Задумываетесь ли вы, когда после дождя волей-неволей ступаете в лужи на дороге, что идете по микровселенной?
А между тем такие привычные для нас лужи – это не просто «небольшие скопления жидкости… в углублениях на поверхности земли» [6], но самая малая форма водоема или биотоп.
Биотоп – это участок суши или водоема, «занятый определенным биоценозом» [3]. Биоценоз в свою очередь – исторически сложившаяся совокупность живых существ, растений и грибов, населяющих определенный участок Земли и связанных между собой окружающей их средой. Именно биоценоз является одним из главных объектов исследования экологии, что и будет определять в самом общем смысле актуальность нашей работы. Кроме того, в качестве района исследования при проведении эксперимента нами был взят город Архангельск и его окрестности, что свидетельствует об актуальности результатов для нашего региона.
Лужа – отдельный маленький мир, который существует по своим законам, давно интересовал ученых.
Одним из первых исследователей, кто, рассматривая под микроскопом каплю воды из лужи, обнаружил в ней простейшие формы жизни, был Антон ван Левенгук (1632 – 1723). Именно этот нидерландский натуралист изобрел микроскоп и первым начал проводить с его помощью исследования в области микробиологии. Левенгук изучал одноклеточные организмы, о существовании которых до него было ничего не известно. Мы в своей работе попытаемся отчасти повторить опыты великого ученого, используя в качестве технического средства микроскоп, носящий его имя.
Впоследствии дело Левенгука продолжали такие исследователи, как Антуан Лоран Лавуазье, Луи Пастер, Роберт Кох, Сергей Николаевич Виноградский, Василий Леонидович Омелянский и др.
Несмотря на то, что интерес ученых к микромиру луж не угасает с давних пор, можно говорить о новизне темы нашего исследования, поскольку каждая отдельная лужа специфична и ее биоценоз будет не похож на другие объекты.
Итак, предметом нашего исследования стал биоценоз; объектом – лужи как биотопы.
Методологическую основу работы составили методы научного эксперимента (в частности микроскопирования) и системного анализа.
Цель нашей работы – описать фауну пресных луж в городе Архангельске и его окрестностях. Цель определяет следующие задачи:
– исследовать видовой состав фауны пресных луж в г. Архангельске и окрестностях;
– попытаться установить зависимость видового состава фауны пресных луж от абиотических факторов (размер лужи, ее расположение относительно города);
– рассмотреть зависимость видового состава фауны пресных луж от биотических факторов (количество пищи).
Работа состоит из введения, основной части, включающей теоретическую главу и описание эксперимента, заключения и списка используемой литературы, содержащего 8 источников.
Понятие «активного ила». Классификация простейших микроорганизмов
Микроорганизмы – это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий — единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов очень разнообразен.
Для нашего исследования актуальны прежде всего сведения о тех микроорганизмах, которых принято называть – протисты. Это главным образом одноклеточные, за редкими исключениями, которые до сих пор плохо изучены, так как находятся между царствами грибов, растений и животных.
Многие из них связаны с понятием «активный ил» – это сообщество бактерий и простейших, которые участвуют в очистке воды. Они питаются илом, придонной грязью, перерабатывают внутри себя эти загрязняющие вещества.
Обитателей активного ила довольно много, ученые составили определители микроорганизмов, которые наиболее часто встречаются на дне пресных водоемов, в том числе луж. Опираясь на такой указатель [1], охарактеризуем основные классы таких микроорганизмов.
Во-первых, назовем инфузорий (ресничные) (Приложение 1. Рис. 1). «Название «инфузория» происходит от лат. Infusum («настойка») по месту первоначального обнаружения простейших — в травяных настойках» [4, с.16].
Инфузории очень разнообразны – туфелька, стилонихия, тетрахимена. Насчитывают около 6—7 тысяч видов. Среди них есть подвижные и прикрепленные формы, одиночные и колониальные. Форма тела инфузорий может быть разнообразной, размеры – от 10 мкм до 4,5 мм.
Следующими обитателями активного ила являются амебы (Приложение 1. Рис. 2) – относительно крупные (0,2—0,5 мм) микроорганизмы, снаружи покрытые только цитоплазмой. Они прозрачные, постоянно меняют свою форму. Амеба питается бактериями, простейшими и одноклеточными водорослями. Амебы могут очень медленно двигаться, уползают от яркого света, механического раздражения или, например, от кристаллика поваренной соли [4, с. 11 – 13].
Кроме того необходимо вспомнить эвглен (Приложение 1. Рис.3). Эвглены (жгутиковые) (лат.Euglena) – род одноклеточных организмов, насчитывают более 1000 видов, распространенных как в морских, так и в пресных водоемах. У них удлиненное тело со жгутиком на конце, который помогает им активно двигаться. Один из распространенных видов – эвглена зеленая. Форма тела ее подвижна: эвглена может сжиматься, становясь короче и шире. При наступлении плохих для нее условий среды (зима, пересыхание водоема) зеленая эвглена наращивает оболочку, при этом утрачивает жгутик и становится шарообразной [4, с. 14 – 16].
Отдельно нужно назвать распространенные в активном иле многоклеточные микроорганизмы.
Во-первых, это коловратки (лат. Rotifera) (Приложение 1. Рис. 4) – многоклеточные животные, эукариоты, основным характерным признаком которых является наличие так называемого коловращательного аппарата – ресничек на переднем конце тела, которые используются для питания и движения.
Известно около 1500 видов коловраток, в России — около 600 видов. В основном это пресноводные животные. По размеру коловратки не превышают 2 мм (в среднем гораздо меньше). Они в большинстве своем активно двигаются, только некоторые прикрепляются к субстракту (грязи, илу и пр. на дне водоема).
Во-вторых, часто встречаются аэлосомы (Приложение 1. Рис.5)– малощетинковые черви, многоклеточные, родственные дождевым червям, но очень маленькие по размеру до 2 мм. Они отличаются наличием щитинок-волосков по всей длине тела.
Кроме того часто встречающимися обитателями активного ила являются одноклеточные зеленые водоросли. Ученые давно говорят о загадочности этих живых существ, которые, будучи растениями, могут двигаться, а когда изменяются условия среды, могут из растений превращаться в животных, как например, хламидомонада, которая, если не хватает солнечного света, может вести себя, как хищник, и поедать бактерии или других одноклеточных.
Здесь можно также вспомнить диатомовые водоросли (Приложение 1. Рис.6), которые очень разнообразны по форме, но всегда имеют панцирь; это важнейшая часть «морского планктона, диатомовые создают до четверти всего органического вещества планеты» [2]. Они широко распространены во всевозможных биотопах.
По оценкам специалистов, важным элементом биоценоза луж является вольвокс (Приложение 1. Рис.7)– колония водорослей, когда их много, то вода начинает «цвести». Внешне представляют собой прозрачный шарик, в который помещены несколько зеленых шариков, все они вращаются вокруг своей оси – так вольвокс движется. Вольвокс может достигать 3 мм.
Итак, даже такой обобщенный обзор дает представление о том, насколько разнообразен микромир обычной лужи. Рядом с нами обитают живые существа, которые намного старше человека, однако, их мир, хоть и внешне самостоятелен, отделен от нашего, но в то же время напрямую зависит от него. Экологическая ситуация, сложившаяся в большом мире людей, влияет и на обитателей микромира.
В следующей главе постараемся конкретизировать научную теорию, приведя результаты эксперимента.
Описание исследовательского эксперимента по изучению микромира архангельских луж
Эксперимент, обусловленный целью и задачами исследования, проходил в 3 этапа (Приложение 2).
Первый проводился в период с 17.09. 17 – 24.09.17. Это был этап сбора материала исследования. 17.09.17. были взяты пробы из лужи, находящейся в лесу, за городом, в 23 километрах от Архангельска по Вологодской дороге. В три разные емкости была собрана вода 1) с субстрактом, со дна водоема; 2) из средних слоев, «замутненная», и 3) с поверхности. Пробы неделю хранились в тепле, с доступом воздуха.
Пробы № 2 были собраны 20.09.17 у лужи на территории средней школы № 26, так же в три разные емкости была собрана вода 1) с субстрактом, со дна водоема; 2) из средних слоев, «замутненная», и 3) с поверхности. С 20.00.17 – по 24.09.17 пробы хранились в тепле, с доступом воздуха.
И, наконец, третья партия проб аналогично была собрана 24.09.17, из лужи в центре Архангельска на Троицком проспекте, около здания Главпочтамта, накануне проведения их изучения с помощью микроскопа.
Такая методика сбора проб была продиктована нашей первоначальной гипотезой:
1. Мы предположили, что пробы № 1, собранные в лесу, должны быть более разнообразны по видам фауны, так как за городом более благоприятная экологическая ситуация, и эти образцы дольше всего находились в теплом помещении, и, возможно, за это время микроорганизмы размножились, либо «проснулись», стали более активными.
2. Мы предположили, что проба № 3 будет наименее разнообразна, потому что взята из «бензиновой» лужи и меньше всего простояла в тепле.
3. Мы предположили, что придонные пробы должны быть во всех трех случаях более разнообразны, так как содержат частички активного ила, иными словами, в них больше еды для микроорганизмов.
Свою гипотезу мы попытались подтвердить в рамках второго этапа эксперимента, который прошел 25.09.17 в здании Архангельского областного краеведческого музея, научный сотрудник которого Анастасия Владимировна Колпакова согласилась предоставить нам для исследования мощный микроскоп «Левенгук» с сорокакратным увеличением.
Последовательно были изучены все собранные материалы. Результаты исследования оказались следующими (сводную таблицу результатов эксперимента см. в Приложении 3).
В пробе №1 от 17.09.17 в придонном образце были обнаружены очень активные стилонихии – разновидность инфузорий; две коловратки, одна колпода, которая ела ил; а также вольвокс и живые, зеленые диатомовые водоросли.
В «замутненной» пробе от 17.09.17 было обнаружено много активных стилонихий и какие-то, неопознанные водоросли, похожие на две соединенных крутящихся бусины. В целом, эта проба была не такой интересной, как предыдущая.
В пробе с поверхности никаких живых микроорганизмов мы не нашли, видели только прозрачные скелетики диатомовых водорослей.
Можно сделать промежуточный вывод о том, что больше всего микроорганизмов обитают на дне, так как там больше еды и микроорганизмы активные, видимо потому что стояли в тепле.
В пробе № 2 с субстрактом, взятой со дна лужи у 26 школы, видели стилонихию, амебу, активно питающуюся коловратку, колпеду – разновидность инфузории.
«Замутненная» проба из этой партии оказалась, пожалуй, самой интересной. В ней обнаружились хламидомонада, аспидиска – разновидность инфузории, уже знакомая нам стилонихия, амеба и вольвокс.
В пробе с поверхности в луже около нашей школы мы увидели эвглену зеленую, стилонихию, амебу и живую диатомовую водоросль.
В качестве промежуточного вывода отметим, что проба № 2 так интересна и разнообразна, наверное, не только потому, что взята из лужи около школы (в ней обнаружился классический набор одноклеточных, о которых написано в любом школьном учебнике биологии), но скорее всего потому что лужа эта неглубокая (в отличие от лесной), а значит, хорошо прогревается, здесь относительно много света и тепла, а значит, много еды и много форм жизни.
И, наконец, в пробе № 3 на дне была обнаружена одна стилонихия, коловратка и аэлосома – микроскопический малощитинковый червь. Не так уж много обитателей, если учитывать, что лужа была грязная, а значит, еды для микроорганизмов много. В «замутненной» и поверхностой пробах мы не увидели никого, на поверхности – только сухую пыльцу какого-то растения. Это может объясняться тем, что на момент исследования для микрообитателей этой пробы были самые неблагоприятные условия жизни: холодно, вода загрязнена бензиновыми пятнами.
Третий этап эксперимента – комплексный анализ полученных сведений – отражен в заключении к работе.
Приложение 1
Рис.1 Инфузория
Рис. 2. Амеба
Рис.3. Эвглена
Рис. 4. Коловратка
Рис. 5. Аэлосома
Рис. 6. Диатомовые водоросли
Рис. 7. Вольвокс
Приложение 2
1
2
Рис.1-2. I этап. Сбор материала для исследования
3
4
5 6
Рис. 3 – 6. II этап. Исследование проб методом микроскопирования
Приложение 3
Результаты системного анализа данных эксперимента
|
Проба |
Вариант пробы |
Результат наблюдения |
Промежуточный вывод |
|
Проба №1 от 17.09.17. |
придонная проба |
стилонихии; коловратки; колпода диатомовая водоросль; вольвокс |
больше всего микроорганизмов обитают на дне, так как там больше еды; микроорганизмы активные |
|
«замутненная» |
стилонихии; зеленая (живая) водоросль |
||
|
поверхностная |
скелеты диатомовых водорослей |
||
|
Проба №2 от 20.09.17. |
придонная проба |
инфузории – стилонихия и колпода, амеба, коловратка |
Лужа неглубокая, хорощо прогревается, поэтому так разнообразна фауна |
|
«замутненная» |
хламидомонада; аспидиска; стилонихия; амеба; вольвокс |
||
|
поверхностная |
эвглена зелена, стилонихия, амеба и живая диатомовая водоросль |
||
|
Проба № 3 от 24.09.17 |
придонная проба |
стилонихия; коловратка; аэлосома |
Наиболее неблагоприятные условия для жизни микроорганизмов (холод, загрязненность воды), даже при наличии достаточного количества еды приводят к бедности фауны |
|
«замутненная» |
--------------------- |
||
|
поверхностная |
--------------------- |
Заключение
В ходе проведенного эксперимента по изучению биоценоза архангельских луж была уточнена первоначальная гипотеза и сделаны следующие выводы по задачам исследования.
Вопреки сделанным предположениям, наиболее разнообразной оказалась проба № 2, взятая из лужи около средней школы № 26, а не в лесу. То есть, видимо, на разнообразие видов влияет не столько идеальная экологическая ситуация, сколько небольшая глубина, прогреваемость водоема. С другой стороны, третья проба оказалась наименее разнообразной по представленным видам микроорганизмов, что, во-первых, подтверждает, что для жизни нужно тепло, а во-вторых, что совсем отметать фактор чистоты окружающей среды нельзя. В «бензиновой» луже из центра Архангельска практически не было жизни (только на самом дне), что говорит о негативном влиянии человека на окружающий его живой мир.
Из всех видов микроорганизмов наиболее часто встретилась стилонихия – разновидность инфузории; она была обнаружена во всех пробах, на разных уровнях биотопов (луж). Можно сделать вывод, что на момент проведения исследования именно стилонихии в архангельских лужах были наиболее активны и многочисленны, видимо, это «их сезон».
Кроме того, стоит отметить, что на разных уровнях (придонной, «замутненной», поверхностей) встречались разные микроорганизмы, то есть можно говорить, что каждый уровень – это отдельная биосистема, как этажи многоквартирного и многоэтажного дома.
Придонные пробы при этом оказались наиболее разнообразными, что подтверждает мысль о том, что где больше еды – больше и жизни.
Таким образом, изучение микромира лужи позволяет сделать выводы о связях живых существ в мире, о том, насколько жизнь человека близка миру вселенной, окружающей нас и о том, насколько микромиры, где обитают живые существа, внешне, кажется, мало соприкасающиеся с человеческой жизнью, зависят от нас, от нашего к ним отношения.
Библиографическая ссылка
Давыдов А.С. МИР В КАПЛЕ: ЗАГАДКИ АРХАНГЕЛЬСКИХ ЛУЖ // Старт в науке. – 2018. – № 3. ;URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=963 (дата обращения: 03.12.2024).