Проектно-исследовательская работа «Экология и поведение лесных муравьев»

Муниципальный этап Всероссийского юниорского лесного конкурса «Подрост»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №8 им. Я.В. Бочарова»

Благодарненского городского округа Ставропольского края

Экология и поведение лесных муравьев

Работу выполнила:

ученица 10 класса МОУ «СОШ №8

им. Я.В. Бочарова»

Ушакова Дарья Дмитриевна

Руководитель:

учитель русского языка и литературы

Бутенко Алина Андреевна

Ставропольский край

2020 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………….3

Глава 1. Теоретические основы исследования науки о взаимодействиях живых организмов………………………………………………………………………………………..5

1.1 Прошлое и настоящее в изучении муравьев 5

1.2 Особенности жизнедеятельности маленьких санитаров 5

Глава 2. Значимая функция живых организмов 9

2.1 Роль насекомых в экосистеме 9

2.2 Охрана муравейника..………………………………………………………………………11

Заключение……………………………………………………………………………...............13

Список литературы……………………………………………………………………………..14

Приложения

Введение

            Куда бы мы с вами не отправились – в лес, на луг, то всюду встретим этих необычных и таинственных насекомых - муравьев. Наиболее известным видом считают рыжие лесные муравьи, строящие муравейники из хвои и веточек. Всего в мире насчитывается более 8 000 видов этих насекомых. И каждый из них имеет свои особенности. Нас привлекает в муравьях прежде всего то, что во многих их действиях мы можем найти подобие наших собственных дел. Они относятся к тем немногим живым существам, которые не только сами приспосабливаются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам и задачам.

С давних времен жизнь трудолюбивых муравьев была для людей предметом постоянных наблюдений и живейшего интереса. Еще в древних сказаниях, поэтических произведениях и даже в Библии уделялось внимание этим перепончатокрылым насекомым. Однако, несмотря на долгий период изучения муравьев, мы еще многого о них не знаем.

        На территории Ставропольского края наиболее распространенными видами являются: черные садовые муравьи (Lasius niger) – «вредители», serviformica, включающая таких обычных муравьёв как бурый лесной муравей, прыткий муравей и другие. В отличие от близких к ним представителей группы рыжих лесных муравьёв, имеют земляные гнезда с небольшими холмиками.

Выбранная нами тема в настоящее время является актуальной, так как эти таинственные создания оказывают огромное влияние на жизнь человека и природу в целом:

-доказано, что они в процессе своей жизнедеятельности разрыхляют почву, насыщая её при этом воздухом.

-эти насекомые ускоряют разложение животных и растений, тем самым ускоряя их превращение в гумус.

-муравьи в экосистеме леса являются важным пищевым звеном: они служат основной пищей для многих животных, поедая в свою очередь большое количество насекомых-вредителей.

Не случайно человек издавна обратил на них внимание, и муравьи стали первыми насекомыми, которых люди начали использовать для борьбы с вредителями. В седую старину жители Южной Аравии переносили муравейники с холмов в финиковые рощи для защиты драгоценных пальм. И сейчас человек повышает численность и расширяет ареал муравьев, расселяя их. Такие работы ведутся во многих странах Европы. Конечно, далеко не всегда операция завершается успешно. Тем не менее, результаты изучаются, по крупицам накапливается опыт

Цель исследования: изучение жизнедеятельности и влияние муравьев на лесную экосистему.

Исходя из поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить историю возникновения маленьких лесных санитаров.

2. Познакомиться с жизнью муравьёв, особенностями их питания и общения;

3. Определить роль муравьёв в экосистеме леса.

4. Обобщение полученных результатов, подведение итогов.

Методы исследования:

1. Формулировка цель и задачи исследования.

2. Накопление научного материала.

3. Сопоставление фактов и статистических данных.

4. Анализ и обобщение полученной информации.

Практическая значимость - нами не только исследуются особенности жизнедеятельности лесных муравьев, но и выясняется их важная роль в природе, как производится охранная деятельность муравейников, поэтому мы считаем, что данный представленный материал поможет многим учащимся школы познакомиться с жизнью этих маленьких и таинственных созданий.

Глава 1. Теоретические основы исследования науки о взаимодействиях живых организмов

1.1. Прошлое и настоящее в изучении муравьев

На сегодняшний день описано около 12000 видов муравьев, но ученые ничего не знают о биологии большинства этих видов. Эти насекомые, предположительно произошли от ос. Муравьи социальные насекомые и этой особенностью они отличаются от них. Общинность появилась у них около 130 миллионов лет назад, когда муравьи эволюционировали из близкого не социального насекомого.

Великий ученый и мыслитель древности, грек Аристотель, живший в третьем веке до нашей эры, выделял их среди всех насекомых, хотя и неверно описал черты строения. Он принимал окрыленных муравьев за отдельный вид и писал, что муравьи размножаются белыми червячками, сначала округлыми, а затем удлиняющимися. Разумеется, Аристотель имел в виду яйца, из которых выходят личинки.
Другой философ, и писатель-моралист Плутарх, живший в самом начале нового века, упомянул муравьев в одном из своих сочинений. В конце ХVIII – начале XIX веков П.А.Латрейль опубликовал книгу, посвященную муравьям Франции. Немного его позже в 1810 году о муравьях появилась книга П.Губера. В это время пробуждается интерес к миру животных и растений, и муравьи одни из первых привлекают внимание целой плеяды крупных ученых. В конце XIX – начале XX веков муравьев изучают англичане, немцы, французы, американцы, шведы. В России в двадцатом столетии муравьев изучали два крупных ученых: М.Д. Рузский, B.Караваев, а также К.Арнольди. Натуралисты прошлого раскапывали муравейники, чтобы выяснить их структуру, распределение камер разного назначения, понять кастовую организацию общества муравьев [6, с.89].

Каждый из них опубликовал не только множество статей, но и книги о муравьях. Кроме того, муравьями занимались периодически много других исследователей, и сейчас эта литература продолжает расти. Когда-то ее первоначальные истоки ныне собрались в полноводную реку с плавным и спокойным течением.

1.2 Особенности жизнедеятельности маленьких санитаров

Жизнь муравьев настолько скрыта от окружающих, что очень трудно понять, чем же заняты эти крошечные создания. Все они  живут в сооруженных муравейниках или же гнездах, которые связаны с грунтом, а также в отдельных случаях этих насекомых можно встретить под камнями или в древесине. В одном гнезде численность этих насекомых достигает миллиона особей.

Отличительной особенностью этих насекомых является то, что все особи, которые обитают в одном гнезде, имеют одинаковый запах. Это позволяет им в первую очередь узнавать друг друга, а также предотвращать проникновение других муравьев в свое жилище.

Общаются эти насекомые друг с другом с помощью специальных сигналов, таких как, например, прикасаясь усиками, головой или ногами. Помимо этого они также используют специальные химические сигналы.

В природе существует около тринадцати тысяч видов муравьев, триста из которых проживают на территории Российской Федерации. Самыми распространенными и интересными из них считаются следующие виды насекомых: черные садовые муравьи, рыжие мирмики, малые лесные муравьи, корабельные муравьи, гигантские муравьи, азиатские муравьи-портные, восточные лиометопумы, кроваво-красные муравьи, желтые муравьи-амазонки, муравьи-легионеры. Все перечисленные выше разновидности имеют определенно свои отличительные особенности, но в большинстве случаев эти насекомые отличаются друг от друга местом своего обитания, а также размерами [12, с.110].

Давайте рассмотрим этих маленьких существ более подробно.

Рисунок 1.

Наружное строение рабочего муравья

Тело муравья (на латыни – Formicidae) состоит из трёх отделов: голова, грудь и брюшко. Все части тела соединены между собой эластичными перемычками, что делает их очень гибкими, подвижными и изворотливыми. На груди расположены три пары конечностей. Голова обычно крупная и снабжена мощными жвалами, необходимыми для перемалывания пищи, ее удержания или вообще для обороны. Жизненный цикл муравья включает в себя следующие стадии: яйцо, личинка, куколка и взрослая особь. На стадии личинки, от рациона кормления личинки и определяется кто появится на свет: матка, бесплодные самки, самцы или просто рабочие особи. Весь этот процесс занимает от 1 до 2 месяцев [11, с.45].

У всех муравьев, как и у человека, есть свои профессии, и они ведут идентичный образ жизни. Что касается специализации этих насекомых, то они бывают:

- военные, солдаты и врачи – эти насекомые выполняют свои определенные функции;

- строители и инженеры – строят жилье и обустраивают его, а также занимаются вопросами коммуникации;

- сиделки, добытчики, животноводы и фермеры, листорезы, жнецы, древоточцы и могильщики. Это далеко не все профессии, которые имеются в муравьином семействе, но все же самые главные.

Все муравьи, обитающие у нас в стране, живут в гнёздах. Строят они их на земле. Снаружи их можно заметить по кучкам земли. Иногда они селятся и в гнилой древесине: пнях, колодах.

Муравейник представляет собой сооружение из веточек, хвои ели, сосны, листьев. Здесь царит свой микроклимат – температура в муравейнике на 5 градусов выше окружающего воздуха. Муравьиная куча – сооружение не только наземное, но и подземное. Камеры, галереи, тоннели и коридоры пронизывают землю под муравейником, то причудливо переплетаясь, то разбегаясь в разные стороны. В гнезде есть свои склады продовольствия, мусорники, камеры для муравьиной матки и даже ясли для разных возрастных групп. Все эти помещения постоянно перестраиваются муравьями – открываются новые камеры, замуровываются старые, откапываются новые коридоры, а старые перекапываются и забиваются наглухо. В гнезде всё время кипит работа. Выполнение особью задач семьи – закон муравейника [2, с.50].

Что касается его обустройства, то типичное жилье этих насекомых состоит из следующих отделов: царской камеры – в этом отсеке обитает самка, за которой в процессе жизни ухаживают муравьи; камеры с яйцами, личинками или куколками; зимовальная камера; мясная кладовка; хлебный амбар; коровник; кладбище; солярий.

Рисунок 2.

Строение муравейника

Помимо всего прочего в обязательном порядке каждый муравейник оборудован входом, а сверху он покрыт  различными иголками и веточками. Это покрытие в первую очередь предназначено для укрытия муравейника от непогоды.

Независимо от того насколько далеко муравьи ушли от своего жилища найти дорогу назад они всегда умеют. Это можно объяснить только тем, что эти насекомые оставляют за собой своеобразный след, состоящий из феромонов, и именно благодаря ему постоянно возвращаются в муравейник.

Самым важным и неотъемлемым моментом для жизни муравьев – питание. В основе питания лежат два источника. Первый, это насекомые - муравьи охотятся или собирают уже мёртвых насекомых (мух, стрекоз, жуков и т.п.) Второй источник – это падь – сладкое выделение тлей. Связь муравьёв с тлями – это яркий пример «сотрудничества» в мире животных. Тли снабжают муравьёв пищей, а муравьи защищают их от врагов, переносят на свежие побеги растений, а иногда и уносят на зиму в муравейник. Вся пища, которую собирают муравьи, переносится в гнездо и там распределяется между всеми членами семьи [9, с. 15].

Таким образом, муравьи издавна привлекали внимание человека, многие известные ученые древности занимались изучением их жизни. Со временем интерес к этим насекомым только увеличивается и немало российских исследователей внесли вклад в эти труды. Сейчас науке точно известно: строение муравьев, способы их общения и идентификации, устройство муравейника, деление на касты и многое другое, несмотря на это жизнь муравьев таит в себе ещё много загадок.

Глава 2. Значимая функция живых организмов

2.1.Роль насекомых в экосистеме

Мы, люди, иногда безрассудно давим крошечных муравьев под ногами, не сознавая, что эти существа являются важной и неотъемлемой частью нашей экосистемы. Эти крошечные создания существовали на земле задолго до прихода человеческой расы. Муравьи возникли 145 миллионов лет назад, и они были свидетелями исчезновения динозавров [5, с.11].

С момента своего происхождения, они превратились в самых доминирующих насекомых в экосистеме земли. Муравьи составляют 25% от общего веса животного мира в тропиках. Обладая необыкновенной приспособляемостью, эти существа заняли все возможные ниши и места обитания на земле. Они колонизировали лесной полог, вырыли подземные туннели, соорудили гнезда в гнилых бревна, щелях и т.д. Невзирая на температуру окружающей среды, приспособились жить в горах, чтобы быть частью экосистемы на большой высоте.

По оценкам ученых на земле существует почти 30000 видов различных муравьев, хотя на сегодняшний день только около 12 000 видов известны, а изучены и того меньше. Муравьи в экосистеме земли играют важную роль. Они являются основными строителями почвы, поставщиками энергии, опылителями, мусорщиками, агентами биологической борьбы с вредителями, индикаторами состояния экосистем, а так же важной составляющей пищевой цепи [13, с.22].

Муравьи в экосистеме составляют одну десятую часть от общей биомассы на земле, и примерно равна общей биомассе людей. Если муравьи погибнут, род человеческий будет не в состоянии восполнить эти ресурсы. К сожалению, влияние антропогенной деятельности человека в природных экосистемах привело к тому, что десятки видов муравьев превратились во вредителей. Типичный пример этого фараонов муравей (Monomorium pharaonis), он же домовой муравей, который проник в наши жилища.

В природе не существует понятия «вредные-полезные» виды муравьев. Просто бывают ситуации, в которых один и тот же вид муравьев может приносить либо вред, либо пользу.  Например, муравьи-жнецы очень полезны в степи, где разносят семена растений. И они же около токов или в садах становятся вредителями. Строительная деятельность муравьев-лазиусов тоже полезна, так как улучшается структура почвы, хотя на лугу земляные насыпи мешают косить [3, с.44].

Роль муравьев в экосистеме леса приносит несомненную пользу. В сосновых лесах их деятельность по уничтожению вредных насекомых, особенно в очагах массового размножения. Самое главное, что муравьи в первую очередь охотятся на тех насекомых, которые имеются в больших количествах. Муравьи – умные существа, и понимают, что выгоднее специализироваться на добывании пищи какого-то одного типа, сосредоточенного в одном месте [8, с.79].

Муравьи, поселяющиеся в древесине и включающие в гнёзда старые пни, участвуют в разрушении омертвевшей древесины, ускоряя тем самым процесс её разложения. Кроме того, насекомые собирают в муравейник древесные и травянистые частицы, веточки, хвою, чешуйки, где их разложение идёт быстрее, чем на поверхности почвы.

Сам муравейник – общежитие не только для муравьев, но и сотен различных мелких животных – пауков, клещей, многоножек, жуков, сверчков и гусениц. Их привлекают сюда быстрое разложение веществ, высокая рыхлость почвы, стабильная температура, подходящая влажность.

Значение муравьев в природе возрастает еще и из-за того, что они являются одним из основных звеньев трофических цепей экосистем. Они служат пищей для барсуков, лис, медведей, певчих птиц. Без муравьёв невозможно нормальное развитие тетеревов и рябчиков.

Птицы не только употребляют муравьёв внутрь, но и используют «снаружи». Они принимают «муравьиный душ» - купаются в муравейниках, засовывают муравьёв под крылья, давят о перья. Это освобождает птиц от паразитов [10, с.67].

Нельзя не отметить одну особенность муравьёв. Они способны размножать тлей, выделяющих большое количество экскрементов. Муравьиная семья использует их для питания взрослых особей, охраняет тлей от врагов. Но вред, причиняемый муравьями, является незначительным по сравнению с приносимой ими пользой.

Муравьи - активные хищники. Они быстро переключаются на новые обильные источники пищи и таким образом могут подавлять вспышки размножения вредителей. Жители среднего муравейника способны за день уничтожить до двадцати тысяч вредителей. За один сезон активности муравьёв лес очищается от пяти миллионов насекомых-вредителей [4, с.90].

Мы убеждаемся в том, что муравьи выполняют множество экологических функций. Они оказывают положительное влияние на почвообразовательные процессы: перемешивают почву, улучшают её химический и механический состав.

2.2 Охрана муравейника

Не секрет, что у муравьев много врагов. Само по себе это насекомое является бесценным источником углеводов и белков, поэтому для многих животных данный вид является настоящим деликатесом. В природе существует много представителей животного мира, которые предпочитают питаться этими крохотными существами.

Враги муравьев условно делятся на 2 типа:

1.Внутренние. Они различными способами попадают в тело насекомого или способны проживать с ними на одной территории.

2.Внешние. К ним относятся представители фауны, которые используют муравьев в качестве пищи [1, с.16].

Так, этими насекомыми любят лакомиться бурые медведи. Также муравьями питаются птицы, осы и хищные мухи, их поедают ящерицы, кроты и жабы. А в тропиках муравьями кормятся муравьеды.

Гигантский муравьед - крупное животное: его длина вместе с хвостом достигает 230 см. В охоте ему помогают вытянутая морда и длинный, 60-сантиметровый язык. Когда муравьед засовывает нос в муравейник, он начинает быстро работать языком: за одну минуту язык 160 раз высовывается и втягивается. А так как слюна у муравьеда клейкая, муравьи прилипают к ней - так он может съесть около 30 000 насекомых за день.

Еще один враг муравьев - муравьиный лев. Это красивое насекомое, похожее на стрекозу, питается пыльцой, а врагом муравьев является его личинка. Она делает воронку из мельчайших песчинок, а сама прячется в ее горлышке. Муравей, попавший на склон воронки, неминуемо скатывается прямо льву в пасть [7, с.43].

К внутренним врагам муравьиного населения можно отнести некоторые виды грибов, насекомых и гельминтов:

1. Грибы из рода Кордицепс заражают, убивают насекомое, а из его тела прорастают плодовые тела грибов.

2. Веелокрылые – паразиты насекомых, используют муравьиных особей для привлечения партнёров при спаривании.

3. Мухи-горбатки – откладывают яйца в тело живой особи. Развивающаяся личинка обезглавливает насекомое с помощью специального фермента.

4. Личинки бабочки-голубянки – развиваются в муравьиных гнездах. Гусеницы выделяют такие же пахучие вещества, что и личинки муравьиных. Поэтому муравьи заботятся о них, а гусеницы питаются их куколками.

5. Жук-ломехуза – с помощью выделяемого наркотика этот нахлебник заставляет насекомых кормить и заботься о нем больше, чем о своем потомстве и муравейник вырождается.

6. Паразитическая оса афилянтопс – кормит личинок крыльями насекомых.

Однако муравьи далеко не всегда дают себя в обиду. Они умеют защищаться, используя яд - муравьиную кислоту. Своими челюстями они способны прокусить даже кожу человека или крупного животного. Еще муравьи умеют в случае опасности притворяться мертвыми. Но главная защита муравьев - их количество. Даже после пожара несколько муравьев остаются живы [10, с.66].

В современном мире очень мало людей знают о пользе, которую приносят муравьи и ,к сожалению, относятся к ним, как к насекомым-вредителям, всячески их истребляя. А ведь многие виды муравьев находятся на грани исчезновения. К примеру, рыжие лесные включены в «Красный список угрожаемых видов» международной Красной книги, а также в некоторые региональные Красные книги и списки редких животных, например в Красную книгу Москвы.

Таким образом, чтобы муравьи не повторили печальную участь многих животных, которые исчезли с лица земли по вине человека, нам необходимо уже сейчас задуматься и принять меры:

-запретить сбор куколок (так называемых муравьиных яиц); организовывать школьные лесничества, которые будут бороться за сохранение муравьев;

-повсеместно развернуть массовые агитации: выпускать плакаты, листовки, широко использовать СМИ; проводить работу по учету и инвентаризации муравейников, оценивать общую численность гнёзд;

-переселять муравьев из мест, где количество муравейников в избытке, туда, где численность гнёзд слишком мала.

Также на данную тему нами был составлен буклет, который отражает роль муравьев и основные способы их защиты.

Исходя из всего вышесказанного можем сделать вывод о том, что роль муравьев невозможно переоценить: они участвуют в почвообразовательных процессах, являются важнейшими звеньями питательных цепей, ведут активную борьбу со многими насекомыми-вредителями, перерабатывают останки животных, растений и многое другое. Если человек допустит их полное исчезновение, то заменить муравьев будет невозможно. Поэтому эти маленькие существа, приносящие огромную пользу, нуждаются в нашей защите.

Заключение

Занимаясь созданием проекта, мы открыли для себя много нового и интересного. В ходе работы изучили немало информации из интернет- ресурсов и просмотрели фотографии. Как же удивительны эти крохотные существа! Недаром они привлекали внимание учёных с древнейших времён, да и сейчас многие исследователи бьются над загадками их жизни. Однако современной науке доподлинно известно: строение муравьев, способы их общения, устройство муравейника, «профессии» муравьев и другое.

Проведённая работа открыла для нас всю важность этих существ, научила уважительно относиться к их труду, который очень значим, т.к. они: являются санитарами леса, участвуют в распространении семян, способствуют проникновению в почву воды и воздуха, а также уничтожают насекомых-вредителей. Лес здоров, если на каждый гектар приходится 4 муравейника. Если бы леса остались без этих насекомых, то ущерб, нанесенный вредителями, мог бы сравниться с пожаром. Печально, но факт: о пользе муравьев знает очень малое количество людей, поэтому и относятся к ним небрежно. На самом деле эти крохотные создания очень нуждаются в нашем внимании и защите, как раз об этом рассказывает составленный нами буклет.

Если мы не сохраним малое: муравьев и муравейники от разорения, то в будущем мы можем лишиться чистой воды, чистого воздуха и части культурно-исторической среды.

Список литературы

Химия в лесном хозяйстве. Москва «Просвещение» 2017. Автор А.А. Сударкина.

Учебник биологии для 7 класса. В. В. Латюшин, В. А. Шапкин, 2016- 89, 90, 91 с.

Энциклопедия знаний «Насекомые» Р О С М Э Н 2018 г.

Большая энциклопедия школьника «Эксмо» 2015 г.

Фабр Ж.А. «Жизнь насекомых», том 2, 2019 г.

Бакшт Ф.Б. Магнитные муравейники // Природа.№7, 2017. –с.60-63

Гребенников В.С. Тайны мира насекомых. – Новосибирск: Новосибирское книжное

издательство, 2016 – 272с.

Длусский Г. М. Муравьи рода формика. М.: Наука, 2017 – 236c.

Бабенко В. Семейство муравьи. – ОНИКС 21 век, Москва, 2013.

Длусский Г.М., Букин А.П. Знакомьтесь: муравьи! - М.: Агропроиздат, 2016.

Сергеев Б. Муравей крупным планом// Юный натуралист, 2018.

Все обо всем. Удивительные животные: энцикл./ Пер. с англ. Н. Ледневой;

Оформл. сер. И.Сальниковой. – М.:АСТ: Астрель, 2011.

Приложение 1

Рисунок 1

Наружное строение рабочего муравья

Приложение 2

Рисунок 2

Строение муравейника

Приложение 3

Буклет 1

Не мешайте муравьям!