Отчет о научно-исследовательской работе Наталия Сухова 9 класс «Б» Мария Волкова 9 класс «Б» Научные руководители




Дата канвертавання19.04.2016
Памер100.86 Kb.


Московская гимназия на Юго-Западе №1543

Изучение поведения жуков-плавунцов на суше в Удомельском районе Тверской области

Отчет о научно-исследовательской работе

Наталия Сухова 9 класс «Б»

Мария Волкова 9 класс «Б»

Научные руководители:

Ю. О. Копылов-Гуськов

П. А. Волкова

П. Н. Петров


Москва

2013
Введение

Жуки-плавунцы (отр. Coleoptera, сем. Dytiscidae) – хищные насекомые, которые большую часть своей взрослой жизни проводят в воде, и их задние конечности приспособлены к передвижению в воде. Также эти жуки имеют обтекаемую форму тела, гладкие покровы и заостренные края тела, что позволяет им рассекать толщу воды. При плавании жуки используют только переднюю и заднюю пары конечностей, средняя же используется для маневрирования (Ribera, Foster 1997).

Однако нередко жуков-плавунцов можно встретить и на суше, в некотором отдалении от водоема. Это объясняется способностью плавунцов перемещаться по суше и воздуху (Leston et al., 1965). Считается, что жуки могут перелетать или даже переползать из одного водоема в другой (Davy-Bowker, 2002).

Также у большинства плавунцов присутствует хорошо развитая летательная мускулатура, например, у жуков вида Dytiscus marginalis (Linnaeus, 1758) или Acilius sulcatus (Linnaeus, 1758). Но у некоторых видов она недоразвита, как у жуков вида Hyphydrus ovatus (Linnaeus, 1761) (Jackson, 1952). Следовательно, для расселения такие жуки должны ползать по суше.

Считается, что жуки гораздо охотнее летают в теплое время года – летом или ранней осенью. При этом не важно, светит ли солнце или нет – при теплой погоде жуки взлетают и в темноте (Jackson, 1952). Так что можно предполагать, что температура воздуха влияет на частоту взлета жуков.

Также неизвестно, какое расстояние могут проползать жуки-плавунцы по суше, и в связи с этим непонятно, могут ли они таким образом расселяться из одного водоема в другой, поэтому мы решили выяснить, как именно плавунцы передвигаются по суше, и от чего зависит скорость их передвижения.

Цели и задачи

Цель нашей работы – изучить передвижение некоторых видов жуков -плавунцов по суше, сравнить поведение жуков при разных погодных условиях и узнать, от чего зависят скорость передвижения жуков, их взлет и траектория движения. Для этого мы проводили наблюдения за жуками исследуемых видов при разных погодных условиях (осадки, облачность, температура, позднее мы рассматривали только температуру и осадки).

Материалы и методы

Опыты мы проводили на трех видах жуков: Dytiscus marginalis, Acilius sulcatus и Hyphydrus ovatus, представителей которых до этого ловили в «Пруду под ивой» и «Гусином пруду» с помощью сачков. На водоемы для поимки насекомых мы ходили многократно. Жуки использовались в экспериментах не позже, чем через три дня после поимки. До начала опыта насекомые находились в стеклянных банках, в которые клали мокрую бумагу и записку, на которой писали место, дату и время сбора.

В качестве точки старта был установлен колышек, который использовался на протяжении всех экспериментов. Изначально мы задумали проводить эксперименты на разном грунте, покрытом травой и не покрытом травой, а именно на грунтовой дороге и в поле, но проводить эксперименты с жуками в траве оказалось слишком трудоемко, поэтому большинство экспериментов мы проводили на дороге (к сожалению, нет данных о количестве экспериментов, проведенных в траве). Мы случайным образом выбирали первоначальное направление жука из четырех вариантов – север, юг, восток и запад. Затем жука устанавливали согласно выбранному направлению (с помощью компаса), а потом засекали время.

В течение опыта каждую минуту в точке нахождения жука устанавливался колышек меньший, чем стартовый (колышек устанавливали лишь после того, как расстояние между предполагаемым местом нахождения колышка и жуком равнялось хотя бы 10 см).

После окончания опыта с помощью рулетки измеряли расстояние в сантиметрах между колышками и направление движения жука с помощью компаса.

Всего было проведено 24 опыта (табл. 1). Из них два опыта длились две минуты, три опыта – три минуты, три опыта – 6 минут, по одному опыту – семь, восемь и 9 минут, четыре опыта – 15 минут, три опыта – 30 минут, один – 45 минут и пять – 60 минут. Если жук улетал, то на этом опыт мы опыт заканчивали, а жука не ловили. Если жук сидел на месте, наблюдения проводили до самого конца опыта. Если же жук не улетал и продолжал движение, то наблюдения тоже проводили до самого конца опыта.

Таблица 1. Число жуков разных видов и разных полов



Затем мы проводили обработку данных в программе R (R Core Team, 2013).

Мы использовали статистические тесты для сравнения выборок (тест Вилкоксона, тест хи-квадрат и дисперсионный анализ) и для нахождения линейных зависимостей (корреляционный тест Спирмена).

При обработке данных мы ввели два новых параметра – средняя скорость в целом и средняя скорость движения. Первый параметр – это частное от деления пройденного расстояния на общую продолжительность опыта, а второй параметр – это частное от деления пройденного расстояния на время, которое жук двигался.

При сравнении скоростей жуков, мы проводили обработку данных, исключая данные о жуках вида Hyphydrus ovatus, так как с ними было слишком мало наблюдений.

Результаты

Дисперсионный анализ (ANOVA) показал, что средняя скорость в целом для трех видов жуков достоверно не различается (p-value = 0,104).

Но когда мы сравнили с помощью теста Вилкоксона скорость для двух видов – Dytiscus marginalis и Acilius sulcatus, не используя данные о жуках вида Hyphydrus ovatus, мы получили результат, что скорость в целом для этих двух видов различается, при этом скорость выше у жуков вида Dytiscus marginalis (p-value = 0,03) (рис. 1).

В случае со средней скоростью движения дисперсионный анализ показал, что средняя скорость для трех видов достоверно не различается(p-value = 0,2).

И в этом случае, когда мы не использовали данные о жуках вида Hyphydrus ovatus, мы получили, что средняя скорость перемещения для жуков видов Dytiscus marginalis и Acilius sulcatus различается (p-value = 2.073e-07), при этом скорость у жуков вида Dytiscus marginalis выше.



Рисунок 1. Средняя скорость в целом для каждого исследованного вида жуков

Примечания:

На этой и последующих диаграммах размаха «усы» – минимум и максимум, нижняя и верхняя границы «ящика» – нижний и верхний квартиль, жирная линия – медиана, точки вне «ящика» – выбросы.

Тест Вилкоксона показал, что скорость самок и самцов (всех видов) достоверно различается (p-value=0,002). В среднем скорость самцов выше, чем скорость самок (рис. 2).

Рисунок 2. Средняя скорость в целом для самцов и самок трех исследованных видов жуков

Также мы вычислили, что взлетело около 42% всех жуков. Из 11 жуков вида Dytiscus marginalis взлетели четыре (36%), из 9 жуков вида Acilius sulcatus взлетели шесть (66%), а из четырех жуков вида Hyphydrus ovatus ни один жук не взлетел.

Тест хи-квадрат показал, что частота взлетов жуков видов Acilius sulcatus и Dytiscus marginalis достоверно не различается (p-value=0,36) (рис. 3 и 4). Также с помощью теста хи-квадрат мы установили, что достоверно не различается и частота взлетов самок и самцов (p-value=0,44).

Тесты Вилкоксона также показали, что взлет жука не зависит от температуры воздуха (p-value = 0,67; рис.5).

В дождливую погоду мы провели всего два эксперимента, поэтому говорить о какой-либо зависимости нельзя.





Рисунок 3. Частота взлетов жуков вида Dytiscus marginalis

0 – нет взлета

1 – есть взлет





Рисунок 4. Частота взлетов жуков вида Acilius sulcatus

0 – нет взлета

1 – есть взлет





Рисунок 5. Зависимость взлета жука от температуры воздуха

Мы не выявили достоверной линейной зависимости средней скорости в целом (рис. 7) (p-value = 0,2; rho = 0,2), средней скорости движения (рис. 8) (p-value = 0,3; rho = –0,2) и времени движения (рис. 6) от температуры воздуха (p-value = 0,02, rho = 0,4).

Рисунок 6. Зависимость времени ползания от температуры воздуха

Dm – Dytiscus marginalis

As – Acilius sulcatus

Ho – Hyphydrus ovatus

Рисунок 7. Зависимость средней скорости в целом от температуры воздуха для разных видов жуков

Dm – Dytiscus marginalis

As – Acilius sulcatus

Ho – Hyphydrus ovatus

Рисунок 8. Зависимость средней скорости движения от температуры воздуха

Dm – Dytiscus marginalis

As – Acilius sulcatus

Ho – Hyphydrus ovatus

Мы также решили найти зависимость скорости движения и скорости в целом для каждого вида жуков по отдельности.

Тест Спирмена показал, что средняя скорость в целом жуков вида Dytiscus marginalis не зависит от температуры (p-value = 0,62; rho = 0,16), как и средняя скорость перемещения (p-value = 0,92; rho = –0,03).

Также тест показал, что от температуры не зависят средняя скорость в целом (p-value = 0,12; rho = 0,55) и средняя скорость перемещения жуков вида Acilius sulcatus (p-value = 0,49; rho = 0,41).

Также от температуры не зависят средняя скорость в целом (p-value = 0,08; rho = –1) и перемещения (p-value =0,75; rho = –0,4) жуков вида Hyphydrus ovatus.

Таким образом, мы не нашли никакой зависимости средней скорости перемещения и в целом от температуры воздуха для трех видов жуков по отдельности.

Траектории движения отдельных особей жуков представлены на рис. 9.

Рисунок 9. Траектории движения для каждого жука

Положительные значения ординаты – север, отрицательные – юг, положительные значения абсциссы – восток, отрицательные – запад. Зеленым цветом помечены жуки вида Dytiscus marginalis, желтым – вида Acilius sulcatus, голубым – вида Hyphydrus ovatus. Красная точка – начало отсчета, голубая линия – траектория движения. Значки ♂ и ♀ обозначают самца и самку соответственно.

На рисунке видно, что в основном жуки движутся в определенном направлении.

Мы также выявили положительную линейную связь между пройденным расстоянием и временем проведения опыта (p-value = 1,5 * 10–7, rho = 0,85; рис.10).



Рисунок 10. Зависимость пройденного расстояния от времени проведения опыта

Обсуждение

Мы не нашли достоверной связи между скоростью (и скоростью в целом, и скоростью передвижения) и температурой воздуха, которую ожидали получить. Мы полагали, что чем выше температура воздуха, тем быстрее жуки передвигаются, но наша гипотеза не подтвердилась.

Результаты по числу взлетов для каждого вида показали, что чаще всего взлетают жуки вида Acilius sulcatus. Жуки вида Hyphydrus ovatus не взлетали вообще, что подтверждает информацию о том, что у этих жуков слабо развита летательная мускулатура (Jackson, 1952) . Однако нельзя утверждать, что эти жуки вообще не способны к полету, ведь мы провели только 4 опыта с жуками этого вида.

Мы не стали искать различия между самками и самцами для каждого вида жука, так как у нас было мало опытов с жуками вида Hyphydrus ovatus.

Объяснить отсутствие взлетов жуков в дождливую погоду можно тем, что у нас было всего два эксперимента в таких условиях.

Различие средней скорости в целом для двух полов жуков — интересный факт, но пока у нас недостаточно информации, для объяснения этой гипотезы. Предположение о том, что самцы чаще самок участвовали в наиболее продолжительных опытах не подтвердилось.

Исходя из достоверной линейной связи между расстоянием, пройденным жуком, и временем опыта, мы можем экстраполировать наши результаты на более длительные промежутки времени. Так, если жук будет двигаться не один час, как в самых продолжительных из наших опытов, а больше, то, следовательно, он пройдет большее расстояние, а значит, теоретически может преодолеть расстояние между двумя водоемами.

Если принять расстояние между двумя водоемами за 100 метров, то такое расстояние жук вида Ditiscus margialis сможет пройти примерно за 2,1 часа (если он будет двигаться без остановок). Это подтверждает теорию о том, что жуки могут переползать из одного водоема в другой. Так, (согласно картам Google) расстояние от Пруда под ивой до оз. Молдина составляет около 180 м, а от Гусиного пруда до оз. Молдина – около 250 м (по прямой), т.е. жуку потребуется 3,8 и 5,2 часа соответственно для того, чтобы переползти из пруда в озеро, что представляется нам вполне осуществимым.

Планы на будущее

Одним из главных планов является проведение большего числа опытов на участке с другим типом субстрата. Если в этот раз мы проводили большинство экспериментов на дороге, то можно провести наблюдения и на участке газона или поля, проверить, как препятствия влияют на движение жука.

Также мы планируем вести наши наблюдения фиксированное время (например, 1 час), чтобы можно было сравнить пройденные расстояния для каждого вида жуков. Кроме того, можно провести несколько наиболее продолжительных опытов – от двух часов.

Как видно на табл.1, у нас было очень мало опытов с жуками вида Hyphydrus ovatus, это повлияло на наши результаты относительно средней скорости в целом и передвижения для трех видов, поэтому один из планов на будущее – провести больше наблюдений за этими жуками.

Кроме того, для большей чистоты эксперимента можно присвоить изучаемым жукам номера, чтобы каждый жук участвовал в опыте не более одного раза.

Еще мы планируем экспериментировать с таким параметром, как влажность воздуха, а не только с осадками.

Также мы планируем провести опыты с личинками плавунцов.

Выводы

Мы провели наблюдения за жуками и получили такие зависимости:



  1. Скорость жука не зависит от температуры воздуха.

  2. Скорости жуков видов Acilius sulcatus и Dytiscus marginalis достоверно различаются.

  3. Теоретически жуки способны переползать из одного водоема в другой.

  4. Взлет жука не зависит от температуры воздуха.

  5. Как правило жук движется примерно в одном направлении, а не хаотично.

Благодарности

Мы благодарим Сергея Менделевича Глаголева, Полину Андреевну Волкову и Екатерину Викторовну Елисееву за организацию практики на биостанции «Озеро Молдино» и помощь в работе и обработке данных.

Мы также благодарим Петра Николаевича Петрова за помощь по энтомологии жуков-плавунцов и в определении насекомых.

Мы также благодарим Юрия Олеговича Копылова-Гуськова за советы по исправлению отчета и помощь в обработке данных.

Литература

Davy-Bowker J. A mark and recapture study of water beetles (Coleoptera: Dytiscidae) in a group of semi-permanent and temporary ponds // Aquatic ecology. – 2002. – Vol. 36. – P. 435-446.



Hudges G.M. The co-ordinations of insect movements III. Swimming in Dytiscus, Hydrophilus and a dragonfly nymph // Journal of Experimental Biology. – 1958. – Vol. 35. – N. 3. – P. 567–583.

Jackson. D. J. Observations on the capacity for flight of water beetles//Proc. R. Ent. Soc. Lond. –1952. – Vol. 3. – P. 61-70



Leston D., Pringle J.W.S., White D.C.S.. Muscular activity during preparation for flight in a beetle // Journal of Experimental Biology. – 1965. – Vol. 42. – P. 409-414.

R Development Core Team. R: A language and environment for statistical computing. – Vienna: R Foundation for Statistical Computing [Electronic resource]. – 2013. – Режим доступа: http://www.R-project.org.



Ribera I, Foster G.N. Functional types of diving beetle (Coleoptera: Hygrobiidae and Dytiscidae), as identified by comparative swimming behavior // Biological Journal of the Linnean Society. – 1997. - Vol. 61. – P. 537-558.



База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка