Анабиоз дождевого червя
проект по биологии (8 класс) на тему

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей «Технический»

городского округа Самара

XIII ЛИЦЕЙСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

Секция _биология_____

Тема: «Анабиоз на примере дождевого червя»

Выполнил:

Моргачева Софья

ученица _8 В_ класса

Научный руководитель:

Подосиновик Светлана Николаевна

Учитель биологии и химии

Самара

 2015 – 2016 учебный год

Содержание

              Введение                                                                                                         страницы

I.Что такое анабиоз.                                                                                3

II. Причина анабиоза дождевого червя.                                                        4

1. Характеристика дождевого червя.                                                        5

2. Почему в природе многие животные и растительные организмы

впадают в различные состояния мнимой смерти?                                        6

III. Изучение явления анабиоза в историческом аспекте.

1. Античные наблюдения за действием холода                                        7
2. Первые эксперименты по замораживанию животных                                8

IV. Практическая часть.                                                                        11

V. Заключение.                                                                                        15

VI. Список литературы.                                                                       16

Введение

Известно, что большое число микроорганизмов, насекомых, мелких холоднокровных животных и представителей растительного мира, оказываясь в неблагоприятных для них условиях жизни, могут впадать в состояние анабиоза. В этом состоянии «мнимой смерти», на грани жизни и смерти, этим организмам удается таким уникальным способом сохранить жизнь в течение суровых зим или в летние засухи и жару.

К таким животным относятся и дождевые черви, которые активно участвуют в образовании биогумуса, обеспечивают плодородность почвы. Но дождевые черви мало размножаются. Их отсутствие может привести к обеднению почвы, именно поэтому я решила выяснить, какие минимальные температуры может перенести дождевой червь экспериментально.

Цели: Изучить, какие температуры может выдержать дождевой червь в период анабиоза в домашних условиях.

Задачи:

- Изучить жизнь дождевого  червя.

- Изучить факторы, влияющие на процессы жизнедеятельности дождевого червя.

- Выяснить минимальные температуры для выживания дождевого червя.

ЧТО ТАКОЕ АНАБИОЗ

АНАБИОЗ (от греч. слова—anabiosis), в прямом переводе означает возвращение к жизни, оживление, воскрешение (Ргеуег, 1880 г.). Оживление предполагает предшествующею ему смерть или состояние «скрытой жизни». В связи с этим, часто под словом Анабиоз  разумеют не оживление, а «скрытую жизнь» или временную приостановку жизненных функций. Анабиоз в последнем смысле слова означает не жизнь, т. к. при А. нет жизненных отправлений, но и не смерть, т. к. возможно возвращение к жизни; смерть же —явление необратимое. Главным фактором А. является отнятие воды от протоплазмы путем ее высушивания при высокой t°, замораживания или повышения концентрации солей в окружающей среде. Последнее явление часто наблюдается в соленых озерах и морских лиманах в летние периоды. Возможность А. в смысле временного, но полного прекращения всех жизненных функций, не может считаться вполне доказанной; однако, при понижении t° ниже 0°, при сильном высыхании или при удалении кислорода жизненные функции (дыхание, движение и пр.) могут быть настолько понижены у некоторых животных и растений, что практически может идти речь об остановке жизненных функций и последующем их восстановлении, т. е. об анабиозе.
      Анабиоз — явление, характерное не только для микроорганизмов. Оно определенным образом связано с периодическим состоянием зимней спячки и у высокоорганизованных животных. Известно, что в зимнюю спячку впадают многие животные с постоянной температурой тела (ежи, суслики, летучие мыши, сурки и др.), а также многие виды животных с непостоянной температурой тела (ящерицы, лягушки, змеи, черепахи и др.).которые проводят зиму, зарывшись в ил, грязь или в землю, спрятавшись под опавшие листья, под кору деревьев и т. п. Там они находятся в неподвижном состоянии оцепенения, в условиях крайне пониженной жизнедеятельности.

1. Причина анабиоза дождевого червя

1.Характеристика дождевых червей.

       Семейство настоящих дождевых червей, или люмбрицид (Lumbricidae) относится к классу олигохет или малощетинковых кольчецов (Oligochaeta). На настоящий момент оно включает более 250 видов. Это преимущественно крупные виды, входящие в состав макрофауны. Люмбрициды составляют три экологические группы: 1-поверхностнообитающие (подстилочные); 2-почвенно-подстилочные и 3-норники. Тело дождевых червей состоит из колец, или сегментов (от 80 до 300). Все сегменты, кроме переднего, несут по8 (у некоторых тропических видов — до нескольких десятков) коротких щетинок, служащих опорой при ползании. Длина тела крупных тропических дождевых червей до 2 м, встречающихся в России и ближнем зарубежье — 8—15 см, редко до 40 см. Окраска их варьирует от светло-сероватой до черновато-бурой или вишнево-красной.

       Дождевые черви характеризуются кровеносной системой и имеют красную кровь. Дышат через кожу. Слизь которую выделяют черви защищает их тело от высыхания и механического повреждения. Кожа червей обладает чувствительными клетками. Дождевые черви — гермафродиты. В верхних горизонтах почвы черви откладывают коконы зеленовато-желтого цвета. Из кокона выходят маленькие червячки белого цвета, через 4 месяца становятся половозрелыми.

       Дождевые черви ведут ночной образ жизни, днем их можно обнаружить под досками, где сохраняется влага. Питаются они различными остатками, навозом и т. п. Экскременты, выбрасываемые червями на поверхность почвы в большом количестве, имеют вид характерных кучек земли.

       В состояние анабиоза у дождевых червей длится 7 месяцев (с конца сентября до первых чисел мая). В зимний период, когда температура опускается до -50 градусов и ниже дождевые черви уходят вглубь.

В целом, дождевые черви являются влаголюбивыми животными: при влажности почвы ниже 30—35 % дождевые черви испытывают стрессовое состояние их развитие тормозится, а при влажности < 22 % черви погибают. Поэтому они распространены в более сырых почвенных условиях, на пониженных участках рельефа, в оврагах, в сырых лесных массивах, по берегам озёр, окраинам болот.

Дождевые черви неприхотливы к температурным условиям. Очень часто их находят зимой на снегу или вмерзшими в лёд, в тёплом помещении они оживают [Боескоров Василий Степанович] 

В умеренных широтах период активной деятельности дождевых червей продолжается 6,5…7 месяцев. Они не уходят в глубокие слои почвы на зимний период, пока почва не промёрзнет на 5…6 см окончательно. Но, как правило, черви уже при 5 градусах освобождают кишечник и близки к состоянию зимнего покоя (не питаются). Весной (май месяц) при прогревании грунта и оттаивания мерзлоты черви возобновляют свою активность.

2. Почему в природе многие животные и растительные организмы впадают в различные состояния мнимой смерти?

          Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление — миграция. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления — способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые не в состоянии обеспечить себя пищей зимой и для них существует опасность гибели от холода и голода. И все это, выработанное в процессе эволюции, подчинено строгой природной целесообразности — необходимости сохранить вид.
         Зимняя спячка — широко распространенное явление в природе, несмотря на то, что ее проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые еще и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой (гомойотермные), называемые теплокровными.
Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела — несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.

2. Изучение явления анабиоза в историческом аспекте

1. Античные наблюдения за действием холода

В научном виде идея о применении анабиоза для увеличения продолжительности жизни возникла позже других подходов к решению этой проблемы. Во-первых, анабиоз, в отличие от очевидных фактов смертности живого, различной продолжительности жизни и возможности лечения болезней, является достаточно редким феноменом и, следовательно, должно было накопиться достаточно много наблюдений, прежде чем он оказался в центре внимания естествоиспытателей. И, во-вторых, понимание как самого этого феномена, так и возможности его использования для продления жизни, требовало достаточно высокого уровня развития науки.

      Тем не менее, сама идея о возможности перевода жизни в некое "заторможенное" состояние существовала уже во времена античности. Ее следы можно обнаружить как в древнегреческих мифах, так и произведениях некоторых древнегреческих философов. Наиболее известен миф об Эндимионе, который по просьбе влюбленной в него Селены был погружен Зевсом в долгий сон, с целью достижения бессмертия и сохранения вечной молодости (Аполлодор, 1972, с. 12). Есть сохранившиеся отрывки из произведений Демокрита (460 – 470 до н. э.), в которых он предлагал хранить умерших в меду (иногда так сохраняли тела некоторых царей (см. Рязанцев, 1994, с. 191-192)). Причем из свидетельств некоторых античных авторов следует, что он рассчитывал на возможность их будущего оживления (см., например, Лурье, 1970). Среди многочисленных талантов древнегреческого философа, ученого, врача и политика Эмпедокла (ок. 490 – 430 гг. до н. э.) упоминался и дар воскрешать умерших (по всей вероятности, это были случаи летаргии или "мнимой смерти") (Семушкин, 1994). Очевидно, что на возникновение этой идеи повлияло существование таких феноменов как ночной сон (как состояние существенно отличное от обычной жизни), летаргия и "мнимая смерть". Свою роль могли сыграть и наблюдения за возобновлением жизненной активности животных, долгое время не проявлявших признаков жизнедяетельности в результате потери большого количества воды (это могли быть черви или пресмыкающиеся) или сильного охлаждения.  

        Поскольку в то время еще не существовало предпосылок для корректной научной интерпретации подобных наблюдений как феномена обратимой остановки жизни, подобные наблюдения скорее всего могли быть отнесены к необъяснимым или недостоверным явлениям, примерами которых изобилуют произведения античных авторов.

2. Первые эксперименты по замораживанию животных

 1664 г. английский врач и ученый Г. Пауер (1623 – 1668) описал свои эксперименты по замораживанию в книге "Экспериментальная философия" (Шмидт, 1955). Он успешно (т. е. обратимо) заморозил уксусных угриц (круглые черви) в смеси льда и соли в течение нескольких часов, а также оставив их на морозе на ночь. При этом он полагал, что замораживание не убивает животных (т. е. он не считал их умершими).

Когда в 1705 г. (1) знаменитый голландский ученый-самоучка Антони-ван-Левенгук случайно поместил под сконструированный им микроскоп высушенный песок, взятый из желоба около водосточной трубы на крыше его дома, он с удивлением заметил, что, после того как песок был увлажнен, произошло нечто необычайное — высохшие в нем микроорганизмы, выглядевшие погибшими, начали двигаться, то есть «оживали». Это были невидимые простым глазом микроскопические черви — красные коловратки (Philodinaroseola).
        В 1743 г. английский ученый Нидхем наблюдал подобное же странное явление в зернах пшеницы, зараженных пшеничной нематодой — Tylenchustritici — мелким круглым червем. Его личинки оказались способны сохраняться более двух лет в так называемых галлах даже в высушенных зернах пшеницы. Попав вместе с зернами в почву, галлы впитывали влагу, при этом личинки пшеничных нематод восстанавливали свою жизнедеятельность и выходили в почву

        Все большее внимание многих естествоиспытателей было привлечено к этому интересному и необъяснимому в то время явлению «воскресения» животных и растительных организмов, которые подвергались высушиванию или замораживанию. Но это явление все еще не имело наименования. В 1873 г. немецкий ученый Вильгельм Прайер предложил обозначить его термином «анабиоз». Так он называл все случаи безжизненного состояния организмов, при которых они не теряли жизнеспособности. А само состояние, в которое впадали коловратки, тихоходки и пшеничные нематоды,— именно над ними он проводил свои опыты, — Прайер предложил называть анабиотическим.
Проблема анабиоза стала рассматриваться на строго научной основе лишь в начале XX в. Тот факт, что некоторые организмы могут высыхать, а затем оживать снова, стал уже широко известен. Что же, однако, происходило с высыхающим организмом? Действительно ли в нем прекращалась жизнедеятельность или только сильно затормаживалась? Какие виды животных и растительных организмов могут впадать в анабиоз?
Значительный вклад в разъяснение проблемы анабиоза внес крупный русский ученый профессор Порфирий Иванович Бахметьев. С помощью собственноручно изготовленного электрического прибора (термопара в виде иглы, соединенная с гальванометром) Бахметьев проводил опыты по изучению температуры насекомых в связи с внешними условиями, состоянием покоя и анабиоза. Этот прибор он назвал «электрический термометр» (обыкновенным термометром невозможно измерять температуру насекомого). Результаты этих исследований были опубликованы в 1899 г.
Наибольшую известность среди биологов П. И. Бахметьев снискал своими работами о «мнимой смерти», т. е. об анабиозе насекомых при замораживании. Этому он посвятил значительную часть своего времени и вел со многими биологами оживленные дискуссии. В анабиозе П. И. Бахметьев видел возможность продления человеческой жизни. Этой проблеме он посвятил свыше 25 научных публикаций. Бахметьев искал закономерности в реакции жидкостей тела на перемену температуры и в отражении этой перемены на состоянии и жизнеспособности всего организма. По этим вопросам он прочел много лекций, которые вызвали большой интерес в Болгарии и других странах.
        П. И. Бахметьев первым начал строго научно изучать состояние организма насекомых при замораживании. С помощью своего уникального электрического термометра он определял температуру тела насекомых, помещенных в холодную камеру с температурой от —12 до —22°. Бахметьев впервые выявил интересное состояние насекомых при замораживании. Температура тела бабочки, помещенной в холодную камеру, сначала постепенно понижалась до — 10°С, потом начинала быстро повышаться до —1,5°С, после чего снова постепенно понижалась до —10°С. Это необычайное явление П. И. Бахметьев назвал температурным скачком.
Изучая явления переохлаждения, а затем постепенного замораживания жидкостей тела бабочек, П. И. Бахметьев установил, что вскоре после «температурного скачка» насекомое могло ожить, если его извлечь из холодной камеры, несмотря на то что оно уже было заморожено, находилось в затвердевшем состоянии и выглядело мертвым. Это привело П. И. Бахметьева к мысли,
что в таких условиях в природе насекомые находятся в состоянии анабиоза. В подобном состоянии их нельзя считать живыми, поскольку процессы обмена веществ в их замерзшем теле почти прекратились, но они не умерли, так как если их согреть, то они снова оживают.
Позже, в 1912 г., П. И. Бахметьев продолжил свои исследования анабиоза, но на этот раз у млекопитающих. В качестве экспериментальной модели он избрал летучую мышь, которая впадает в зимнюю спячку. Первый опыт был проведен в феврале того же года. Летучую мышь перевязали тюлем, поместили в небольшую банку, чтобы она могла двигаться, в задний проход вставили термометр и поместили банку в холодную камеру при температуре —22°С. Начались наблюдения. Температуру летучей мыши записывали каждую минуту. В начале опыта (в 1 ч 56 мин ночи) ее температура была +26,4°С (в комнате + 12°С), через две минуты температура стала +23°С и потом начала быстро понижаться. К 2 ч 26 мин она достигла 0°С. Потом температура опустилась ниже 0°С и медленно понижалась. За 18 мин она снизилась, от 0 до —2,5°С, но затем продолжала падать быстрее. Когда тело летучей мыши охладилось до —4°С, П. И. Бахметьев вынул ее из холодной камеры. Тело оказалось совершенно твердым и не подавало никаких признаков жизни. При дуновении сверху на крыльях образовался иней. Постепенно крылья начали как бы отмокать и появились дыхательные движения. Летучая мышь ожила и прожила в доме ученого еще несколько недель, после чего умерла.
          После этого опыта П. И. Бахметьев провел еще несколько экспериментов с летучими мышами, оказавшимися очень подходящим объектом, так как температура их тела и в природных условиях изменяется в широком диапазоне. Он был убежден, что подобным образом может добиться анабиотического состояния и у других видов млекопитающих, обладающих более совершенным физиологическим механизмом регулирования своей температуры тела. П. И. Бахметьев мечтал добиться анабиотического состояния у высших млекопитающих — людей.
Работы П. И. Бахметьева по проблемам анабиоза, обобщенные в нескольких значительных трудах, приобрели широкую популярность; один из них был опубликован в «Известиях Российской Академии наук» в 1902 г.
В 1940 г. советский ученый А. Е. Крисе обнаружил спороносные и неспороносные микроорганизмы только на поверхности замерзшего слоя почвы.
          В более поздних исследованиях (1948 г.) известный советский ученый П. Ю. Шмидт снова изучал анабиотическое состояние при замораживании, насекомых и некоторых животных с постоянной температурой тела. Он пришел к заключению, что в первый период после фазы переохлаждения не наступает полное замерзание организма, а начинают только появляться кристаллы в жидкостях и клетках организма. Следовательно, и анабиоз возможен только при условии, которое исключает полное замерзание всех клеток.
          Как видно из приведенного исторического обзора, изучение этого интересного биологического явления занимало умы многих ученых начиная с начала XVIII в. и до наших дней.
Сегодня известно, что многие растительные и животные организмы при неблагоприятных условиях (замороженные или высушенные) существенно замедляют или даже полностью прекращают обмен веществ (3), развитие и размножение, но, несмотря на это, не погибают. При благоприятных условиях они снова восстанавливают процессы жизнедеятельности. В состоянии анабиоза живые организмы переносят сильный мороз и жару, высокое давление, глубокий вакуум, мощную радиацию, вибрации и т. п.

3. Практическая часть.

1. Что любят дождевые черви:

• сумерки и темноту;
• слегка влажную почву, но не залитую водой;
• обилие еды.

Что вредно для червей:

• засуха. При высыхании кожи червь погибает;
• мороз;
• ультрафиолет.

2. Для проведения опыта я взяла небольшую емкость с землей(300-350г) и двух червей, которые до этого находились без пищи около 2-х недель

4. Заключение.

       Таким образом, я выяснила, что на жизнь дождевого червя влияют такие факторы, как количество света, влажность, температура. Минимальные температуры, которые смог пережить червь - -50С. Червь, который подвергался более низким температурам (ниже -70С) не смог выйти из спячки. Также для пробуждения червя нужна сильно увлажненная земля, в природе это зависит от толщины снежного покрова в зимнее время года.

     В открытом грунте жизнь червей можно поддерживать, сохраняя вышеописанные условия.

Условия обитания червей. Азот. Велика потребность червей в азотсодержащей органике. В богатом азотом субстрате скорость роста и плодовитость червей резко возрастают.
Влажность. Особенно важным условием для жизни червей является достаточная влажность. Влажность ниже 30-35% тормозит их развитие, а при влажности 22% они погибают в течение недели. При выращивании дождевых червей оптимальной является влажность 70-85%, то есть близкая к содержанию воды в теле червя.
Кислотность. В среде с кислотностью ниже рН=5 или выше рН=9 все черви погибают в течение недели. Оптимальной для червей является нейтральная среда с рН=7.
Температура. Как правило, при температуре +5 °С черви освобождают кишечник и не питаются. Они уходят в более глубокие слои почвы и впадают «в спячку». Весной черви просыпаются за 1,5-2 недели до оттаивания почвы (исчезновения мерзлого слоя).
Засоленность. Концентрация солей более 0,5% смертельна для червей. Однако черви переносят повышенные концентрации углекислого кальция, углекислого железа, сернокислого алюминия, хлорного железа. Учтите это при использовании минеральных удобрений.

Список литературы

1. Акимушкин И.И. Мир животных. – М.: Мысль, 1995.

2. Биологический энциклопедический словарь. – М., 1995.

3. Битюцкий Н.П., Лапшина И.Н., Лукина Е.И. Роль дождевых червей в минерализации органических соединений азота в почве. – Почвоведение, 2002, № 10

4. Быховский Б.Е., Козлов Е.В. Биология. – М.: Просвещение, 1999.

5. Гиляров М.С., Криволуцкий Д.А. Жизнь в почве. — М.: Мол. Гвардия, 1985.

6. Книга для чтения по зоологии. – М.: Просвещение, 1986.

7. Бинас А. В. и др. Биологический эксперимент в школе. – М.: Просвещение, 1990. – 192с.

8. Крапивный А. П. Краткий зоологический словарь. – Мн.: Высшая Школа  – 1990. – 238с.

9.  http://www.zoofirma.ru/knigi/kurs-zoologii-t-1-abrikosov/2992-rol-dozhde...

10. http://slovari.yandex.ru 7. http://www.botanichka.ru/blog/2010/03/20/earthworm/