Особенности жизни рыжих лесных муравьев FORMICA, как общественных насекомых
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
«Особенности жизни рыжих лесных муравьев FORMICA, как общественных насекомых». Зависимость распространения рыжих лесных муравьев от типа и возраста леса Зависимость активности муравьев от времени суток и погоды Автор работы: Шорин Михаил Алексеевич, 8г класса МБОУ «ООШ» г. Кирсанова Научный руководитель: Щербинина Светлана Николаевна, учитель биологии МБОУ «ООШ» г. Кирсанова.
Актуальность Численность муравьев на единицу площади в лесах очень велика, поэтому они оказывают существенное влияние на лесную экосистему. Рыжие лесные муравьи — эффективные защитники лесных насаждений от листогрызущих вредителей. Куколки муравьев являются излюбленным кормом для многих певчих птиц, содержащихся в неволе. Этих насекомых использовали также для получения муравьиного спирта, употребляемого в медицине. Вместе с тем, в ряде мест муравьи испытывают колоссальный пресс со стороны человека: изменяется привычная для них природная среда, разрушаются муравейники (санитарные и сплошные вырубки лесов). Муравейники массово гибнут при рубках леса, их варварски разоряют безграмотные туристы. Вокруг населенных пунктов, вдоль дорог и туристских маршрутов, в зонах массового отдыха муравьиных гнезд становится все меньше и меньше.
Цель: Наблюдая за жизнедеятельностью муравьев вида Formica rufa вне муравейника выявить влияние внешних факторов на зависимость распространения рыжих лесных муравьев Formica rufa от типа и возраста леса, а также определить зависимость активности рыжих лесных муравьев от времени суток, температуры и погоды?
Гипотеза: Рыжие лесные муравьи Формика в большом количестве обитают в смешанных и хвойных лесах возраст которых 50 – 70 лет. Муравьи бывают по разному активны в разное время суток и в разную погоду.
Задачи: Рассмотреть биоразнообразие растительных сообществ; Определить причины неодинакового распространения рыжих лесных муравьев в разных биоценозах. Изучить структуру биоценозов; Выявить влияние состава и возраста доминирующих видов на распространение рыжих лесных муравьев. Описать поведение рыжих лесных муравьев. Изучить причины по которым муравьи покидают муравейник. С помощью исследований определить активность рыжих лесных муравьев Формика. Разработать приемы по определению активности рыжих лесных муравьев исследуемого муравейника .
Этапы реализации проекта Изучение научно – популярной литературы и определение общих особенностей объекта исследования — Рыжий лесной муравей (Formica rufa) Обследование окрестностей оз. Прорва выбор нужного участка леса Удостовериться в том, что выбранный нами объект изучения принадлежит именно к Formica rufa Зависимость распространения рыжих лесных муравьев от типа и возраста леса Зависимость активности муравьев от времени суток и погоды. Сроки реализации проекта: С 15.04.2016 по 30.09.2016.
Методы исследования полевые исследования работа с научно-популярной литературой, статистический метод обработки результатов, метод наблюдения, метод лабораторных исследований, метод эксперимента, измерения
1. Общие данные о муравьях. Изучив научно-популярную литературу, мы выявили следующие общие данные о муравьях. В мире известно около пятнадцати тысяч видов муравьев. Все они ведут общественный образ жизни, так как муравьи живут общинами или колониями. Среди муравьев есть и хищники, и поедатели семян, и грибоводы. Рыжий лесной муравей (Formica rufa) относится к отряду перепончатокрылых классу насекомых. Это самый обычный и часто встречающийся в России, он строит гнезда-муравейники высотой до 1 м. Formica rufa обитают в хвойных, смешанных и лиственных лесах возрастом свыше 40 лет, хотя одиночные гнезда встречаются в биотопах с густым подлеском. Их муравейники могут встречаться на открытых, хорошо прогреваемых полянах и опушках.
Все муравьи – общественные насекомые, живущие семьями. Число особей может колебаться от нескольких десятков до нескольких миллионов. Семья муравьев — многолетнее, четко организованное сообщество индиви-дов, состоящее из половых особей (самцов и самок), а также рабочих мура-вьев, которые являются недоразвитыми, бесплодными в обычных условиях самками. Роль самцов сводится к оплодотворению молодых крылатых самок. Самцы обычно появляются в муравейнике незадолго до брачного лета и вскоре после спаривания погибают. Самка оплодотворяется один раз и полу-чает при этом огромный запас спермы, которая в ее организме расходуется постепенно в течение всей жизни. Продолжительность жизни муравьиной самки максимальна для мира насекомых — до 20 лет. Оплодотворенные самки сбрасывают крылья и либо основывают новую семью, либо остаются в своем муравейнике. Иногда молодых самок принимают в другие, уже существующие семьи своего вида.
Краткая физико-географическая характеристика района исследования. Исследования проводились на участках леса, расположенных между р. Вороной и оз. Прорва на территории граничащей с территорией заповедника Воронинский. Рельеф определяется его положением вдоль долины р. Вороны Растительности. По таксационным описаниям 77,2% площади — лесопокрытая территория: это в основном широколиственные леса (дубравы -35,9%, осинники — 20,8%) и черноольшаники — 44,4%. Встречаются хвойные или смешанные сообщества. Травяные сообщества (14,6%) представлены низинными болотами, пойменными лугами, остепненными лугами и небольшими участками луговых степей.
Общество муравейника можно разделить на группы: Наименование Функции Плодущие самки (матка, царица) Самцы (трутни) Рабочие – бесплодные самки , бескрылые (носильщики, няньки, уборщицы, строители, фуражиры, разведчики, охотники, солдатики). Размножение и расселение Размножение Уход за самкой, самцом, потомством; строят и охраняют гнезда, снабжают пищей
Ход исследования В первую очередь нам необходимо было удостовериться в том, что выбранный нами объект изучения принадлежит именно к Formica rufa (обыкновенный рыжий лесной муравей). Для этого необходимо было изучить морфологию муравьев (внешнее строение). И для достоверного определения мы просмотрели 12 экземпляров муравьев, взятого из одного муравейника, так как у близких видов признаки часто перекрываются, но отклонений мы не обнаружили. (Определение вида производилось по Е.А.Дунаеву).
2. Исследование №1 Зависимость распространения рыжих лесных муравьёв от типа и возраста леса. 1. Выбор нужного участка леса (Хвойного, лиственного, смешанного разного возраста) Жизнь рыжих лесных муравьев тесно связана с лесом. Но не в каждом лесу они могут жить. Лес – это не случайное собрание деревьев, кустарников, трав, мхов, грибов, насекомых, птиц, млекопитающих. Лес – это биогеоценоз. Мы выбрали шесть участков трех разновозрастных биоценозов (1972 и 1955 года посадки). 2) На каждом участке с помощью компаса была заложена экспериментальная площадка размером один га. 3) Описание растительности на площадках: а) лес хвойный; преобладающая порода сосна; встречаются: береза, рябина, осина, бересклет; средний возраст – 44 лет и 61 – год (по количеству мутовок на дереве) б) лес лиственный; преобладающая порода береза; встречаются: клен, рябина, осина; средний возраст — 44 и 61 год. в) лес смешанный; преобладающие породы сосна и береза; встречаются дуб, клен, осина, рябина, бересклет. В дневниках были начерчены схемы участков.
Метод закладки пробных площадок Метод пробных площадок применяется для малоподвижных или неподвижных особей, наиболее часто для проведения геоботанического описания. Для закладки пробной площадки требуется следующее оборудование 4 колышка, веревка размером 10м х на 4 с разметкой, компас. Для изучения лесного сообщества надо заложить пробную площадку размером 20 х20 м2. Определить среднюю длину шага. По компасу от колышка №1 отсчитать шагами расстояние на север, потом на восток. Точку №4 найдите, двигаясь от точки №3 на запад. Приступить к описанию пробной площадки.
2. Составление плана – схемы участков с маршрутами следования. 4) Площадки размещены таким образом, что одна сторона проходит по дороге. На одну сторону каждой площадки (проходящей по дороге) нанесли по две отметки (точки). 5) От каждой отметки с помощью компаса проложили по маршруту на противоположную сторону участка. 6) Произвели подсчет муравейников, которые были встречены на каждом из маршрутов. Нанесли их местоположение на план-схему. (На каждом маршруте подсчет велся в парах шагов это придает большую точность плану) №1. Участок «Хвойный лес» №2. Участок «Лиственный лес» №3. Участок «Смешанный лес»
4. Данные полученные в ходе обследования занесены в таблицу. Тип леса Возраст леса Колическтво муравейников на 1 га Объяснение фактов Хвойный 44 лет 6 Молодой хвойный лес не богат пищей и строительным материалом средне населен муравейниками. Погибших нет. Хвойный 61 года 10 Средневозрастной хвойный лес богат пищей, густо населен муравейниками. Погибших нет. Лиственный 44 лет 0 В лиственном лесу рыжие муравьи не обнаружены. Лиственный 61 года 0 В лиственном лесу рыжие муравьи не обнаружены. Смешанный 44 лет 2 Молодой смешанный лес не богат пищей и строительным материалом мало населен муравейниками. Смешанный 61 года 4 Средневозрастной смешанный лес с преобладанием сосны мало населен муравейниками. Погибших нет
Не во всяком лесу можно встретить муравейники рыжих лесных муравьев Формика. Их мы не нашли в сырых лесах, слишком затененных лесах. Нет их и в лиственных лесах. Зато смешанные и хвойные леса возраст которых 50 – 70 лет – ЦАРСТВО РЫЖИХ ЛЕСНЫХ МУРАВЬЕВ ФОРМИКА. Таким образом распространение рыжих лесных муравьев зависит от возраста и типа леса. Вывод 1
Место, выбранное для наблюдений, представляет собой берег небольшого озера, на котором расположен сосновый лес с добавлением березы в древесном ярусе и бузины и бересклета бородавчатого в кустарниковом. Здесь на небольшом участке леса, располагался муравейник, который был выбран для исследований. Муравейник находится рядом со стволами двух деревьев — 2 сосны, примерно на расстоянии по метру от каждого. Муравейник имеет форму полушара. Открытый участок небольшой, 1×1 м. Этот участок находится на пологом склоне, направленном на запад. Объем муравейника составляет 0.98 м3, диаметр — 1.2 м, радиус — 0.6 м, высота купола — 1 м, площадь основания купола — 1.13 м2. Величины объема и площади основания купола получены из таблиц стандартной методики при подстановке туда значений диаметра и высоты купола. Муравейник состоит на 80% из мелких сухих побегов сосны и берёзы, на 15 % — из хвои, на 2 % — из чешуек шишек, 3 % составляет прочий мелкий строительный материал. 3. Исследование №2 Зависимость активности муравьев от времени суток и погоды.
3. Исследование №2 Зависимость активности муравьев от времени суток и погоды. I. Выбор муравейника для наблюдений, количества и времени наблюдений Для наблюдений нами выбран средних размеров муравейник, который расположен у края лесной поляны у стволов 2х деревьев. Нами проведено четыре наблюдения: На рассвете, В 10 – 11 часов, В 15 – 16 часов, Перед заходом солнца.
II. Проведение наблюдений. Первые муравьи появляются на куполе ранним утром. Сначала появляются муравьи-сторожа их немного. Они открывают входы в муравейник. Двигались они очень вяло. Следом за ними, как бы с неохотой выползают на поверхность первые муравьи-фуражиры и отправляются за кормом и строительным материалом для муравейника.
III. Подсчет муравьев Подсчет муравьев, уходящих из гнезда и возвращающихся в него мы вели на одной из троп. Для этого на расстоянии 1,5 м от муравейника положили поверх тропы палочку толщиной в палец. Затем в течение одной минуты считали, сколько муравьев пройдет через палочку. Опыт повторяли согласно составленному плану в ясную и в пасмурную погоду. Данные полученные в результате наблюдения занесены в таблицу.
V. Сводная таблица зависимости активности рыжих лесных муравьев Время наблюдения (часы дня) Что делали муравьи Активность движения на одной тропе От муравейника К муравейнику Ясно 10-00 Очень активно передвигались собирали пищу и строительный материал 78 69 15-00 Двигались менее интенсивно, высокая температура заставила снизить активность 43 51 20-00 Все муравьи вернулись в муравейник 0 1 Пасмурно 10-00 Не очень активно передвигались собирали пищу и строительный материал 46 49 15-00 Двигались намного медленнее, отсутствие солнца заставило снизить активность 29 32 20-00 Все муравьи вернулись в муравейник 0 0
Мы установили, что несут муравьи в гнездо и выносят из гнезда. Для этого отбирали в течение трех минут все то, что несут муравьи(пересекая палочку), и помещали на отдельные листы бумаги (семена, хвоинки, обломки соломинок , веточек, а также мусор происхождение которого определить невозможно.
Источник
Вид, сообщество, семья у муравьев
Теоретические обсуждения каждого из этих понятий составляют многие тома. Соединение в природе закономерностей родственных, социальных, таксономических – чрезвычайно трудный набор проблем. Все приходящие в голову за первые 15 минут решения были высказаны более сотни лет назад и наткнулись на контраргументы. И потому стоит не торопиться с ответами, а внимательно проследить, как реально сплетаются в природе вещи, обозначаемые нами разными понятиями.
Прежде всего – такая обычная вещь, как муравейник. Муравейник рыжих лесных муравьев, группа видов Formica rufa. Каждый муравейник образуют сестры (рабочие муравьи – это бесплодные самки); кроме того, в семье муравьев имеется несколько (иногда и довольно много) плодовитых самок, «цариц». Семья устроена очень сложно: внешне единый гнездовой купол состоит на деле из нескольких секторов – «колонн». В каждой колонне свои приписанные к данной колонне рабочие муравьи, свои самки и камеры с расплодом. Колонна обычно имеет одну дорогу. Если от муравейника отходит несколько муравьиных дорог – 3, 4 или 5 – значит, он скорее всего поделен на 3, 4, 5 колонн, относительно независимых сегментов муравьиной семьи. Муравейник, как подводная лодка, поделен на отсеки, если с одним что-то случится – другие выживут. Хотя между колоннами идет непрерывный обмен особями… Но это уже очень сложные вещи. Организация муравейника – предмет особый, описывать его – не одна монография требуется (А.А.Захаров. Внутривидовые отношения у муравьев. М.: 1972).
Идем дальше. Муравейник – это семья. В идеале, в самом простом случае муравейник может быть основан единственной самкой. После брачного полета та выкапывает норку, и начинается новая семья. Обычно все происходит сложнее, муравьи принимают самок из других гнезд своего вида, если у них в семье не хватает самок, так что не обязательно все в гнезде – потомки одной самки… Но это уже некоторые дополнения и сложности. Попробуем подняться на следующий уровень. Муравейников много, муравейники одного вида стоят в десятках и сотнях метров друг от друга. Они как-то связаны?
Да, они образуют «федерацию». Если произносить неизбежно неточные человеческие аналогии, это – «государство». В федерацию может входить несколько десятков, а то и сотен муравейников, население ее – миллиарды муравьев (в одном гнезде F.pratensis может быть до 500000 особей). Между муравейниками одной федерации идет обмен куколками, рабочие переносят куколок и молодых рабочих туда, где они могут потребоваться. Пропуском служит запах: запаховый паспорт один на всю федерацию; если к посту у входа в муравейник подойдет муравей того же вида, но из другой федерации (тем более – другого вида…), его прогонят или убьют. И опять, детали жизни муравьиной федерации – интереснейшая тема, только о ней можно рассказывать очень долго. Но у нас другая тема, которая гонит нас прочь от проблем муравьиного государства (А.А.Захаров. Муравей, семья, колония. М.: Наука, 1978 г.; Захаров А.А. Организация сообществ у муравьев. М.: Наука, 1991. 278 с.).
Федерации иногда образуются из родственных муравейников. Муравейники могут размножаться «вегетативно»: не просто самка улетает в брачный полет и где-то там вдалеке основывает новое гнездо, а из разросшейся колонии выходит мощный отряд с самкой и множеством рабочих, уходит и делает в намеченном месте, поблизости от родительского муравейника, новое, дочернее гнездо. Но и кроме таких связанных общим происхождением семей, потоков одной распочковавшейся семьи, в федерацию могут входить муравейники одного вида, но не родственные между собой. Как это происходит, как они достигают «общего паспорта», как договариваются – отдельная тема с массой замечательных и во многом еще не выясненных деталей.
Движемся дальше. А могут как-то объединяться муравьи разных видов? Да, конечно. Привычных и хорошо изученных способов два: рабовладение и социальный паразитизм. Муравьиное рабовладение – крайне интересная форма социального поведения. Бывают виды агрессивные, а другие – более покладистые. Агрессивные виды разведывают, где находятся гнезда «покладистых»: солдаты устраивают набег, убивают всю стражу, уносят с собой куколок «покорного» вида. Потом в гнезде рабовладельцев молодые муравьи другого вида выходят из куколок и начинают работать. Иногда при этом вид-рабовладелец вообще лишается способности питаться самостоятельно – его кормят рабочие-рабы. Иногда до таких крайностей не доходит. Среди группы F.rufa есть такой муравей-рабовладелец – F.sanguinea.
Социальный паразитизм – это когда самка некого вида, вместо того чтобы в трудах и опасностях в одиночку основывать гнездо, вселяется в муравейник другого вида. Уж как она обходит «таможенные барьеры» и обманывает рабочих муравьев – это другая история. Таких видов – муравьев, живущих с социальным паразитизмом, – многие десятки. Есть все варианты; иногда самка-захватчица убивает в драке местную самку, откладывает яйца, за которыми ухаживают муравьи захваченного гнезда, потом муравьи-хозяева вымирают от старости, и гнездо уже полностью принадлежит захватчикам. А в других случаях муравьи, занимающиеся социальным паразитизмом, вообще утеряли касты рабочих и солдат. У них есть только самки и самцы: самцы погибают, оплодотворив самок, а те внедряются в чужие муравейники и откладывают яйца, из которых выходят только самки, «царицы». Рабочих нет совсем: когда рабочие муравейника-хозяина выкормят молодых самок другого вида, самок-кукушек, те улетают – заражать следующие муравейники.
А еще как? А могут без войн и паразитизма жить вместе? Могут ли существовать нормальные социальные объединения муравьев разных видов – не на основе насилия-захвата или обмана и вытеснения, а обычным каким-то социальным путем? Чтобы в муравейнике было несколько самок разных видов? И рабовладельцы, и социальные паразиты убивают самок-хозяев, гнездо представляет собой «дом без царя», рабочие муравьи – в некотором роде «живая оболочка» гнезда (не все так просто: в некоторых условиях и рабочие начинают откладывать яйца, но эти детали мы опустим). И в случаях рабовладения и паразитизма самка-захватчица внедряется в чужое гнездо и живет там одна или в окружении своего вида – рабочие вида-хозяина здесь лишь «стены» старого дома. А что бы жили несколько разных самок разных видов, каждый со своими рабочими, мирно в одном гнезде, составляя одну семью?
Да, и это тоже существует, факты известны давно, но вот детальных наблюдений и объяснений не было. А теперь есть: А.А.Захаров с соавторами провел многолетние наблюдения (с 1966 г.) в мирмекологическом заказнике «Верхняя Клязьма». Смотрели комплекс видов «F.rufa». В него входит довольно много близких видов. Если пытаться – с неизбежными искажениями – переводить на «человеческий» язык, это столь же близко, как наш вид, кроманьонцы, и неандертальцы. Наш близкий вид был, видимо, нами и съеден, а у муравьев большое количество очень близких видов, таких вот муравьиных «неандертальцев», живут рядом друг с другом.
Смешанные семьи у этих видов получаются, как выяснилось, по четырем причинам. 1) гибридизация (близкие виды многих живых существ могут скрещиваться и давать потомство, более или менее плодовитое); 2) прием самок близких видов (обычно они при нехватке самок в муравейнике принимают самок своего вида после брачного полета, но если не хватает – могут принять и самку чужого вида); 3) захват чужих куколок во время похода (рабовладение); 4) объединение в одном гнезде организованных структур разных видов (Захаров А.А., Захаров Р.А. 2009. Феномен смешанных семей у рыжих лесных муравьев // Муравьи и защита леса. Нижний Новгород. С. 160-165).
Последний вариант нам сейчас наиболее интересен. Как же это происходит? Оказывается, в лесу муравейники часто разрушаются. То кабаны разроют, то медведи, то дятлы или тетерева разрушат. И вот был муравейник F.sanguinea (вид-рабовладелец) с «рабами» F.fusca. Кроме обычных «рабов» в этом муравейнике «рабами» были и F.aquilonia. Затем в 18 м от гнезда появился сильный муравейник F.truncorum – и этот новый вид захватил старый муравейник, истребив F.sanguinea. В результате получилась семья F.truncorum+F.aquilonia; эти два вида жили вместе 3 года, а потом F. aquilonia ушли из общего гнезда, соорудили поблизости свое, сначала были связаны два муравейника общей дорогой, потом обмены особями прекратились, и муравейники стали вполне самостоятельными.
Значит, по крайней мере иногда, если имеется смешанный муравейник – муравьи постепенно разойдутся, создав «чистую» семью одного вида. Это если никто не мешает. Однако выяснилось, что муравьиные враги — те самые кабаны и дятлы — разрушают в год 90% муравейников. То есть в некоторых местах муравейники разрушаются постоянно, и выжившие части семей пытаются организовать новые муравейники. Часто — с другим видом.
И потому очень часты иные сюжеты. После разрушения кабанами гнезд F.polyctena и F.aquilonia они мигрировали и объединились в 4 гнезда, в каждом из которых были оба вида. Вскоре эти колонии, распочковавшись, образовали комплекс в 21 муравейник смешанного двух-видового состава. По типу муравейник был построен характерно для F.polyctena, которых в семьях было численно больше. В другом случае комплекс гнезд F.polyctena не был поврежден, но рядом кабаны загубили гнезда F.aquilonia и F.lugubris. И муравьи этих видов подселились в муравейники F.polyctena, и те их приняли. Теперь существуют трех-видовые муравейники.
В условиях постоянных нарушений муравьи не успевают разделиться по видам — видимо, это процесс не очень быстрый и (может быть?) не очень для них важный. Так что в зонах постоянных нарушений длительное время существуют муравейники, с виду совершенно обычные. А живут в них 2-3 разных вида, у каждого — свои плодящие самки, свои манеры охоты.
Как организованы эти семьи? Как понимать «вид», который в данном случае является внутрисемейной группировкой неясного статуса? Каким образом в таких условиях все же сохраняются эти виды — ведь отличия между ними достаточно устойчивы, и мирмекологи-систематики уверенно определяют их как разные виды, а экологи тоже достаточно уверенно выстраивают между этими видами разные экологические ряды — доминирования видов друг над другом в случае конкуренции за общий источник пищи, предпочитаемые места охоты и виды добычи. К сожалению, что это за семьи, как все это сочетается с муравьиными федерациями, есть ли какой-то особый статус у этих видов, способных мирно жить вместе в одной семье, с общим куполом, — все это пока не изучено. Но изучается. Прямо сейчас.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник