Научно - исследовательская работа" Почему светят светлячки?"

МАОУ «Средняя общеобразовательная школа №33»

Научно - исследовательская работа 

Почему светят светлячки?

                            Выполнил: Гирфанов Радмир

            ученик 3 Е класса

                                    Руководитель:НикифороваЕ.В.

Стерлитамак 2013г.

Введение----------------------------------------------------------------------------------3

Глава 1.Насекомые-жители планеты-----------------------------------------------5

1.1.История изучения насекомых----------------------------------------------------5

1.2.Общая характеристика насекомых----------------------------------------------6

Глава 2. Светящееся чудо планеты--------------------------------------------------9

2.1Среда обитания светлячков.-------------------------------------------------------9

2.2.Как светлячки светятся.-----------------------------------------------------------10

2.3.Для чего светлячки светятся.-----------------------------------------------------11

Заключение------------------------------------------------------------------------------12

Список литературы-------------------------------------------------------------------13

Введение

                                                                             Ничтожных в мире нет существ,

                                                                             Коль труд познанья сладок.

                                                                             Везде и всюду – волшебство

                                                                             И тайный скрыт порядок.

                                                                             От еле видной тли до звёзд

                                                                             Исполнен мир загадок.

                                                                                                            Карл Фриш

                                                             Введение

Насекомые… Кому они не известны, где их только нет! Они носятся в воздухе, копошатся в почве, плавают в воде.   Они повсюду. Насекомые считаются одними из самых не до конца изученных представителей животного мира нашей планеты. Они являются  истинными хозяевами планеты.

        Актуальность исследования: Когда приходит ночь, солнышко уходит спать, то просыпаются удивительные жучки, которые могут светиться в темноте. За это их так и называют светлячками. А еще эти существа исполняют свой ночной танец в открытом поле или в лесу ночью Но почему только светлячки способны светиться да еще танцевать ночью? На этот вопрос мы решили найти ответ в своем исследовании.

        Цель работы: определить почему светит светлячок?

Задачи: 

1.Узнать, как живут и что едят светлячки.

2. Как им удается светить?

3. Для чего светлячкам нужно свечение?

Предмет исследования: среда обитания светлячков.

Гипотеза: предположим, что светлячок для свечения использует маленький фонарик.

Методы, используемые в работе:

- наблюдение,

- работа с литературой,

- сбор информации.

Глава 1. Насекомые – жители планеты

1.1 История изучения насекомых

Разумеется, о насекомых знали даже наши древние предки. Ведь когда человек начал делать только первые шаги по земле, насекомые уже миллионы лет владели планетой и давно чувствовали себя на ней хозяевами. На протяжении тысячелетий люди сталкивались с этими животными, но в целом не знали этих существ. Первым, кто собрал и осмыслил, накопленные людьми знания об этих существах стал Аристотель. Многие считают его отцом обширнейшего раздела зоологии – энтомологии, науки о насекомых. Ему принадлежит честь первого определения насекомых как самостоятельной группы животного мира. Даже термин «энтомология» принадлежит Аристотелю. «Энтома» в переводе с греческого, - насекомые, «логос» - наука. На основании собственных наблюдений и известных ему данных, из других источников этот ученый описал несколько десятков видов насекомых, попытался систематизировать их. Но ничего не говорил о таком признаке насекомых как деление тела на голову, грудь и брюшко, а на количество ног вообще не обратил внимание. Но начало науки о насекомых было положено. Остальное предстояло сделать следующим поколениям ученых.

Труден и тернист был путь людей в узнавании насекомых. Ученым приходилось решать не только множество сугубо научных проблем, разрабатывать и совершенствовать методы изучения насекомых, но и искать возможность, чтобы как–то соединить результаты собственных экспериментальных данных, собственные открытия и догадки с устоявшимися домыслами.

Можно назвать много имен  ученых и талантливых дилетантов, внесших свой вклад в энтомологию среди первых:

Марчело Мальпиги (1628 – 1694)

Ян Сваммердаш       (1637 – 1680)

Рене Реомюре           (1683 – 1757)

К. Линней                 (1707 – 1778)

Благодаря, многолетней работе тысяч ученых – энтомологов мы теперь знаем примерно миллион видов насекомых. Они объединены в один класс насекомых. Класс, в свою очередь, состоит из двух надотрядов, тридцати четырех отрядов, множества семейств и родов, и в конечном счете из почти миллионов видов.

Но открытия продолжаются. Новые виды насекомых открывают чуть ли не каждый год. И не единицами, не десятками, даже не сотнями – тысячами. Так что по самым осторожным предположениям, нашу планету населяют не менее двух миллионов видов этих удивительных существ.

1.2. Общая характеристика насекомых

Загадочные, совершенно не похожие на нас древние жители планеты насекомые.

Насекомые — один из классов животного мира, который относится к типу членистоногих.По количеству видов класс насекомых самый многочисленный; в настоящее время он насчитывает около одного миллиона видов. Они живут в мире повсюду, за исключением морских глубин.

Латинское обозначение насекомых можно перевести как «разделенные на членики», «покрытые насечками». Действительно, тело насекомых состоит из трех отделов: голова, грудь и брюшко. Голова насекомых состоит из шести сросшихся сегментов; на голове расположены глаза, антенны, или усики, и ротовой аппарат. Исходным типом ротового аппарата является грызущий. Такой тип ротового аппарата имеют жуки и некоторые другие насекомые. У бабочек — сосущий ротовой аппарат.  К грудным членикам, прикрепляются ноги и крылья. Каждый членик груди несет по паре ног. Крылья расположены по бокам груди. Обычно у насекомых бывают две пары крыльев, но бывает и одна пара или крылья вовсе отсутствуют. У жуков верхняя пара крыльев называется надкрыльями.
Брюшко имеет, различное число члеников. Кожный покров насекомых состоит из мягкого внутреннего слоя (гиподерма) и твердого наружного слоя (кутикула). Кутикула имеет сложное строение и устойчива к различным химическим воздействиям.У насекомых имеется мускулатура, органы пищеварения, выделения и дыхания, кровеносная и нервная системы, органы размножения. Размножаются насекомые половым путем. В процессе своего развития насекомые претерпевают ряд изменений, превращений. По характеру превращений насекомые  разделяются на две группы: насекомые с неполным превращением и насекомые с полным превращением. Насекомые с неполным превращением имеют три фазы развития: яйцо, личинку и взрослое насекомое. Причем личинка очень похожа на взрослое насекомое. Насекомые с полным превращением имеют четыре фазы развития: яйцо, личинку, куколку, взрослое насекомое. Здесь личинки резко отличаются от взрослого насекомого (например, бабочка и ее личинка — гусеница).  

Насекомые имеют различную окраску. Многие из них по окраске могут соперничать с пестрыми и яркими цветами, а многие имеют тусклую неяркую окраску, делающую их непривлекательными и незаметными. Чем же объясняется такое многообразие окрасок насекомых? Окраска имеет огромное биологическое значение. Не защищенные другими способами насекомые, если их окраска напоминает тот фон, на котором они держатся, становятся незаметными для истребляющих их хищников, в первую очередь для птиц. Окраска, делающая насекомое незаметным на окружающем фоне, называется покровительственной.

Насекомые бывают разных размеров - от совсем мизерных, до огромных. Насекомые-гиганты – явление исключительное.  Большинство насекомых не превышает в длину одного сантиметра.  Так, жук – геркулес достигает в длину 15 см, а крохотные представители семейства перистокрылок едва достигают   1 мм. Малые размеры тела насекомых дают им большие преимущества в борьбе за жизнь.

В книгу рекордов Гиннеса занесена самая маленькая бабочка – травяная голубянка (Zizula hylax). Ее размер 6 мм. И самая большая бабочка – птицекрыл королевы Александры (Ornithoptera аlexandraе). Размах ее крыльев достигает 28 см. Бабочка размером с домашнего голубя. Первый экземпляр бабочки был добыт выстрелом из ружья. Эти бабочки обитают в Новой Гвинее.

Каждое насекомое имеет научное название на латинском языке, состоящее из двух слов, обозначающих род и вид. Виды насекомых объединяются в роды, роды – в семейства, семейства в отряды. Среди насекомых есть красивые и есть безобразные, есть полезные и вредные.

Глава 2. Светящееся чудо природы

2.1 Среда обитания светлячков. Светлячки — насекомые из семейства жуков, отряда жесткокрылых. Отряд жуков – самый разнообразный и многочисленный. От представителей  других отрядов жуки отличаются строением крыльев. Передние крылья у жуков толстые и прочные, их называют надкрыльями. Крылья второй пары тонкие и прозрачные, служат для полета. Ноги бегательные, копательные, лазательные или плавательные. Жуки имеют разнообразную окраску. Тело может быть покрыто волосками, щетинками, чешуйками.

Размеры этих насекомых небольшие – от 4 мм до 2 см.

На вид светлячки, также известные как светящиеся черви, в основном коричневые и мягкотелые, часто с более кожистыми, чем у других жуков, надкрыльями. Хотя самки некоторых видов внешне похожи на самцов, ларвиформные (похожие на личинку) самки встречаются во многих видах. Этих самок часто можно отличить от личинок только потому, что они имеют составные глаза.

Как появляются светлячки?

Самка откладывает на поверхность земли оплодотворенные яйца. Спустя 3-4 недели появляются личинки, которые питаются до конца лета. Личинки тоже обладают способностью светиться, поэтому их часто путают с светляками – взрослыми особями.

С наступлением холодов светляки впадают в спячку на личиночной стадии, причем некоторые виды способны находиться в таком состоянии в течение нескольких лет. Некоторые прячутся в норках, а другие находят себе укрытия под корой деревьев. Просыпаются они весной и после нескольких недель кормления окукливаются на срок от одной до двух с половиной недель, по истечении которого становятся взрослыми. Большинство личинок – хищники, питаются они другими личинками – наземных улиток и слизней. Одним из таких видов является Alecton discoidalis, который обитает на Кубе. Они имеют рифленые челюсти, которые дают возможность выделять пищеварительную жидкость прямо на свою добычу. По мере взросления рацион светлячков меняется. Некоторые остаются хищниками, в то время как другие начинают питаться растительной пыльцой и нектаром.

Большинство видов светлячков могут быть ядовитыми для позвоночных хищников. Это связано с содержанием в них веществ, относящихся к группе стероидов, известных как lucibufagins (LBGs), по действию напоминающих кардиотонический токсин, выделяемый некоторыми видами ядовитых жаб.

Около двух тысяч видов светлячков встречаются в умеренных и тропических широтах. Многие из них обитают в болотах или в мокрой, лесистой местности, где для их личинок имеются богатые источники пищи. Эти личинки также излучают свет. Как самцы, так и самки многих видов светлячков умеют летать, но встречаются виды, самки которых не летают.

Около двух тысяч видов светлячков встречаются в умеренных и тропических широтах. Многие из них обитают в болотах или в мокрой, лесистой местности, где для их личинок имеются богатые источники пищи. Эти личинки также излучают свет. Как самцы, так и самки многих видов светлячков умеют летать, но встречаются виды, самки которых не летают.

Наиболее широко встречаются ночные светляки, хотя существует множество видов, которые ведут дневной образ жизни. Большинство светляков дневных видов способно производить свет, находясь в тени. Многие виды светлячков умеют отлично регулировать процесс свечения. Они могут менять интенсивность свечения, а также делать его прерывистым. Некоторые виды тропических светлячков, собравшись вместе, способны исполнять световые «симфонии», вспыхивать и гаснуть одновременно.

У нас в России чаще встречается светляк обыкновенный. Светиться

у этого вида могут только самки, похожие на червячков и не умеющие летать, – так они привлекают летающих самцов

2.2. Как светиться светлячок?

Свет у светлячков холодный – им нельзя обжечься как о лампочку или свечу. Светлячки могут светиться ровным светом, а могут  мерцать в темноте, становясь то ярче, то угасая.

Светятся эти жучки благодаря светящемуся органу — фотофору

Фотофор состоит из 3-х слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний — представляет собой светопрозрачную кутикулу. В среднем слое находятся фотогенные клетки, вырабатывающие свет. Как видно, по своему устройству фотофор напоминает обычный фонарик. Подобный вид свечения называется биолюминисценцией, которая возникает в результате соединения внутриклеточного кислорода с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы.

Свет, излучаемый светлячками — холодный. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5% — 10 %, светлячки переводят в световое излучение 87% — 98% затраченной энергии. Свечение этих насекомых относится к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм. Многие виды светлячков в состоянии по своему желанию уменьшать и увеличивать интенсивность свечения или излучать прерывистый свет. Когда нервная система жука подает сигнал о «включении» света, в фотофор начинает интенсивно поступать кислород, а для «выключения» достаточно прекратить подачу. У насекомых нет легких, а кислород передается посредством специальных трубочек — трахеол. Мышцы, управляющие подачей кислорода из трахеол, работают довольно медленно, и быстрое включение свечения долгое время оставалось загадкой Запас кислорода находится в митохондриях. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород.

2.3. Для чего светятся светлячки?

Зажигаются светлячки по разным причинам. Они вырабатывают в своих телах защитные стероиды, которые делают их неприятными на вкус для хищников, а их свечение служит сигналом, предупреждающим об их несъедобности. Взрослые особи многих видов мерцают определенным образом, специфичным для каждого из них, что позволяет их половым партнерам отличать их от других. Исследования показали, что самки выбирают самцов по характеристикам их мерцания. Выяснилось, что у двух видов светлячков самки предпочитают самцов с более ярким свечением и более высокой частотой мерцания. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнерш, одновременно вспыхивая и затухая всей стайкой. Стайка самок отвечает им такой же светомузыкой.

Заключение.

Днем светлячки спят, прячась в траве и мхе. Ночью же они просыпаются, выходят охотиться и вести активный образ жизни.

Свет у светлячков холодный – им нельзя обжечься как о лампочку или свечу. Светлячки могут светиться ровным светом, а могут  мерцать в темноте, становясь то ярче, то угасая.

Самое удивительное – это то, что светлячки могут светиться разным цветом - от красно-желтого до зеленого

Яркое свечение им нужно для того, чтобы находить друг друга в темноте и “разговаривать” между собой

Самка показывает светящийся конец своего тела, чтобы привлечь самца.

Даже личинки светлячка могут испускать мягкий свет

Светятся эти жучки благодаря светящемуся органу — фотофору. В этом органе 3 слоя:

1 -отражатель (вспомним велосипед). Клетки этого слоя наполнены мочевой кислотой.

2 — светящиеся клетки. В них есть самые крохотные в мире энергетические станции - митохондрии .

3 - «крыша» с прозрачным окном — кутикулой.

Нервы запускают механизм свечения.

Способность животных светиться называется биолюминисценция.

Чем питаются светлячки. Светлячки – хищные жуки. Они питаются мелкими личинками насекомых, пауками, улитками, муравьями, лей.

Как появляются светлячки? Сначала самка откладывает яйца в почву или под камни. Через 1-2 недели  из яиц выходят личинки. Через 2-3 дня личинки линяют в мягкотелых жуков.

Виды светлячков. Всего насчитывают до 2000 видов светлячков. У нас в России чаще встречается светляк обыкновенный. Светиться у этого вида могут только самки, похожие  на червячков и не умеющие летать, – так они привлекают летающих самцов.

Светятся эти жучки благодаря светящемуся органу — фотофору. В этом органе 3 слоя:

1 -отражатель (вспомним велосипед). Клетки этого слоя наполнены мочевой кислотой.

2 — светящиеся клетки. В них есть самые крохотные в мире энергетические станции - митохондрии .

3 - «крыша» с прозрачным окном — кутикулой.

Нервы запускают механизм свечения.

Таким образом, наше исследование подтвердило нашу выдвинутую гипотезу, так как мы выяснили, что орган фотофор действительно устроен как фонарик. Также мы выяснили причину свечения светлячков.

Литература

1. Г.Н.Горностаев  Определитель отрядов и семейств насекомых фауны России Москва 1999 ИК «Логос».

2. М.А.Козлов Школьный атлас – определитель беспозвоночных  Москва «Просвещение» 1991.

3. Б.М.Мамаев  Школьный атлас-определитель насекомых Москва «Просвещение» 1985.

4. П.И. Мариковский Насекомые вокруг нас Алма-Ата, «Кайнар» 1986.

5. Научно-популярное издание Гиннес. Мировые рекорды 2010г. Перевод с английского П.Андрианова, О.Иоффе, И.Павловой, М.Фадеевой. М.: АСТ, Астрель, 2009г.

6. Энциклопедия для детей   Биология том 2, Москва Аванта 2001

7. Я познаю мир  Детская энциклопедия Насекомые, Москва 1998

8. http://www.sciam.ru/2006/3/sprosite.shtm