Исследовательская работа "Один день из жизни муравьев"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

гимназия № 49 города Тюмени

Исследовательская работа

«Особенности жизни муравьев»

Выполнил: Сапожников Всеволод, обучающийся 6ж класса Научный руководитель: Бульдяева Ольга Анатольевна, учитель биологии

Тюмень, 2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	3
1.     Обзор литературы	5
1.1.          Описание семейства	5
1.2.          Виды муравьев 1.3.          Структура семьи, размножение	5 7
1.4.          Питание муравьев	7
1.5.          Враги муравьев	8
1.6.          Польза и вред от муравьев	9
2.     Материалы и методы исследования	10
3.     Результаты исследований и их обсуждение	10
3.1.          Разведение колонии муравьев-жнецов в домашних условиях	10
3.2.          Особенности ухода за маткой в инкубаторе	10
3.3.          Переселение колонии в формикарий	12
Заключение	12
Список использованной литературы	14
Приложения	15

Введение

«Муравей не велик, а горы копает»

В.И. Даль.

Актуальность

В конце лета, прогуливаясь по улице, я увидел большого жука. Мне стало очень интересно узнать, какое это насекомое. Я спросил у мамы: «Кто это? Почему у него есть крылья, но он не улетает?». И был очень удивлен, что это оказался муравей, т.к. имею представление о внешнем виде этих насекомых. Мама мне рассказала про муравьев и как сильно они похожи на нас, людей.  Они общественные насекомые, выращивают грибы, разводят тлей как домашнее животное, отправляют на войну армии солдат, берут в плен невольников, беспрерывно обмениваются информацией. Меня очень заинтересовала эта тема, захотелось больше узнать и увидеть, как они живут, чем питаются, какой вред и пользу приносят людям.

Я твердо убежден, что, наблюдая за жизнью муравьев, можно многому научиться. Например, если провести нехитрые математические расчеты, получится, что муравьи бегают быстрее людей. То есть, будь они нашего размера, то достигали бы скорости 80 км/ч.  Помимо небывалых скоростей, эти насекомые демонстрируют и феномен долгожительства. Некоторые самки доживают до 26-28 лет, а ведь это очень много по меркам насекомых. Значения выше 30 лет являются оценочными, хотя в некоторых источниках упоминается продолжительность жизни, превышающая 40 лет. Не могут не вызывать восхищения и архитектурные таланты этих маленьких насекомых. Наконец, они интереснейший объект для изучения и созерцания, именно поэтому для многих это становится увлекательным хобби.

        Объект исследования:  муравьи-жнецы.

Предмет исследования: оценка пользы муравьев.

Гипотеза:

Из одного муравья можно вырастить колонию муравьев-жнецов, если будут соблюдены следующие условия:

1)    будет поймана оплодотворенная матка.

2)    будет использована специальная пробирки-инкубатора.

3)    сборка всех деталей формикария будет проведена пошагово в соответствии с инструкцией.

4)    заселение колонии в формикарий пройдет успешно.

Методы исследования: эксперимент, наблюдение

Цель – показать важность муравьев в разных сферах деятельности современного человечества и самостоятельно вырастить колонию муравьев-жнецов в домашних условиях.

 Задачи:

- изучить строение и виды муравьев.

- рассмотреть состав семьи и особенности размножение муравьев.

- изучить питание и необходимые вещества для муравьев.

        - выявить и проанализировать пользу и вред от муравьев для человека.

        - найти и поймать матку муравьев в специальную пробирку.

        - организовать специальную пробирку-инкубатор и поместить туда муравьиную матку.

        - собрать формикарий и заселить в него колонию муравьев-жнецов.

1.        Обзор литературных источников

1.1.          Описание семейства

         Муравьи — наиболее эволюционно продвинутое семейство насекомых. Их семьи представляют собой сложные социальные группы с разделением труда и развитыми системами коммуникации и самоорганизации, позволяющими особям координировать свои действия при выполнении задач, которые не по силам одному индивидууму. Муравьи живут семьями в гнёздах, называемых муравейниками, которые устраивают в почве, древесине, под камнями. Некоторые муравьи сооружают муравейники из мелких растительных частиц и т. п. Существуют паразитические виды, которые обитают в гнёздах других муравьёв, муравьи - «рабовладельцы», содержащие в своих гнёздах «рабов» — муравьёв других видов. Ряд видов приспособился к обитанию в жилищах человека.  Некоторые виды муравьёв обладают развитым «языком» и способны передавать сложную информацию. Кроме того, многие виды муравьёв поддерживают высокоразвитые симбиотические отношения с другими насекомыми, грибами, бактериями и растениями. Все это привело к тому, что на сегодняшний день они являются доминирующей по численности группой членистоногих и распространены по всему миру, за исключением Антарктиды и некоторых удалённых островов. Изучением муравьев занимается наука  мирмекология.

Для муравьев характерно четко сегментированное тело, состоящее из головы, груди и брюшка. Голова с выраженными челюстями грызущего ротового аппарата и характерными для муравьев коленчатыми усиками. Усики на голове являются органами чувств, служащими для обнаружения химических веществ, воздушных потоков и вибраций, а также используются для приёма и передачи сигналов через прикосновения. Муравьиные глаза хорошо различают движение, но не обладают высокой разрешающей способностью. Кроме сложного глаза, имеются три простых глазка на верхней части головы, которые определяют уровень освещённости и плоскость поляризации света. Крючковатый коготь на конце каждой лапки помогает муравью подниматься по вертикальным поверхностям (рис.1.1). У большинства цариц и самцов муравьёв есть крылья. Царицы отгрызают крылья после брачного полёта.

1.2. Виды муравьев

Чаще всего встречаются следующие виды муравьев:

- Рыжие муравьи, их размер достигает 10 мм. Самые узнаваемые обитатели леса, которые строят высокие конусообразные муравейники (рис. 1.2).

- Черные или садовые муравьи, размером около 5 мм. Они строят муравейники в корневой системе растений, такие гнезда выглядят как участки разрыхленной земли (рис. 1.3).

- Красногрудые древоточцы. Крупные муравьи размером до 20 мм, которые селятся в старых пнях и бревнах. Могут выбирать в качестве места обитания деревянные постройки (рис. 1.4).

- Рыжая мирмика. Как и черные муравьи, строят свои гнезда в почве, между корнями растений. Являются конкурентами садовых муравьев. Их размер – около 5 мм (рис. 1.5).

- Фараоновы муравьи. Мелкие домашние муравьи селятся в простенках, пустых полостях, вентиляционных ходах. Вывести этих насекомых довольно сложно, зачастую приходится обращаться к профессиональным дезинсекторам (рис. 1.6).

- Огненные муравьи (муравьи огненные импортные красные) — один из самых опасных в мире инвазивных видов муравьёв, обладающий сильным жалом и ядом, которые могут стать смертельно опасными для людей, страдающих от аллергии (Рис 1.7). Мелкие (2—6 мм) рыжевато-коричневые муравьи (самцы чёрные). Рабочие особи полиморфны, ширина головы варьирует от 0,6 до 1,4 мм. В 1930-е годы колонии огненного муравья были случайно завезены в США. Интродукция произошла через морской порт Мобил (Алабама) в штате Алабама. Торговые суда из Бразилии вставали в доки порта Мобил для разгрузки товаров, заражённых муравьями. Начав своё вторжение с Алабамы, огненные муравьи расселились практически во все южные штаты США от Техаса до Мэриленда, и в северо-восточную Мексику, оказывая негативное влияние на дикую природу и вызывая экономические потери. С 1990-х годов их отмечают в Калифорнии (на западе США) и в Нью-Мексико (на юго-западе США), куда они попали, возможно, через суда, заходившие в порты Калифорнии.

1.3. Структура семьи, размножение

Муравьи образуют семьи, размеры которых варьируют от нескольких десятков особей до высокоорганизованных колоний, состоящих из миллионов особей и занимающих большие территории. Крупные семьи состоят в основном из бесплодных бескрылых самок, формирующих касты рабочих, солдат или другие специализированные группы. Почти во всех семьях есть самцы и одна или несколько репродуктивных самок, называемых царицами или королевами. Самки похожи на рабочих, но отличаются от них строением груди и, как правило, более крупными размерами. Имеют крылья, которые откусывают себе после оплодотворения. Самка спаривается только один раз и после этого способны откладывать яйца на протяжении всей своей жизни. Роль самцов сводится к оплодотворению молодых крылатых самок. Самцы обычно появляются в муравейнике незадолго до брачного лёта и вскоре после спаривания погибают.

Может показаться, что матка является центром муравьиной семьи, однако в действительности им являются рабочие муравьи. Чем больше в муравейнике самок, тем «непочтительнее» отношение к ним рабочих. Рабочие муравьи переселяют самок из одной части гнезда в другую, передают на обмен в другие гнёзда, убивают тех, чья плодовитость стала слишком низкой. Рабочие контролируют и воспроизводство особей в семье: уничтожают лишних личинок или изменяют режим их кормления для изменения соотношения численности каст в семье. Поэтому в литературе семьи муравьев называют суперорганизмом, потому что муравьи работают как единое целое. В муравьиных семьях существуют разделение труда, связи между особями и самоорганизация при решении сложных проблем

   Кроме того, существуют особенности развития муравьев. Когда муравей созреет и ему приходит пора вылупиться из шелкового кокона, он его покидает не сам. Челюсти молодого муравья слишком мягки, чтобы справиться с жесткой скорлупой. Выход из кокона открывают старшие муравьи. Они извне разрезают кокон и помогают своему новому собрату выйти. Самцам или самкам, выходящим на свет, муравьи расправляют слежавшиеся в коконе крылья. Этих своих крылатых сестер и братьев рабочие муравьи кормят с первого до последнего дня их жизни. Молодые рабочие муравьи получают пищу от старших только в первые дни. Проще говоря, жизнь будущего поколения муравьев находится в лапах рабочих муравьев.

1.4. Питание

Питаются муравьи преимущественно соком растений, падью тлей и других сосущих насекомых (падь - сладкая жидкость, выделяемая тлями, червецами и другими насекомыми, питающимися соком растений), в период кормления личинок — преимущественно насекомыми. Есть также виды, питающиеся семенами (муравьи-жнецы) и культивируемыми грибами (муравьи-листорезы). Основу питания почти всех муравьёв составляют два компонента: белковый и углеводный. При этом углеводный в основном потребляется взрослыми особями, а белковый — личинками.

1.5. Враги муравьев

Одним из естественных врагов муравьев являются бабочки-голубянки. Многие бабочки-голубянки развиваются в гнездах муравьев. Их гусеницы выделяют те же пахучие вещества, что и личинки муравьев, и муравьи заботятся о них, вместо своих личинок. Муравьи кормят гусениц, но тем этого мало – они поедают находящихся рядом куколок муравьев. Кроме того, вред для популяции огненных муравьев в частности наносят мухи-горбатки. Они откладывают яйца в тело живого огненного муравья. Развивающаяся личинка со временем обезглавливает муравья с помощью специального фермента. В Южной Америке часто можно наблюдать, как горбатки роятся над муравьиными колониями, а их личинки, прикрывшись маской из головы муравья, нагло «шагают» вместе с муравьями. Личинки жука-ломехуза выделяют наркотик, который одурманивает муравьев и побуждает их заботиться о них. Если ломехуз слишком много, то муравьи чаще кормят их, чем свое потомство, и муравейник вырождается. Более опасным прямым врагом для муравьев является паразитическая оса афилянтопс, она кормит своих личинок крылатыми муравьями. Также следует отметить и самых крупных любителей полакомится мравьями - бурые медведи. Они обожают муравьев и их куколок. Также муравьями «закусывают» ящерицы, кроты и жабы. В тропиках муравьями кормятся муравьеды. Питаются муравьями и птицы. Из птиц средней полосы особенно любят муравьев вертишейки и дятлы.

1.6.  Польза и вред от муравьев

Положительное восприятие муравьев в обществе связано с тем, что их жизнедеятельность играет очень важную роль в природе. Там, где эти насекомые устраивают гнездо, почва обогащается фосфором и калием, увеличивается ее кислотность, что положительно влияет на рост и развитие лесных растений. Рытье подземных ходов заменяет рыхление почвы и обогащает корневую систему растений кислородом. Более того муравьи переносят на себе семена и распространяют их на значительные расстояния, за счет чего увеличивается разнообразие травяного покрова. Также муравьи регулируют численность насекомых. Когда какой-то вид начинает доминировать, они могут на некоторое время полностью переключиться на его истребление. За год муравьиная семья уничтожает десятки миллионов насекомых-вредителей. Однако и сами муравьи выступают пищей для множества птиц, оказывающих пользу для экосистемы или ценных для промысла.        

В то же время, когда муравьи появляются на садовых участках или в домах, вред от их деятельности начинает перевешивать пользу. Садовые муравьи питаются растениями: бутонами и лепестками цветов, сладкими ягодами и фруктами, овощами и корнеплодами. Эти насекомые обожают сладкое, поэтому составляют симбиоз с тлей, обеспечивая ей защиту от врагов, холода, устраивая ее на зимовку. Муравьи «пасут» тлю на ягодных и розовых кустах и плодовых деревьях (Рис. 1.8). Вслед за тлей на ослабленные растения нападают и другие вредители и болезни. Кроме того муравейники, расположенные в грядках, замедляют рост и развитие культурных растений. Домашние муравьи портят продукты питания, разносят болезнетворные микроорганизмы, путешествуя от мусора до кухонного стола и обратно, и доставляют дискомфорт обитателям дома или квартиры.

2.        Материалы и методы исследований

Для проведения исследования необходимы следующие материалы и инструменты:

1.     Пробирка-инкубатор

2.     Вата

3.     Одна самка муравья

Методика кормления муравьев взята на сайте https://4ants.ru/blogs/manual/soderzhanie-muraviev

3.        Результаты исследований и их обсуждение

 3.1. Разведение колонии муравьев-жнецов в домашних условиях.

3.2.  Особенности ухода за маткой в инкубаторе.

Для того чтобы начать выращивание колонии в домашних условиях мы сделали специальную пробирку-инкубатор. В стеклянную пробирку налили несколько миллилитров чистой воды, для того чтобы вода не выливалась, заткнули ее ватой. На улице нашли самку муравьев без крыльев и поместили ее в пробирку. Затем закрыли пробирку ватой для изоляции муравьиной самки.  Учитывая хорошую воздухопроницаемость ваты, насекомое имеет возможность получать кислород.  Таким образом самка муравьев была в пробирке между двумя ватными слоями.

От качества ухода зависит количество и скорость развития потомства муравьиной матки. По этой причине нужно относиться к данному процессу со всей ответственностью. В естественных условиях самка проводит всё это время в тёмном, влажном и тесном пространстве, где её никто не беспокоит. Поэтому необходимо обеспечить ей условия, максимально приближённые к естественным. Поместить инкубатор в тёмное место (шкаф, комод, нижняя полка, коробка и т.д.). Проверять матку на наличие яиц нужно как можно реже. Не стоит часто тревожить её, трясти инкубатор и т.д., поскольку стресс негативно влияет на процесс кладки яиц. Проводить проверку можно раз в неделю. У матки в запасе есть много питательных веществ, поэтому она не нуждается в пище - до появления первых муравьёв. Через 10 дней самка снесла первые яйца (Рис. 2.1.). Еще через пару недель появился первый рабочий муравей (Рис. 2.2.). Поэтому  нужно начинать подкормку. Кроме того необходимо, чтобы в инкубаторе находилось небольшое количество зёрен мака - так, чтобы они лежали возле выхода из пробирки и не попали на влажную ватку (Рис. 2.3.).

Для более ускоренного роста муравьев можно вводить в рацион небольшими кусочками вареные белковые продукты: мясо и печень курицы, белок куриного яйца, а также кормовых насекомых. Давать белковую пищу можно 1 раз в 3-4 дня. Но главное обеспечить муравьев достаточным количеством воды.

3.3. Переселение колонии в формикарий

Когда колония насчитывает 10-20 особей необходимо подготовить формикарий (Рис.2.4.). Заселение - процесс важный и длительный, может уйти не один день, поэтому нужно быть терпеливым и внимательным. Перемещение муравьёв из пробирки-инкубатора может вызвать у них стресс и повлиять на дальнейшее развитие. Лучше пусть уйдёт больше времени, зато безопасней для муравьёв.

Когда колония насчитывает до 35 особей, пробирку-инкубатор нужно  положить на арену, и открыть ватную пробку (Рис. 2.5.). В течение нескольких часов после этого муравьи изучат новую для себя территорию. Колония сама выберет для заселения камеру, и тогда перенесёт туда всё необходимое. Другие камеры будут заниматься по мере роста колонии.

На арену инкубатора удобно помещать пищу, выкладывать рядом с пробиркой. Так на следующий день после кормления будет легче убирать всё, что муравьи не доели. Еда подбирается исходя из особенностей кормления данного вида, она должна содержать растительные и белковые компоненты. Важно следить за наличием свежей воды в формикарии, без нее муравьи очень быстро погибнут.

Выводы по эксперименту:

1.     Экспериментальным путем было показано, что из одной особи может получится целая колония муравьев.

2.     Процесс разведения муравьев в искусственных условиях очень трудоёмкий и ответственный. Любая оплошность может привести к гибели колонии.

3.     Соблюдение условий жизни колонии муравьев, максимально приближенных к естественным является залогом успешного их разведения.  

Заключение

В современных условиях муравьи занимают важную нишу в экосистеме земли. Контролируют численность многих насекомых, воздействуют на состав почвы и распространяют растения.  Человек способен разводить в искусственной среде колонии этих насекомых. Однако, нужно принимать во внимание, что несмотря на рафинирование условия жизни муравьев в искусственной среде, продолжительность их жизни максимальна только в естественных условиях. Тем не менее люди наблюдая за ними могут быстрее продвигаться по пути познания человеческой природы, причем не только биологической, но и социальной, потому что в области социума человек, по сути, идет по тому же пути, что и муравей.

Список литературы:

1.      Sarah Elisabeth Pfeffer, Verena Luisa Wahl, Matthias Wittlinger, Harald Wolf; High-speed locomotion in the Saharan silver ant, Cataglyphis bombycina. J Exp Biol 15 October 2019; 222 (20): jeb198705. doi: https://doi.org/10.1242/jeb.198705

2.     Муравьи как объект геронтологических исследований / Г. А. Шиловский, Т. С. Путятина, В. В. Ашапкин [и др.] // Биохимия. – 2018. – Т. 83. – № 12. – С. 1827-1843. – DOI 10.1134/S0320972518120072.

3.     Шовен Р. От пчелы до гориллы. — М.: Мир, 1965. — 295 с.

4.     Материалы интернет ресурсов https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D1%8C%D0%B8

a.      http://www.vokrugsveta.ru/encyclopedia/index.php?title=%D0%9C%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D1%8C%D0%B8

b.     https://valbrenta.ru/blog/muravi_vidy_osobennosti_polza_i_vred/

5.     Гридина, Т. И. Муравьи Урала и их географическое распределение / Т. И. Гридина // Успехи современной биологии. – 2003. – Т. 123. – № 3. – С. 289-298.

6.     Гилев, А. В. Рыжие лесные муравьи как объект мониторинга / А. В. Гилев // Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее : Материалы IV Международной конференции, Горно-Алтайск, 26–30 сентября 2016 года / ответственный редактор Долговых Сергей Викторович. – Горно-Алтайск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Горно-Алтайский государственный университет", 2016. – С. 254-256.

7.     Астафьев, В. М. Рыжие домовые муравьи и некоторые аспекты их экологии / В. М. Астафьев, А. В. Виноградов // Вестник Поволжской государственной социально-гуманитарной академии. – 2010. – № 7. – С. 68-69.

Приложения

Рис.1.1 Строение рабочего муравья.

Рис.1.2 Рыжий лесной муравей.

Рис 1.3 Черный или садовый муравей.

Рис. 1.4 Красногрудые древоточцы.

Рис. 1.5. Рыжие мирмики.

Рис. 1.6 Фараоновы муравьи.

Рис. 1.7 Огненный муравей

Рис. 1.8. Муравей ухаживает за тлей.

Рис. 1.9. Пробирка-инкубатор с самкой муравьёв.

Рис. 2.1. Самка муравьев отложила яйца.

Рис. 2.2. Самка муравьев и первый вылупившийся муравей.

Рис. 2.3. Подкормка колонии.

Рис. 2.4. Собранный и подготовленный к заселению формикарий.