Изучение живых организмов в капле воды

Конкурс исследовательских, проектных и

творческих работ «Первые шаги»

Изучение живых организмов в капле воды

Исследовательский проект

Работу выполнили

Зырянова Яна  

Миниметдинова Анастасия

Руководитель

учитель биологии

Старицына О.В.

г. Советский

2015 г

Содержание

1. Введение……………………………………………………..………1

1. 1.1. Цели и задачи………………………………………………………..1 -2
2. 1.2. Новизна проекта……………………………………………………..2
3. 1.3. Методы исследования………………………………………..……..2

2. Основная часть

1. 2.1. Литературный обзор…………………………………………………3
2. 2.2. Исследовательский этап……………………………….…………….5

3. Результаты работы……………………………………………………11
4. Заключение……………………………………………………………11
5. Литература……………………………………………….……………12

      Приложения…………………………………………………….………13- 19

1.Введение

В седьмом классе мы приступили к изучению зоологии – науки о животных, их многообразия, строения и жизнедеятельности. Первое знакомство с животным миром началось с  изучения подцарства Простейшие (Protozoa). Тема нас  заинтересовала с первых уроков, так как на лабораторной работе мы под микроскопом увидели инфузорию-туфельку, эвглену зелёную, вольвокса.  Познакомившись с ними на готовых микропрепаратах, мы решили пойти по пути голландского ученого Антонио ван Левенгука и рассмотреть простейших в капле воды. Нам известно, какая удивительная картина открылась перед Левенгуком. В капельке воды, взятой из бочки, плавало бесчисленное множество живых существ всевозможных форм. Что это за существа и как называть их, Левенгук не знал. Они невероятно малы, и он назвал их просто «аниманкули», что значит «маленькие животные», «зверюшки». Прежде чем написать в Лондон о своем открытии, он провел массу наблюдений с самыми разными сортами воды: воды из горшка, поставленного на крышу дома, и воды из глубокого колодца в саду; воды, выдержанной в лаборатории, и воды из каналов Дельфта. Вот что пишет Левенгук о результатах своих первых опытов: «С величайшим изумлением я видел в этом материале множество животных, весьма оживленно двигавшихся. В моем рту их больше, чем людей в Соединенном Королевстве. Они останавливаются, остаются на момент неподвижными, потом начинают быстро вращаться наподобие волчка, и их окружность не больше окружности мельчайшей песчинки».1

Наш школьный микроскоп увеличивает в 400-600 раз, по сравнению с 250 раз у Левенгука, поэтому мы решили исследовать на предмет содержания простейших аквариумную воду.

Гипотеза:

В аквариумной воде должны содержаться различные простейшие.

1.1 Цели и задачи      

Цель:        Изучить видовой состав простейших в аквариумной воде.

Задачи:  1. Изучить литературу по данному вопросу.

           2.Освоить методику приготовления препаратов с простейшими.

   3. Совершенствовать навыки и приёмы работы с цифровым микроскопом.

          4. Провести анализ полученных результатов, определить количество видов простейших, обитающих в аквариумной воде.

1.2 Новизна проекта.

На занятиях кружка «Биологический практикум» в 5 классе мы пытались вырастить инфузорий – туфелек на питательной среде из корочек банана, результат оказался отрицательным, поэтому мы не стали повторять этот опыт, а исследовали каплю воды из аквариума. Для этого мы обратились на станцию юннатов г. Советский, расположенную по адресу ул. З. Космодемьянской. Из аквариума с молодью раб (рыборазводного аквариума) нам дали 250 мл воды с растением Мох яванский (Приложение №1). При этом А.П. Шевченко, руководитель зоологической секции, поставил перед нами задачу – внимательно рассмотреть всю водную фауну на предмет обнаружения паразитов рыб, чтобы в дальнейшем можно было принять меры по лечению.

1.3.Методы исследования:

• Наблюдение
• Описание
• Эксперимент
• Сравнение

2. Основная часть

2.1. Литературный обзор

Простейшие (лат. Protozoa, от др.-греч. πρῶτος «первый» и ζῷα, формы множественного числа от др.-греч. ζῷον «живое существо») —полифилетическая группа, царство одноклеточных или колониальных эукариот, которые имеют гетеротрофный тип питания. В настоящее время известно более 50 000 видов простейших, которых в природе можно обнаружить повсюду, где есть вода. Большинство простейших — микроорганизмы, но некоторые (например, колониальные инфузории зоотамниумы или одиночные спиростомумы) достигают размеров в несколько миллиметров и хорошо видны невооружённым глазом. Основная определяющая и самая характерная особенность простейших – одноклеточность. Настоящих многоклеточных форм среди простейших нет.

Когда мы сравниваем многоклеточное животное с простейшим, совершенно очевидно, что простейшие в структурном отношении гораздо примитивнее. Однако если сравнивать отдельную клетку высокоорганизованного животного с клеткой простейшего, то картина получается обратная, протоплазма простейшего организовано очень сложно.

Простейшие, как правило, имеют размер около 10—40 микрометров, такие формы хорошо видны в световой микроскоп. Некоторые одиночные и колониальные виды (крупные инфузории, радиолярии и др.) могут также достигать и нескольких мм и хорошо видны невооружённым глазом. Наиболее мелкие простейшие (токсоплазмы и пироплазмиды) имеют размеры 1—2 мкм. Простейшие обитают в водной среде (моря и океаны, пресные

водоемы) и почве, занимают различные трофические уровни. Как хищники они питаются одноклеточными или нитчатыми водорослями, микроскопическими грибами, другими видами простейших, а как микрофаги — бактериями и детритом. Простейшие контролируют бактериальные популяции и регулируют их биомассу. Простейшие могут потреблять пищу путём эндоцитоза — например, амёбы окружают пищу псевдоподиями и заглатывают её, в то время как другие простейшие имеют клеточный рот (цитостом), через который они поглощают пищу. Некоторые простейшие способны к осмотрофному питанию. Все фаготрофные простейшие переваривают пищу в вакуолях использует готовые органические вещества. Смешанный (миксотрофный) тип питания имеют  некоторые эвгленовые, которые к тому же могут необратимо утрачивать хлоропласты.

Благодаря электронному микроскопу получены современные данные об устройстве клетки простейшего. От окружающей среды клетка отграничена тонкой клеточной мембраной. В цитоплазме располагаются органоиды – митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, ядро. Каждый тип Простейших имеет свои особенности строения. Корненожки образуют псевдоподии, жгутиконосцы имеют жгутики для передвижения, инфузории самые сложноорганизованные среди простейших.

Экологическая роль простейших состоит в переносе бактериальной и водорослевой  продукции на следующие трофические уровни. Простейшие являются важной пищей для микроскопических беспозвоночных, а также мальков рыб. К простейшим относятся  плазмодии, трипаносомы, лейшмании и другие паразиты, которые являются возбудителями важных заболеваний человека и животных, а также  симбионты многоклеточных животных. Жгутиконосцы — симбионты термитов и инфузории — симбионты жвачных, помогающие своим хозяевам переваривать целлюлозу, играют исключительно важную роль в круговороте органики.

Простейшие размножаются делением на две части или множественным делением. Некоторые простейшие размножаются половым путём, некоторые бесполым, большинство групп — и тем, и другим.

Ранее простейших часто рассматривали как подцарство царства животных. Поэтому гетеротрофными простейшими занималась отдельная наука — протозоология, которая считалась разделом зоологии (науки о животных). Сейчас простейших обычно относят к царству протистов вместе с водорослями и рядом грибоподобных групп.

Простейшие — это полифилетическая группа. Хотя ранее им часто придавали ранг подцарства или типа, в XXI-ом веке систематики относят простейших (ресничных, жгутиковых, саркодовых и Apicomplexa) к животноподобным протистам, не придавая этой группе таксономического значения и ранга.

Простейших следует рассматривать как более примитивный исходный этап в эволюции по сравнению с многоклеточными.

2.2 Исследовательский этап:

Методика проведения исследования.

• Собрать цифровой микроскоп и подготовить его к работе

• Приготовить инструменты и материалы

• Каплю воды поместить на предметное стекло

• Поместить препарат на столик микроскопа
• Для создания препятствий движению инфузорий в каплю воды поместить несколько волокон ваты.

Определение обнаруженных видов:

1.Инфузория – туфелька (Приложение № 2, 5). Среди простейших инфузории-туфельки – довольно крупные организмы (длина тела около 0,2 мм). Свое название инфузория туфелька получила по форме тела, напоминающей изящную дамскую туфельку. Инфузория туфелька находится в непрерывном быстром движении. Скорость её (при комнатной температуре) около 2,0-2,5 мм/с. Это большая скорость: за 1 с туфелька пробегает расстояние, превышающее длину её тела в 10-15 раз. Мы не раз убеждались в этом. Если бы ни нити ваты, мы бы не смогли ни сфотографировать, ни снять её на видео. Траектория движения туфельки довольно сложна. Она движется передним концом прямо вперёд и при этом вращается вправо вдоль продольной оси тела. Столь активное движение туфельки зависит от работы большого количества ресничек, которые покрывают тело инфузории. Количество ресничек у одной особи равняется 10-15 тысяч.3

2. В поле зрения попала еще одна инфузория, очертаниями похожа на бурсарию, нассулу  или стилонихию. Наблюдений недостаточно, чтобы точно определить вид.

3. Совсем неожиданно мы обнаружили группу червей, определили мы это по характерным движениям тела.

По характерной уплощенной лопасти, вытянутой в длинный «хоботок», и довольно длинным и толстым волосовидным щетинкам, торчащим в стороны под прямым углом к туловищу, легко узнать стилярию (Stylaria lacustris)4. Она крупная, до 20 мм, имеет хорошо развитые глаза. Передний конец ее прозрачного тела обычно окрашен в желтоватый цвет. Стилярия  (Приложение № 6 )часто встречается среди прибрежных зарослей озер и рек, она хорошо плавает и иногда попадается в планктоне. Явно выраженные признаки внешнего облика не позволяют нам сомневаться в правильности определения вида.

4. Элосома 4- типичные представители класса олигохет.  Семейство эолосом (Aeolosomatidae) включает немногим более 20 видов. Представители этого семейства обладают некоторыми особенностями строения, отличающими их от всех прочих олигохет, и поэтому некоторые систематики не относят эолосом к классу Oliochaeta. Длина тела этих мелких червей редко повышает 2-3 мм, а у некоторых из них она меньше 1 мм. Только один вид-Aeolosoma maritima обитает в морях. В пресных водоемах, болотах, в прибрежной части прудов, озер и рек эолосомы встречаются довольно часто, но обнаружить их из-за мелких размеров нелегко. (Приложение № 3, 7 )

Стилярия и элосома относятся к олигохетам или малощетинковым кольчецам. (Приложение № 4, 6,7 )

5.  В определении еще одного представителя мы очень затрудняемся, так как у него очень оригинальное передвижение. Как будто у него на конце тела есть присоска. Скорее всего все таки это представитель плоских червей.

3. Результаты работы

Результатом нашей работы стало обнаружение в капле воды многочисленных обитателей микроскопических размеров. Причем это представители разных систематических групп: простейшие и черви. Чего мы совсем не ожидали, так это наличие в аквариумной воде кольчатых малощетинковых червей – это для нас открытие. Теперь в любой капле воды сразу определяем стилярию и элосому. В результате работы мы научились, наблюдая и сравнивая увиденное, определять систематическую принадлежность обнаруженных животных. Эта работа развивает наблюдательность и внимание к мелочам. Количество видов 7, а определённых нами -3. Значит работа будет продолжена.

После консультации с Шевченко А.П. мы определённо можем утверждать, что паразитических плоских червей, паразитирующих на жабрах рыб, не обнаружено. А все объекты, попавшие на наши фотографии и видео, паразитами рыб не являются.

4. Заключение

Земля из космоса – голубой шар. На планете больше всего воды. Вода – колыбель всего живого. Жизнь зародилась в воде. Без воды не растут растения. В воде живут рыбы и моллюски, водоросли. Половина животного мира встречается в воде. Человек не может обходиться без воды. Даже маленькая капля – это родной дом для множества живых существ. Таких милых, таких забавных, таких беззащитных. Беречь воду – это значит беречь жизнь, здоровье, красоту окружающей природы.

В работе использованы фотографии авт. Зыряновой Я. и Миниметдиновой  А.

Литература:

1. А. И. Голомзик. Новые профессии микробов / Свердловск, Средне-Уральское книжное издательство,1974г. стр.11.
2. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Биология: В 3-х томах. Т.1.: Пер.с англ./- М.: «Мир»,1993
3. Жизнь животных. В 7 т / Гл. ред. В.Е.Соколов. Т.1. Простейшие. Пластинчатые. Губки. Кишечнополостные. Гребневики…./Под ред. Ю.И. Полянского.- 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1987.
4. М.А. Козлов, В.Р. Дольник. Черви и моллюски. Атлас. Учебное пособие, - СПб.: ЧеРо-на-Неве, М.: Издательство МГУ, 2000, с.15
5. Константинов В.М., Бабенко В.Г., Кучменко В.С. Биология: 7 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений/ под ред. Проф. В.М. Константинова,-3-е изд., перераб. – М.; Вентана – Граф, 2008.
6. М. Лукьянов. Современный аквариум и его обитатели. – М.: Цитадель, 2001., с 357-359.
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/

Приложение №1

Мох яванский – Vesicuiaria dubyana

Семейство гипновые – Hupnaceae

Родина – тропики Юго-Восточной Азии.

Это неприхотливое растение широко распространено в наших аквариумах. Растет пучком, состоящим из переплетённых тонких нитей темно-зелёного цвета. Прикрепляется к неровностям камней и коряг, образует очень красивые заросли. Служит прекрасным субстратом для нереста многих рыб. Растёт равномерно в течение всего года.

Температура воды может находиться в пределах от 22 до 28ºС. Растет хорошо как в свежей воде, так и в «старой», поэтому регулярная подмена воды необязательна.

Яркость и источник освещения значения почти не имеют. Яркое освещение хорошо влияет на интенсивность окраски и густоту зарослей, усиливая их декоративные качества. Мох переносит длительное затемнение, может расти при минимальном освещении.

Легко размножается вегетативно. Из кусочка любого размера, помещенного в емкость с водой, получается новое растение.

Приложение № 2

Класс Ciliata (Ciliophora)  

Инфузория-туфелька (Paramecium caudatum) - один из наиболее распространенных видов Ciliata. Ее протоплазма богата сложными органеллами,  выполняющими специфические функции. Здесь мы можем говорить о высоком уровне протоплазматической дифференцировки. Однако инфузорий характеризует не только сложная организация, но и очень сложный процесс размножения.

Туфелька - обитатель стоячих водоемов с большим количеством разлагающего разлагающегося материала.  Она имеет постоянную удлиненную форму с тупым передним и заостренным задним концами. Вся клетка покрыта тонкой и гибкой пелликулой. Пелликула представляет собой ячеистую структуру, построенную из правильных шестигранников. Из центра каждой ячейки выходит пара ресничек. Реснички покрывают всю поверхность туфельки, располагаясь продольными диагональными рядами. На стыках шестигранников находятся отверстия, сообщающиеся с колбообразными структурами -  трихоцистами; при действии  раздражителями через эти отверстия происходит выброс трихоцист в виде тонких остроконечных нитей. Они служат для удержании добычи.

Под пелликулой располагается прозрачный слой плотной эктоплазмы. Ее сложение довольное сложное. В ней находятся кинетосомы, от которых отходят реснички. От каждой кинетосомы (базального тельца) по направлению к переднему концу отходит одна кинетодесмальная фибрилла. Она несколько отклоняется вправо от длинной оси тела. Фибриллы от соседних базальных телец образуют продольный тяж исчерченных фибрилл, называемых кинетодесмой. Расположенные в один ряд базальные тельца вместе с соответствующими кинетодесмами составляют кинетическую единицу. Плотная фибриллярная сеть имеется также в эндоплазме вблизи цитостома. Это так называемый моториум. Его фибриллы связаны с кинетодесмальными структурами  эктоплазмы. По-видимому, весь этот комплекс фибрилл регулирует работу ресничек.

На границе  эктоплазмы и зернистой эндоплазмы расположены продольные тяжи микрофиламентов, называемые М-фибриллами или мионемами. При их сокращении меняется форма тела туфельки, и это позволяет ей проникать в узкие щели. На вентральной поверхности тела туфельки ближе к ее переднему концу находится постоянное углубление - околоротовая воронка, или перистом. Сужаясь, она переходит в расположенную дорсальнее глотку, которая заканчивается обнаженным участком эндоплазмы – клеточным ртом, или цитостомом. Реснички глотки слипаются, образую пластинку (ундулирующую  мембрану). Реснички околоротовой воронки загоняют в глотку вместе с потоком воды бактерий и другие взвешенные частицы; далее ресничный аппарат глотки направляет эти пищевые частицы в цитостом. В эндоплазме вокруг капелек воды, содержащих пищевые частички, формируется пищеварительные вакуоли. Эти вакуоли от цитостома перемещаются в эндоплазме по определенной траектории, включаясь в процесс циклоза (закономерное движение органелл в цитоплазме). Непереваренные остатки выводятся через порошицу наружу благодаря активному процессу, называемому экзоцитозом.

Две сократительные вакуоли занимают в эндоплазме постоянное место. Они находятся на дорсальной стороне переднего и заднего концов тела инфузорий. Вокруг каждой сократительной вакуоли располагается несколько радиальных каналов, в которые поступает вода из цитоплазмы. Периодически вода поступает из цитоплазмы. Периодически радиальные каналы опорожняются в центральную вакуоль. Задняя сократительная вакуоль опорожняется чаще, чем передняя, поскольку в области глотки из-за более интенсивного эндосмоса в клетку поступает больше воды.

Несколько дорсальнее глотки в центре в центре находятся два ядра. Большое бобовидное ядро – макронуклеус – полиплоидное. Оно контролирует процессы метаболизма и дифференцировки клетки. Микронуклеус – диплоидное ядро. Оно регулирует процесс размножения и дает начало новым макронуклеусам. Кроме того, макронуклеус всегда активен, когда в клетке на протяжении жизненного цикла происходят какие – либо ядерные реорганизации.

Туфелька плавает благодаря согласованной работе ресничек. Реснички одна за другой совершают ритмичные гребки (метахромный ритм), и по телу инфузории как бы пробегает волна гребных движений от переднего конца к заднему. Каждая волна распространяется в диагональном направлении, поэтому туфелька перемещается по спиральной траектории, вращаясь вокруг своей продольной оси.

Реснички (в первую очередь жесткие нелокомоторные, находящиеся на заднем конце тела туфельки), по – видимому, способны  воспринимать внешние раздражения. Инфузория реагирует на прикосновение, высокие концентрации в среде различных химических веществ, содержание кислорода и углекислого газа, изменение интенсивности освещения. Если перед инфузорией  неожиданно возникает препятствие или она попадает в зону

неблагоприятных воздействий, работа ресничек моментально прекращается и возобновляется уже в противоположном направлении. Теперь инфузория движется уже под углом к прежней траектории. Она продолжает движение в новом направлении до тех пор, пока ей не удастся  обойти препятствие или же условия не станут вновь благоприятными. Это пример поведения, направленного на поиск оптимальных условий методом проб и ошибок. И не случайно моториум, связанный с системой десмофибрилл, расположен у туфельки около перистома. Это позволяет ей своевременно уловить изменение условии по ходу ее движения.

Для большинства парамеций характерно бесполое размножение путем поперечного деления тела надвое. Оба ядра увеличиваются в объеме, становятся более вытянутыми по форме и удаляются друг от друга. Макронуклеус делится амитотически, и вновь образовавшиеся макронуклеусы получают приблизительно одинаковое количество хромосом. Микронуклеус же делится митотически. Внутри микронуклеуса формируется митотическое веретено, и хромосомы поровну распределяются между дочерними микронуклеусами. Посередине клетки появляется перетяжка. Она постепенно углубляется, и наконец дочерние инфузории расходятся. Каждая из них имеет полный набор органелл.

При недостатке пищи инфузории переходят к половому размножению. Этот процесс, называемый конъюгацией, может происходить только между совместимыми особями одного вида, т.е. особями, принадлежащим к одному типу спаривания. Мейоз и обмен ядрами обеспечивают значительное разнообразие генотипов.    

(Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Биология. Т.1./- М.: «Мир»,1993, с.101-102)

Приложение № 3.

 Под микроскопом можно заметить изящное животное - гемприхову эолосому (Aeolosoma hemprichi) – один из самых обычных у нас видов. Маленький прозрачный червячок сразу узнается по характерным оранжевым кожным железкам, которые разбросаны по всей поверхности тела в виде округлых пятнышек. У других видов эолосом железки окрашены иначе – в желтоватый, зеленый или голубоватый цвета, а могут быть и бесцветными. Число сегментов их тело невелико – от 7 до 20, сегментация выражена нерезко. На каждом сегмента тела имеется по четыре пучка тонких волосовидных щетинок, а на нижней стороне головной лопасти и около рта – многочисленные реснички, благодаря которым эти черви могут не только ползать, но и плавать; для них характерно скользящие движение. Пищей им служат микроскопические водоросли и бактерии, мельчайшие частицы разлагающихся органических веществ, поэтому особенно благоприятные условия для размножения большинство из них находит в умеренно загрязненных водоемах, в местах скопления у берегов гниющих растений. Нередко эолосомы размножаются в большом количестве в аквариумах с рыбами, для которых они никакой опасности не представляют. Половое размножение у эолосом наблюдается редко, обычно они размножаются вегетативно – паратомией, причем образуются цепочки из 2 – 5 особей.      

Приложение № 4.

 Большинство олигохет — обитатели почвы: более крупные из них хорошо всем известны под названием земляных или дождевых червей. Есть, однако, и пресноводные и даже морские олигохеты. Из общего числа (около 3 тыс.) описанных до сих пор видов примерно 400 — обитатели рек, озер, болот и других пресных водоемов, несколько десятков видов встречается в солоноватых водоемах и прибрежной зоне морей, все остальные — обитатели почвы (но некоторые из них, встречающиеся преимущественно по берегам водоемов, отчасти в воде, ведут земноводный образ жизни).        Среди олигохет есть и карлики и гиганты. Длина тела самых мелких пресноводных измеряется долями миллиметра, так что это в полном смысле слова микроскопические животные; а у наиболее крупных тропических земляных червей она превышает 2, 5 м. Но это исключение. Большинство же водных олигохет имеет размеры от нескольких миллиметров до 10—15 см, а почвенных — от полусантиметра до 30—40 см.

        Важнейшей особенностью организации олигохет, как и полихет, является метамерия, т. е. правильная повторяемость органов вдоль оси тела животного. Внешне это выражается в том, что все червеобразное тело поделено перетяжками на отдельные участки — кольца, называемые сегментами или сомитами («члениками»). Число сегментов тела у разных видов олигохет различно, от 5 — 6 до 500—600; в отличие от полихет они никогда не имеют парных выростов — параподии, но несут по 4 пучка щетинок.

  На переднем конце тела находится головная, или предротовая, лопасть; у некоторых водных видов она бывает вытянута в более или менее длинный щупальцевидный придаток («хоботок»), у немногих — почти исчезла, у большинства же представляет небольшой округленный выступ впереди рта. Далее следует первый, или ротовой, сегмент, никогда не несущий щетинок; на его нижней передней стороне находится рот. Все остальные сегменты, начиная со второго, как правило, снабжены четырьмя пучками щетинок каждый: двумя спинными (справа и слева) и двумя брюшными. У некоторых видов спинные пучки начинаются не вместе с брюшными, со второго сегмента, а несколько отступя от переднего конца тела — четвертого, пятого, шестого и даже двадцатого сегмента. Как исключение, имеются виды лишь с брюшными щетинками и даже вовсе без них.

        В каждом пучке часто бывает по две более или менее одинаковых щетинки (например, у большинства дождевых червей). У тропических червей рода Pheretima число

щетинок на каждом сегменте значительно больше — несколько десятков, а у некоторых видов до 150 — и расположены они не пучками, а в один ряд вокруг всего сегмента. У водных олигохет, как правило, в каждом пучке по нескольку щетинок, от 3—4 до 10—15, причем эти щетинки бывают различной формы: игловидные, крючковидные с простым или двузубчатым концом, веерные, простые и перистые волосовидные и др.