Развитие тутового шелкопряда на биоспутнике «Фотон – М - 3»

 Развитие тутового шелкопряда на биоспутнике «Фотон – М - 3»

Авторы: Клименко Елена, Макарова Дарья, Володина Юлия, Адилова Наида - 9 класс

Руководители: Ширяева Маргарита Юрьевна - учитель химии, Довгопол Наталья Борисовна - учитель информатики

Проблема изучения жизненных циклов животных в условиях невесомости всегда была и будет актуальна для специалистов-биологов и ученых. Тем более, что жизненный цикл тутового шелкопряда предоставляет ученым возможность, с одной стороны, отправить этих насекомых без нанесения им вреда на орбиту, используя состояние куколки, а с другой стороны, изучить за короткое время процесс образования кокона.

Цель эксперимента: Изучить развитие тутового шелкопряда в условиях невесомости.

Гипотеза: Возможность получения космического шелка в условиях невесомости.

Задачи:  

1. 1. Получить коконы тутового шелкопряда на  биоспутнике и в земной    лаборатории.
2. 2. Сравнить  качество и толщину шелковой нити, полученной в земных и космических условиях.
3. 3. Получить  из  космических  коконов  бабочку и  грены.
4. 4. Вырастить новое поколение тутового шелкопряда из космических грен.

Содержание:

Введение.

Описание тутового шелкопряда.

Современные породы тутового шелкопряда.

Этапы развития тутового шелкопряда

Строение фиброина шелка.

Ход эксперимента.

Результаты  и выводы эксперимента «Развитие тутового шелкопряда на биоспутнике «Фотон М3»

Список литературы.

Приложения

Введение.

Ученых давно интересовало, каким же образом тутовому шелкопряду удается создавать самое прочное из известных человеку натуральных волокон.  Несмотря на наличие, гораздо более прочных искусственных нитей, натуральный шелк остается востребованным материалом на рынке швейных изделий. Очень важно также, как можно оптимизировать возможное выращивание шелкопряда в искусственной среде. Поэтому исследования в этой области продолжаются. Кроме этого, коконы тутового шелкопряда можно использовать как питание для космонавтов, при длительных полётах. (Т.к. кокон тутового шелкопряда является 100% белковой пищей.)

 Также качество шелка тутового шелкопряда всегда отличалось белизной и чистотой нити. Длина шелковой нити на коконе может доходить до 1000 м и более. Поэтому, опираясь на выше сказанное, исследуя шелкопряд в Космосе, легко будет определить негативное или позитивное влияние внешней среды на исследуемые объекты.

 Тутовый шелкопряд поддается временным мутациям под воздействием внешней среды, поэтому малейшие колебания температуры, влажности и других параметров, в том числе, и земное притяжение, сразу отзовётся на качестве нити. Одним из главных преимуществ тутового шелкопряда является то, что он имеет  короткий цикл развития, что требует небольшого времени эксперимента.

 Тутовый шелкопряд – это бабочка, чаще всего выводится искусственным путём, что является неоспоримым преимуществом для проведения эксперимента.

Биоспутник  «Фотон М3» - это аппарат с кислородом и ограниченным запасом электроэнергии и пространства.  Контейнер  для полета имеет цилиндрическую форму с  размерами: диаметр  5 см, высота 15 см.

Проектное задание:

1. Так как место ограничено, мы хотим взять в полет  всего 5 гусениц тутового шелкопряда после последней 4 линьки.

2. Пять особей в виде гусениц  после последней линьки за время полета  должны завить коконы. После приземления необходимо исследовать коконы (форму кокона, положение гусеницы внутри него, объем кокона, длину нити).

Как оптимизировать строение контейнера?

1.  Убрать систему кондиционирования и регуляцию внутренней среды контейнера, тем самым значительно уменьшив размеры контейнера.
2. Уменьшить количество кормовой базы до 25 грамм и уменьшить детали контейнера, заключив их в цилиндрическую  форму.
3. Контейнер должен быть оборудован прутиками для завивки коконов.    

Описание тутового шелкопряда.

ЧЛЕНИСТОНОГИЕ - ARTHROPODA
Отряд: Чешуекрылые - Lepidoptera
Семейство: Настоящие шелкопряды -Bombycidae
Род: Bombyx

Категория: 1 - находящийся под угрозой исчезновения вид. Ближайший родственник, а может быть, и исходная форма одомашненного тутового шелкопряда (B. mori).Bombyx mandarina

Шелкопряды общее название ряда семейства ночных бабочек, тоже изменялись с течением времени. Появились десятки домашних видов, таких как Настояние, шелкопряды, березовый шелкопряд, походные шелкопряды и др., гусеницы которые для окукливания плетут кокон из шелковины. Шелкопряды называют бабочек из семейства волняных, например: непарный шелкопряд, коконопрядов, например: сосновый шелкопряд, павлиноглазок, например: китайские и японские дубовые шелкопряды. И   все они производят шелк – натуральная текстильная нить животного происхождения; продукт, выделяемый железами гусениц шелкопряда. При совместной размотке нескольких коконов получают шелк – сырец, из которого вырабатывают крученый шелк, применяемый для изготовления тканей, трикотажа, швейных нитей. Отходы перерабатывают в пряжу для технических и др. тканей. С недавних пор с помощью генной  инженерии  появляются виды способные производить колоссальные количество нити, но мутации, происходившие раньше, также не обошлись без участия человека. И теперь не известно не одного вида дикого шелкопряда, каждый представитель этого семейства был приспособлен под индивидуальные особенности климата и территории, на которой его разводили. Но самая лучшая нить Тутового шелкопряда - получаемая в Китае и Индии. В местах произрастания шелковицы (тутовое дерево). В России 1 дикорастущий вид – шелковица атласная на ост-вах Сахалин, Кунашир и Шикотан.

Тутовый шелкопряд, бабочка имеет недоразвитый ротовой аппарат и не питается. Гусеница Т.Ш. питается листьями шелковицы (или тутового дерева); неполноценные её заменители – скорцонера, одуванчик, маклера, мак, бумажное дерево, вяз, козлобородник. Эмбриональное развитие яиц (инкубация) протекает 10-12 суток. Вылупившаяся гусеница темного цвета, густо покрыта волосками, длина её около 3мм, весит около 0,0004г. При нормальных условиях выкормки(23-350С) стадия гусеницы длиться 25-28 суток. За это время гусеница поедает 20-25г. листьев шелковиц.

При этом одно  взрослое дерево дает 10-15 кг. Листьев в сезон. Ночью во время сна и на время линьки гусеницы не едят, а температура тела повышается. Созревшие гусеницы не питаются и в течение  3 суток завивают коконы, оболочки которых состоят из шелковой непрерывной нити длиной 1000-1500 м. На 4-е сутки после начала завивки гусеница превращается в куколку. Кокон весит 1,7-2,3 г, шелковая оболочка составляет 20-25% от его массы. Коконы самцов содержат на 20% больше шелка, чем коконы самок. На 10-е сутки куколки превращаются в бабочек, которые сразу после выхода из кокона спариваются. Оплодотворенные самки в течение 2-3 суток откладывают около 500-700 яиц (грену) и спустя 10-20 суток погибают. С двух сторон тела у гусениц (шелковичных червей) находится по крупной прядильной (видоизмененной слюнной) железе, которые открываются на нижней губе общим выводным протоком с т.н. прессующим аппаратом. Выделяемая ими жидкость представляет собой белковый раствор и при соприкосновение с воздухом отвердевает, превращаясь в шелковое волокно (шелковину). Из него гусеница строит вокруг себя кокон перед окукливанием. Одна личинка может образовать за минуту 15 см шелковины, а в коконе ее бывает до 900 м. Когда взрослое насекомое (имаго) готово выйти из кокона, оно выделяет щелочную жидкость, размягчающую участок стенки, и проделывает там выход.

Современные породы тутового шелкопряда.

На сегодняшний день Институт шелка выявили 10 высокоурожайный видов. Мы хотим представить вам 2 из них, наиболее урожайных гибрида. Все числа с 2003 года.

.Этапы развития.

Строение фиброина шелка.

Шелк получают из коконов гусениц тутового шелкопряда. Основной белок шелка, фиброин, обладает структурой антипараллельного складчатого листа, причем сами листы располагаются параллельно друг другу, образуя многочисленные пласты. Фиброин состоит на 80% из глицина, аланина и серина. Молекула фиброина содержит типичный повторяющийся фрагмент (Gly-Ala- Gly-Ala-Ser)n.

Установлено, что в фиброине промежуток между складчатыми слоями составляет 0,35 и 0,57нм. В первом случае в промежуток ориентирован глицин(R=H). Промежуток 0,57нм создается за счет отталкивания боковых цепей серина и аланина.

Ход эксперимента:

1 этап эксперимента – земной

12 июня  2007 года - получение из Японии грен тутового шелкопряда

21 июня 2007 года вывелись 6 гусениц

22 июня-7 августа наблюдение за ростом, линьками, образованием коконов

8-9 августа - появление из коконов самца и самки тутового шелкопряда, откладывание неоплодотворенных яиц.

2 этап эксперимента- космический.

5 сентября 2007 года из Японии были получены 15 гусениц  в стадии 4 линьки.

6 сентября 2007 года подготовка  контейнера с гусеницами для отправки в космос.

В два одинаковых контейнера (один, для эксперимента на Земле) поместили  по 5 гусениц  и концентрат листьев шелковицы (тутового дерева)  в расчете на  5 дней. Еще 5 гусениц были оставлены  в инкубаторе в  благоприятных для развития условиях.

7 сентября 2007 года – передача контейнера с гусеницами в ИМБП. Взвешивание контейнера: масса 90г. Все гусеницы в добром здравии. Хорошо едят.  Мягкая укладка контейнера. Отправка на Байконур.

14 сентября 2007 года – запуск биоспутника с гусеницами на борту.

7- 26 сентября 2007 года наблюдение за контрольной группой гусениц, оставшихся на Земле.

В ночь на 14 сентября  в контейнере появился первый кокон. Из пяти гусениц  две гусеницы погибли, три образовали коконы. В инкубаторе все гусеницы окуклились.

26 сентября  2007 года спускаемый аппарат орбитальной лаборатории «Фотон – М3»  совершил посадку на территории Казахстана.

28 сентября 2007 года получение контейнера участниками эксперимента. Знакомство с содержанием контейнера. Получили два кокона, три куколки, а также серую массу, завернутую вокруг ветки. Одна куколка была черная и не проявляла признаков жизни.

Изучение состава полученной массы серого цвета.

30 сентября 2007 года отправка кокона и куколки в Японию для дальнейшего изучения космического тутового шелкопряда  японскими школьниками.

С 3 на 4 октября появился из кокона космический самец тутового шелкопряда.

С 4 на 5 октября появилась из кокона земная самка. Произошло оплодотворение  самки.

6 октября - самка отложила космические  грены.

8 октября появились другие земные самцы и самки, отложили   грены.

9 октября и далее - наблюдение за развитием комических и земных грен.

11 октября - появление гусениц.

В настоящее время гусеницы сплели кокон и появились бабочки.

Результаты  и выводы эксперимента «Развитие тутового шелкопряда на биоспутнике «Фотон М3»

1. 1. Невесомость и перегрузки при подъеме и приземлении не повлияли  на развитие гусеницы в бабочку.  Космические бабочки имеют окраску, строение тела, крыльев,  такую, как и земные бабочки. Сформировалась железа, из которой вытекает щелочная жидкость. Половые инстинкты  и половые органы  хорошо развиты.
2. 2. Были получены  только самцы тутового шелкопряда. Это подтверждает исследования  ученых, облучавших  коконы на Земле (после облучения появляются самцы). Это значит, что в космосе  шелкопряды подвергались облучению.
3. 3. Два полученных кокона начали формироваться на Земле перед полетом.   Они имеют   массу и цвет, такой же, как и контрольные  коконы в  земном контейнере. Но меньше, чем     аналогичные  коконы в инкубаторе. Это объясняется малыми размерами контейнера.
4. 4. Визуально при рассмотрении под микроскопом нить космического и земного кокона не отличается.
5. 5. Три гусеницы образовали куколки и пытались свить кокон. Но в условиях невесомости  все шелковые нити переплелись и заняли все пространство в контейнере. Это объясняется дезориентацией гусениц в условиях невесомости. Шелковые нити  не получились чистыми.  До отправки в космос гусеницы питались, что сопровождалось выделением большого количества экскрементов. Образовалась плесень (под микроскопом видны споры). Поэтому в контейнере мы наблюдали шелковые нити, смешанные с плесенью и экскрементами. Этого можно было  избежать, если бы была возможность перед полетом удалить лишнее из контейнера.
6. 6. Даже из куколки без кокона возможно получение полноценной бабочки тутового шелкопряда.
7. 7. Гусеницы космического шелкопряда отличаются от гусениц земного шелкопряда ,у ни отсутствуют пятна на спине.

Список используованной литературы.

1. http://www.cultinfo.ru, http://www.geografworld.ru, http://www.bio.ru, http://www.cosmos.ru .
2. Акимушкин И. Мир животных. Насекомые. Пауки. Домашние животные. – М.: Мысль, 1993.
3. Лункевич В.В. Занимательная биология. – М.: Наука, 1965.
4. Мамаева Б.М., Бордукова Е.А. Энтомология для учителя. – М.: Просвещение, 1985.  
5. Станек В.Я. Иллюстрированная энциклопедия насекомых. – Прага: Артия, 1977.
6. Фройде М. Животные строят. – М.: Мир, 1986.