедились в их биосферной роли в поддержании устойчивости экосистемы леса, плодородия почвы и пришла к выводу, что их надо беречь и охранять. Нами составлены рекомендации по охране муравьев, которые мы пропагандировали среди учащихся школы и жителей села:
- Соблюдай правила поведения в лесу.
- Не разоряй муравейник - муравьи это санитары леса, они приносят много пользы
- Не оставляй в лесу мусор, в замусоренный лес ты не захочешь больше прийти, а кроме того:
оставленная мусор может загореться от ярких солнечных лучей и устроить пожар;
целлофан и полиэтилен долго не разлагаются.
- Не разжигай костёр вблизи муравейника.
- Не оставляй костёр не потушенным.
- Оставляй место своей стоянки в таком виде в каком ты хотел бы застать его в следующий свой приход.
3.Вывод 1 года исследования.
Данная работа очень интересна, увлекательна. В результате полевых исследований муравейника были изучены:
- особенности строения муравейника рыжих лесных муравьёв,
- пищевой рацион рыжих лесных муравьев,
- активность перемещения муравьёв по тропам,
- проведены эксперименты по изучению внегнездовой деятельности муравьев: способы общения, охотничий инстинкт,
- доказана «социальность муравьев»,
- выявлена роль муравьев в экосистеме леса и предложены рекомендации по их охране.
Литература:
1.Алексеев С.В.Груздева Н.В. Практикум по экологии: Учебное пособие/Под ред. С.В. Алексеева-М.: АО МДС, 1996 – с.68.
2. Захаров А.А.Муравей, семья, колония.- М.: Изд-во « Наука», 1978
3. Длусский Г. М. Муравьи рода формика. М.: Наука, 1967
4. Методы геоботанических исследований. Методическое пособие. М., 1996
5. Растения и животные: Руководство для натуралиста: Пер. с нем./ К. Нидон, д-р И. Петерман, П. Шеффель. – М.: Мир, 1991.
6. Халифман И. А. Муравьи. М.: Молодая гвардия, 1967.
7.Харитонов Н. П., Дунаев Е. А. Изучение внегнездовой жизни муравьев: Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы. — М.: МГДПиШ, 1992. — 33 с.
8. Ресурсы Интернета:
- http://www.antclub.org/morphology/anatomy,
- http://bio.1september.ru/2006/17/15.jpg,
Предварительный просмотр:
МБОУ «Благодарновская средняя общеобразовательная школа»
Исследовательская работа
«Секреты жизни муравейника»
Номинация: «Экология лесных животных».
Работу выполнили:
Савватеева Юлия 8 класс
Поспелова Мария 7 класс
Руководитель: Учитель биологии и химии
Козловская Е. Х.
Благодарное, 2012
Содержание
- Введение………………………………………………………………3
- Исследование экологических особенностей муравейника как экосистемы…..……………………..………………………………
2.1. Методика исследования……………………………………………..5
2.2. Результативность 1 года исследования…………………………......7
2.3. Особенности строения рыжих муравьев……………………………9
2.4 Описание муравейника………………………………………………10
2.5 Изучение внегнездовой деятельности муравьев…………………....15
3.Выводы 1 года исследования…….…………………………………...17
4.Литература…………………………………………………………….. 18
Полумрак и зной стоят в бору.
Смолы проступают сквозь кору.
А зайдешь в лесную даль и глушь,
Муравьиным спиртом пахнет сушь.
В чаще муравейники не спят –
Шевелятся, зыблются, кипят,
Да мелькают белки в вышине,
Словно стрелки, от сосны, к сосне…
С. Маршак
1.Введение.
Невольно вспоминаются эти прекрасные строки, когда вступаешь в вечно
таинственный, задумчивый и полный трепетной жизни зеленый сумрак леса.
Вряд ли найдется человек, который хоть раз не останавливался возле муравейника, завороженный таким далеким и в то же время необъяснимо близким нам миром этих удивительных 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 приспосабли-ваются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам, своим задачам. Муравьи — вечные строители. Гнезда многих видов поражают своими размерами, сложной и рациональной архитектоникой. Муравьям свойственно особое качество — «социальность», то есть обязательное существование только сообществами (семьями, общинами). Именно это качество позволило муравьям занять почетное место в мире беспозвоночных животных.
Всем известна роль муравьев в биоценозе - ускорение разложения растительных остатков, снижение численности зимующих и стволовых вредителей, и тем самым содействие приросту древостоя. Во многих отно-шениях муравейник представляет собой удобный модельный объект для ис-следования принципов организации биологических систем, структуры попу-ляции и ценозов и ряда важных для науки и практики проблем.
Изучение образа жизни муравейника, внегнездовой жизне-деятельности рыжих лесных муравьев мне представляется очень интересной и актуальной задачей. Поэтому я проводила исследования в течение двух лет.
Цель работы – выявить роль рыжих лесных муравьев в экосистеме леса.
Для выполнения данной цели ставились следующие задачи:
1 год исследования
- провести полевые исследования муравейника.
- провести ряд экспериментов по исследованию внегнездовой деятельности муравьев.
- выявить роль муравьев в экосистеме леса и предложить рекомендации по их охране.
Сроки изучения: июнь-август 2011 года, апрель- май 2012
Место: Ташлинский район, окрестности с. Благодарное
Проводимые исследования имеют практическую направленность. Нами не только исследуются экологические особенности рыжих муравьев, выясняется их важная роль в природе, но и производится охранная деятельность муравейников
2. Исследование экологических особенностей муравейника как экосистемы .
2.1. Методика исследования
В своей работе нами применялись методы: полевые исследования (метод закладки пробных площадок, геоботанического описания, изучение почвы), работа с научно-популярной литературой, статистический метод обработки результатов, метод наблюдения, метод лабораторных исследований, метод эксперимента, измерения параметров муравьиных гнезд и протяженности троп с помощью рулетки.
Исследовательская работа проводилась по плану:
- Изучение научно – популярной литературы и определение общих особенностей объекта исследования - Рыжий лесной муравей (Formica rufa) - общественное насекомое.
- Обследование окрестностей села Благодарное, нахождение муравейника и определение его характеристик.
- Изучение внегнездовой жизни муравьев:
- выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков, защита муравьев;
- перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт.
4. Изучение муравьиных троп.
5. Проведение кратковременного лабораторного эксперимента по доказательству « социальности» муравьев.
6.Определение роли муравьев и составление рекомендаций по их охране.
7.Проведение охранных мероприятий изучаемых муравейников.
Метод закладки пробных площадок.
Метод пробных площадок применяется для малоподвижных или неподвижных особей, наиболее часто для проведения геоботанического описания.
1. Для закладки пробной площадки требуется следующее оборудование 4 колышка, веревка размером 10м х на 4 с разметкой, компас. Для изучения лесного сообщества надо заложить пробную площадку размером 20 х20 м2.
2. Определить среднюю длину шага.
3. По компасу от колышка №1 отсчитать шагами расстояние на север, потом на восток. Точку №4 найдите, двигаясь от точки №3 на запад.
4. Приступить к описанию пробной площадки.
Методика геоботанического описания.
Для упрощения проведения описания параметров физической среды и самого фитоценоза разработан бланк описания участка растительного покрова , т.е. таблица с заранее расчерченными графами для каждого параметра описания среды. Бланки заполняются непосредственно в полевых условиях - на месте проведения описания. Мы использовали простейшую методику геоботанического описания леса А.С. Боголюбова и А.Б. Панкова
Методика исследования почвы .
Берем образцы почвы и определяем характеристики свойств почвы используя таблицы.
Таблица 1.Определение механического состава почвы.
Характеристика комочков почвы | Механический состав почвы |
1. Не скатывается в шарик | песок, глинистый песок |
2.Скатывается в шарик | супесь |
3.Скатывается в колбаску с тонким кончиком, легко ломается при изгибе | легкий суглинок |
4. Скатывается в колбаску с тонким, острым кончиком при изгибе ломается | суглинок |
5.Скатывается в колбаску с тонким, острым кончиком, легко сгибается в подковку | тяжелый суглинок |
6.Легко сгибается в кольцо | глина |
Таблица 2. Определение влажности почвы.
Характеристика комочков почвы | Влажность почвы |
1. Почва рассыпается на мелкие частицы, не оставляет ощущение прохлады | сухая |
2.почва слегка холодит руку | свежая |
3.почва заметно холодит руку | увлажнённая |
4.В трещинах и порах заметно присутствие влаги, почва сильно холодит руку | влажная |
5. При сжатии комочка почвы выделяется капля воды | сырая |
6.Из комочков почвы или из стенки почвенной прикопки выделяется вода | мокрая |
Степень изменения почвы под воздействием человека может быть оценена по глубине проникновения лопаты, на которую одновременно становится два ученика. Определив глубину, на которую вне её проникает остриё лопаты, вы сможете оценить степень уплотнения почвы.
Кислотность почвы определяется с помощью лакмусовой бумаги. Берется образец почвы и если произошло изменение окраски с желтой на малиновую, следовательно почва кислая.
Температура почвы, внутри гнезда определяется атмосферными и почвенными термометрами.
Методика суточной активности муравьев – долговременные наблюдения, методика изучения эффекта группы – длительный по времени лабораторный эксперимент.
2.2.Результаты 1 года исследования
2.2.1. Общие данные о муравьях.
Изучив научно- популярную литературу, мы выявили следующие общие данные о муравьях. В мире известно около пятнадцати тысяч видов муравьев. Все они ведут общественный образ жизни, так как муравьи живут общинами или колониями. Среди муравьев есть и хищники, и поедатели семян, и грибоводы. Рыжий лесной муравей (Formica rufa) относится к отряду перепончатокрылых классу насекомых. Это самый обычный и часто встречающийся в России, он строит гнезда- муравейники высотой до 1 м. Formica rufa обитают в хвойных, смешанных и лиственных лесах возрастом свыше 40 лет, хотя одиночные гнезда встречаются в биотопах с густым подлеском. Их муравейники могут встречаться на открытых, хорошо прогреваемых полянах и опушках.
Все муравьи – общественные насекомые, живущие семьями. Число особей может колебаться от нескольких десятков до нескольких миллионов. Семья муравьев — многолетнее, четко организованное сообщество индиви-дов, состоящее из половых особей (самцов и самок), а также рабочих мура-вьев, которые являются недоразвитыми, бесплодными в обычных условиях самками. Роль самцов сводится к оплодотворению молодых крылатых самок. Самцы обычно появляются в муравейнике незадолго до брачного лета и вскоре после спаривания погибают. Самка оплодотворяется один раз и полу-чает при этом огромный запас спермы, которая в ее организме расходуется постепенно в течение всей жизни. Продолжительность жизни муравьиной самки максимальна для мира насекомых — до 20 лет. Оплодотворенные самки сбрасывают крылья и либо основывают новую семью, либо остаются в своем муравейнике. Иногда молодых самок принимают в другие, уже существующие семьи своего вида.
Общество муравейника можно разделить на группы:
Наименование | Функции |
Плодущие самки (матка, царица)
Самцы (трутни)
Рабочие – бесплодные самки , бескрылые (носильщики, няньки, уборщицы, строители, фуражиры, разведчики, охотники, солдатики). | Размножение и расселение
Размножение
Уход за самкой, самцом, потомством; строят и охраняют гнезда, снабжают пищей |
2.3.Особенности строения рыжих муравьев следующие
1.Размеры тела от 0,8 до 30 мм. Окраска от светло-жёлтой до черной.
2.Хитиновый наружный скелет служит основой, к которой прикрепляются поперечнополосатые скелетные мышцы.
3.Дыхательная система муравьев, как и у подавляющего большинства других насекомых, трахейная. Трахеи открываются наружу дыхальца ми, или стигмами .
4. Гемолимфа («кровь») муравьев — бесцветная жид кость. Она циркулирует по телу насекомого благодаря работе спинного сосуда («сердца») — мускулистой трубки, проходящей вдоль всей спин ной поверхности тела.
5. Органы пищеварения у муравьев разделяются на предротовую камеру и собственно пищеварительный тракт. Предротовая камера – служит приемником для жидкой и полужидкой пищи. В ней происходит «сортировка» пищи – всё съедобное попадает в рот, а несъедобные частицы выделяются в виде комочков, имеющих форму камеры. Пищеварительный тракт состоит из переднего, среднего и заднего отделов. По образному выражению, зоб – это «общественный желудок» муравьев. Пища, хранящаяся в нем, распределяется среди всего населения гнезда.
6.Зрение у муравьёв развито слабо, а обоняние вкус и осязание – хорошо. Запах муравьи воспринимают жгутиком усиков. Муравьи великолепно различают тончайшие оттенки запаха, непостижимые для нас. Органы вкуса муравьев расположены на жгутиках усиков, на нижней губе. По запаху они определяют своих от чужих. По запаху они и находят дорогу к своему муравейнику. Пахучее вещество получило название феромон. У муравьёв их довольно много. Одни феромоны служат сигналом тревоги, другие заставляют чистить муравейник, ухаживать за царицей, воспитывать потомство.
7. Развиты ядовитые железы, выделяющие муравьиную кислоту. Все представители подсемейства Formicinae не имеют жала и при за щите используют челюсти и выбрызгивают экскрет ядовитой железы, при чем в зависимости от преобладания того или иного способа защиты железа может быть развита по-разному.
2.4. Описание муравейника.
Физико–географическое положение пробной площадки, на которой расположен исследуемый муравейник.
Исследуемый участок расположен в 400 м на юго – восток от с. Благодарное (см. приложение 2). Рельеф слегка всхолмленная равнина. Климат местности континентальный, с жарким летом и холодной зимой. Местность располагается в зоне степей, тип почвы дерново-подзолистая, супесчаная, грунтовые воды залегают на большой глубине. В травяном пологе сыртовых лесов много типичных дубравных растений. Весной расцветает хохлатка, ветреница, медуница, ландыш майский и чистяк. Позже к ним присоединяются купена лекарственная, звездчатка, душица, костяника, яснотка, будра плющевидная, перловник, земляника, фиалка сомнительная. Роскошный покров образует здесь папоротник орляк. В сыртовых дубравах много других трав, которых не увидишь в открытой степи: колокольчики, кипрей, горечавки, зорька, бутень, дягиль, шпажник, смолевка, марьянник. Видовой состав растительного мира разнообразен, доминирующие виды – дуб, осина, береза, подрост представлен осиной, терном, травянистый покров гораздо выше и гуще вокруг муравейников и состоит в основном из растений, требовательная к плодородию почв, но в тоже время способных произрастать на кислых почвах: ковыль на открытых участках, полынь, земляника лесная, крапива обыкновенная Кустарниковая, или дерезняковая, степь исследуемой территории образована зарослями вишни степной, бобовника. Травяной покров в кустарниковых зарослях представлен лугово-степным разнотравьем: душицей обыкновенной, кровохлебкой лекарственной, шалфеем степным, подмаренником настоящим, васильком русским с примесью ковыля красивейшего, костра безостого и других злаков.вейник. Исследуемый объект – муравейник.
Описание муравейника.
На исследуемой пробной площадке было обнаружено 3 муравейника. Наиболее крупный муравейник №1 располагается с южной стороны дерева под дубами. Купол муравейника высокий и крутой. Его высота - 78 см. диаметр – 1 м 20 см. Пологая часть муравейника находится с южной стороны. Рядом с ним на расстоянии 4 м расположены еще 2 муравейника, более низкие с высотой 50 и 60 см, но с таким же крутым куполом.
Весь муравейник № 1 пронизан ходами (особенно в середине и сверху), по которым муравьи таскают наружу мелкий строительный материал: древесные и травянистые частицы, веточки, хвою, чешуйки, травинки, листья.
Результаты исследования почвы.
Таблица 3.Сравнительная таблица характеристик почвы вдали и у муравейника.
Признаки | Показатели возле муравейника | Показатели вдали от муравейника |
Структура | Структурная | Менее структурная |
Механический состав | Легкий суглинок | Средний суглинок |
Степень утоптанности | слабо утоптанная около муравейника (лопата при сильном ударе вошла в почву на глубину 5 см. | почва среднеутоптан-ная, т.к. лопата вошла в землю на глубину 3,5 см. |
Влажность | увлажненная | свежая |
Температура | 24ºС | 22ºС |
Кислотность | Кислая ( изменение цве-та лакмусовой бумаги на красный) | слабо кислая |
Анализ таблицы.
По данным таблицы почва у муравейника более структурная, лучшего механического состава, более рыхлая, влажная, а следовательно и более плодородная. Температура почвы у гнезда выше, чем в дали. Это объяс-няется прежде всего тем, что внутри самого муравейника температура более высокая, чем снаружи, соответственно и почва также прогревается.
Кислотность почвы у муравейника также повышенная.
Вывод: в естественных биоценозах, гнёздостроительная деятельность муравьев, имеет важное почвообразующее значение:
- Прокладывая ходы гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растения. Кроме того, муравьи выделяют экскре-менты, заносят в гнездо различные органические остатки, и тем самым обогащают почву углеродом, азотом, калием, фосфором и многими микроэлементами, тем самым делая почву более плодородной.
- В гнездах формируется специфическая среда, которая способствует более быстрому разложению попадающих в гнездо растительных остатков, повышению биологической активности почв, т.к. при более высокой, чем в окружающей почве, температуре гнезда лучше развивается в муравейнике микрофлора - бактерий, грибы. Разложение ускоряется в десятки раз.
Поэтому исследуемое гнездо рыжих лесных муравьев диаметром более 1 м является «фабрикой плодородия» и настолько мощной, что в состоянии оказать серьезное влияние на рост не только произрастающих непосредственно у муравейников трав и кустарников, но и деревьев, достаточно удаленных от муравейника.
- 2.5.Изучение внегнездовой жизни муравьев
- Эксперимент №1 «Защита муравьев»
Когда мы слегка пошевелили веточкой муравейник потревоженные муравьи приняли оборонительную позу. Подержав над муравейником ладонь, мы почувствовали жжение и запах муравьиной кислотой. Потом мы подержали синюю лакмусовую бумагу и она стала красной, следовательно муравьи «выстреливают» из резервуара струйку жидкости, состоящей главным образом из смеси муравьиной кислоты и других углеводородов. Муравьиная кислота – это яд, которым муравьи защищаются и убивают добычу. Значит, таким образом муравьи защищают себя и свой муравейник.
- Эксперимент №2 «Выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков»
- Эксперимент с подсадкой муравьёв из другого муравейника.
Мы подсаживали муравьев на тропу рядом с муравейником и на муравейник по 10 особей в каждом случае. Опознание чужака происходило только при непосредственном контакте особей (взаимное ощупывание усиками). Реакция муравья непосредственно вступавшего в контакт с чужой особью поддерживали 2-3 муравья находящихся непосредственно в близости от зоны конфликта. Чужая особь атаковала не всегда, в большинстве случаев ей давали удрать. Чужих муравьёв подсаженных на тропу атаковали и уничтожили в 8 случаев. В 20см от купола муравейника вне тропы, движение муравьев внешне более хаотичное, что до некоторой степени препятствует прямым контактам особей. Здесь было опознано и уничтожено 10% чужаков. При подсадке особей из другой семьи на купол муравейника процент убитых составило 50%.
- Эксперимент с перемещением муравьёв с одной тропы на другую являлся контрольным по отношению к первому.
Мы взяли 5 муравьев с муравьиной тропы, которая ведет от муравейника, на него не нападают даже в том случае, если он взят очень далеко от муравей-ника. Это говорит о том, что муравьи отличают обитателей своего муравей-ника от пришельцев того же вида.
- Эксперимент на общение усиками.
Взяв осторожно пинцетом одного из муравьев (рабочий муравей) и обмакнув его брюшко в корректирующую жидкость (штрих), отправила обратно на поверхность муравейника. Один из его сородичей заметил «незнакомца» и засуетился- побежал сообщать всем о возможной опасности, передавая информацию с помощью заветных усиков, скрещивая свои усики с усиками сородича: информация была передана и несколько муравьев побежали к «мнимому врагу». Подбежав к нему, незнакомец сделал несколько движений своими усиками и был узнан своими сородичами. После этого они подошли к пострадавшему и старательно стали счищать с брюшка это незнакомое белое вещество.
Вывод: Основной способ общения муравьев друг с другом - это особые химические вещества - феромоны, но общаются они также с помощью своеобразных антенн – усиков.
- Эксперимент №3 «Перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт»
- Эксперимент на охотничий инстинкт
мы подкладывали добычу (гусениц) на определенное расстояние от тропы и от муравейника. В результате получилось следующее: чем ближе добыча с тропы или муравейника, тем быстрее и больше особей её обнаруживают. Различия в сроках обнаружения у тропы объясняются различными расстояниями.
- Эксперимент на обнаружение препятствий
Положили доску 40г 10г 1,5см на тропу в разные положения и проверяли реакцию муравьёв. Ожидалось, что, новый субстрат, не имеющий запаха муравьиной тропы, вызовет исследовательскою реакцию и на восстановление тропы будет затрачено какое-то время. Однако этого не произошло. Доску расположенную как в вдоль, так поперёк тропы муравьи проходили без задержки. Доску поставленную на ребро, после кратковременного исследования муравьи обошли и вернулись на тропу.
Вывод: при использовании знакомой тропы насекомые используют не только обоняние, но и способность к ориентации. Древесные предметы появляющиеся на тропах большой неожиданностью не являются (запах древесины им знаком). Препятствия с высокими вертикальными стенками муравьи избегают, демонстрируя способность к навигации.
Кратковременные лабораторные исследования
« социальности» муравьев.
Мы поместили муравьев в разные пробирки. Через несколько дней мы увидели, что те, которые сидят по трое, нарыли больше песка, чем одиночные. Еще через несколько дней все одиночные умерли, а остальные были живы. Так мы узнали, что больше живут те муравьи, которые находятся вместе, а один муравей долго не проживет. Фактически муравей несамостоятельный организм. Одиночных муравьев в природе нет и проведенный нами опыт доказал « социальность» муравьев. 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.
Результаты исследований показали несомненно благоприятное влияние муравьев на окружающую среду. Наши маленькие открытия подтвердили многолетние исследования, описанные в литературе.
Непосредственное влияние муравейника:
- уничтожение вредителей и листвы;
- обогащение почвы гумусом, К, N, P, Mg в доступных для растений формах;
- увеличение численности насекомоядных птиц;
- возобновление требовательных к почве лесных пород.
Опосредованное влияние муравейника:
- снижение численности стволовых вредителей;
- увеличение прироста древостоя;
- сохранение прироста крон деревьев в очагах вредителей;
- повышение продуктивности леса;
- повышение биологической устойчивости насаждений.
Таким образом, работая с лесными рыжими муравьями, мы убедились в их биосферной роли в поддержании устойчивости экосистемы леса, плодородия почвы и пришла к выводу, что их надо беречь и охранять. Нами составлены рекомендации по охране муравьев, которые мы пропагандировали среди учащихся школы и жителей села:
- Соблюдай правила поведения в лесу.
- Не разоряй муравейник - муравьи это санитары леса, они приносят много пользы
- Не оставляй в лесу мусор, в замусоренный лес ты не захочешь больше прийти, а кроме того:
оставленная мусор может загореться от ярких солнечных лучей и устроить пожар;
целлофан и полиэтилен долго не разлагаются.
- Не разжигай костёр вблизи муравейника.
- Не оставляй костёр не потушенным.
- Оставляй место своей стоянки в таком виде в каком ты хотел бы застать его в следующий свой приход.
3.Вывод 1 года исследования.
Данная работа очень интересна, увлекательна. В результате полевых исследований муравейника были изучены:
- особенности строения муравейника рыжих лесных муравьёв,
- пищевой рацион рыжих лесных муравьев,
- активность перемещения муравьёв по тропам,
- проведены эксперименты по изучению внегнездовой деятельности муравьев: способы общения, охотничий инстинкт,
- доказана «социальность муравьев»,
- выявлена роль муравьев в экосистеме леса и предложены рекомендации по их охране.
Литература:
1.Алексеев С.В.Груздева Н.В. Практикум по экологии: Учебное пособие/Под ред. С.В. Алексеева-М.: АО МДС, 1996 – с.68.
2. Захаров А.А.Муравей, семья, колония.- М.: Изд-во « Наука», 1978
3. Длусский Г. М. Муравьи рода формика. М.: Наука, 1967
4. Методы геоботанических исследований. Методическое пособие. М., 1996
5. Растения и животные: Руководство для натуралиста: Пер. с нем./ К. Нидон, д-р И. Петерман, П. Шеффель. – М.: Мир, 1991.
6. Халифман И. А. Муравьи. М.: Молодая гвардия, 1967.
7.Харитонов Н. П., Дунаев Е. А. Изучение внегнездовой жизни муравьев: Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы. — М.: МГДПиШ, 1992. — 33 с.
8. Ресурсы Интернета:
- http://www.antclub.org/morphology/anatomy,
- http://bio.1september.ru/2006/17/15.jpg,
Музыка космоса
Пятёрки
Лиса и волк
Астрономы получили первое изображение черной дыры
Для чего нужна астрономия?