Развитие животных в условиях загрязнения водоемов на примере Rana Arvalis

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ

Биоэкология

Исследовательская работа

РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ НА ПРИМЕРЕ RANA ARVALIS

Выполнена Дёминой Софией, Михайловской Анастасией

9 класс, ГБОУ Школа № 49, г. Москва

Руководитель: Тавровская А. В., учитель биологии и химии

ГБОУ Школа № 49, г. Москва

Москва 2017

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время окружающая среда все больше страдает от разных видов загрязнений. Каждый из нас видел водоемы, на поверхности которых находятся пластиковые и стеклянные бутылки, органические отходы и целлюлозно-бумажная продукция - это только верхушка айсберга экологических проблем гидросферы. От этого страдают животные, населяющие водоемы, а ведь их численность и без того сокращается под влиянием других причин, например, из-за сокращения кормовой базы.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

Заинтересовавшись вопросом о влиянии различных видов загрязнений на развитие обитателей водоемов, мы решили изучить это на примере личиночной стадии лягушки остромордой Rana arvalis (terrestris).

Задачи работы:

1. .Изучить информацию о видах загрязнений пресных водоемов Подмосковья.

2. Изучить информацию о физиологии амфибий.

3. Выловить в естественных условиях головастиков Rana arvalis.

4. Поместить головастиков в среды с разными видами загрязнений.

5. Проследить метаморфоз головастиков.

6. Полученные результаты сравнить с литературными данными

загрязнение головастик водоем амфибия

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект: лягушка остромордая

Rana arvalis Nilsson, 1842

Отряд Бесхвостые земноводные -- Anura

Cемейство Настоящие лягушки -- Ranidae

Лягушка остромордая - обычный вид с широкой экологической нишей - от открытых сухих мест до влажных темнохвойных лесов. Длина тела 4--7 см. Как и все лягушки, остромордая кормится на суше различными беспозвоночными, съедают они также мух, комаров, оводов, наземных раковинных моллюсков, водных беспозвоночных. Самцы в брачный период приобретают серебристо-голубую окраску (3). Остромордая лягушка является индикатором сохранения на территории Москвы относительно мало нарушенных лесных и луговых биотопов с чистыми водоёмами (2). Головастики развиваются в мелких теплых водоемах в течение двух месяцев. Ротовой аппарат головастиков приспособлен к соскабливанию пищи с подводных предметов и водорослей. Они легко переходят с питания одним кормом на другой. В период метаморфоза происходят глубокие и многочисленные, быстро следующие друг за другом изменения строения животного и резкое падение роста. Только что превратившаяся сеголетка обычно по размерам значительно меньше головастика (5).

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

В водные объекты, в конечном счете, попадают практически все загрязнители, выбрасываемые производственной деятельностью в окружающую среду. Сбросы неочищенных промышленных и коммунально-бытовых стоков - одна из серьезных причин загрязнения поверхностных вод. Вместе с продуктами эрозии почв в водные объекты попадают используемые в сельском хозяйстве минеральные удобрения и пестициды, отходы животноводческих ферм. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, рано или поздно осаждаются на поверхности земли и уносятся в реки и озера с дождевыми и талыми водами. Разнообразие веществ, загрязняющих водоемы велико. Рассмотрим некоторые, наиболее распространенные случаи.

KNO₃ (нитрат калия)

Высокое содержание фосфатов и нитратов в воде способствует усиленному росту фитопланктона, размножению зоопланктона и высшей фауны, которые употребляют кислород при дыхании. С ростом числа живых организмов, особенно планктона, имеющего короткий жизненный цикл, увеличивается количество детрита (мертвого органического вещества), для аэробного разрушения которого также необходим кислород. В таких условиях расход кислорода не восполняется его продукцией в процессе фотосинтеза. Условия, соответствующие высоким концентрациям фосфатов и нитратов и низкому содержанию кислорода - эвтрофными (8). Переход от олиготрофных условий к эвтрофным рассматривается как процесс эвтрофизации водоема. Антропогенная эвтрофизация, вызываемая увеличенным поверхностным стоком, смывом с полей высококонцентрированных минеральных удобрений, сбросом в водоемы неочищенных сточных вод, содержащих органические вещества, нитраты и фосфаты, отличается быстрыми темпами протекания и имеет характер экологического нарушения в пределе, приводящего к полной гибели водной экосистемы.

ГАЗЕТЫ

Опасна типографская краска, с помощью которой на бумагу наносят текст и изображения. Для изготовления красок используют очень опасные для человека и животных вещества, как например, хромат свинца, соли свинца, соли кобальта, соли марганца, смолы, асфальт и многие другие вещества (6). Многие вещества, входящие в состав красок, весьма токсичны. Свинец- тяжелый металл, который при контактах с кожей и при попадании в организм вызывает наибольшее количество тяжелейших заболеваний. Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями во всем мире признается одной из главных проблем экологии и охраны здоровья населения.

ПЛАСТИКОВЫЕ БУТЫЛКИ

Одним из продуктов нефтепереработки являются синтетические, полимерные материалы. Всевозможные пленки, разнообразные изделия из пластмасс попадают в огромных количествах в гидросферу, замусорившая, в основном, океаны. Будучи исключительно устойчивыми, они формируют гигантские мусорные агломерации. Один из пунктов практически всех программ по борьбе с загрязнением окружающей среды является требование значительного сокращения уровня пластиковых отходов. Фрагменты пластиковых отходов попадают в пищу всех живущих на планете существ. Как факт -- пластиковую пыль можно найти в любой прибрежной зоне по всему миру (7).

НЕФТЬ

Существенные экологические проблемы возникают при попадании в водоемы трудно разрушаемых или устойчивых органических загрязняющих веществ. К ним относятся компоненты нефти и нефтепродуктов. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды, на открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой «нефть - вода», который препятствует газообмену между водой и воздухом. Это приводит к тому, что живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются.

ЩЕЛОЧНЫЕ БАТАРЕЙКИ

Активным материалом анода является порошкообразный цинк высокой степени чистоты. Избыток цинка в организме приводит к его ослаблению, заболеваемости, астмоподобным явлениям и др. Активная масса анода содержит цинк (объемная доля 18-33 %), загуститель (гель-компонент), раствор электролита, оксид цинка и ингибитор коррозии. В качестве гель-компонента используют производные целлюлозы, полиакрилаты, поливиниловый спирт и другие полимеры. В качестве электролита применяются концентрированные растворы KOH (иногда NaOH) с добавками ZnO, а иногда и LiOH.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Головастиков поместили в 6 пятилитровых контейнеров (изначальное количество в каждом-13) с разными видами загрязнений: нитратом калия (KNO₃), газетной бумагой(1/4 от всей газеты), пластиковыми бутылками (2 бутылки, разрезанные по кускам), нефтью (5 г), батарейками (израсходованные, 2 штуки). Один контейнер (№ 1)-- контрольный. Условия содержания были одинаковыми. Изначально в емкости мы добавили по 3 литра отстоянной воды, поместили в них по кусочку элодеи. После, мы заселили головастиков в 6 контейнеров, добавив ещё по 1 л прудовой воды, в которой находилась ряска и небольшое количество ила. На протяжении 45 дней иногда добавляли отстоянную воду. Каждый контейнер вентилировали, кормили головастиков 1 раз в день. Питались амфибии сухим измельченным кормом для рыб, личинками мотыля и микроорганизмами и растениями в воде (4). Наблюдения фиксировали каждые 2-3 дня.(см. приложение)

По окончании наблюдений (1 июля) все выжившие головастики и лягушки были выпущены в естественную среду обитания - ручей с широкой болотистой поймой в западной части Битцевского парка.

РЕЗУЛЬТАТЫ

1)В контрольном контейнере погиб только один головастик во время метаморфоза. В контейнере с нефтью в течение двух недель погибли все головастики. Такой результат был вполне ожидаем, так как нефть - трудно разрушаемое и устойчивое органическое загрязняющее вещество. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды, на открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой «нефть - вода», который препятствует газообмену между водой и воздухом. Это приводит к тому, что живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. Возможно, причиной еще могло послужить то, что пища, поступая через пленку, обволакивалась нефтью и затем в таком виде попадала в кишечник головастиков.

2)В контейнере с щелочными батарейками гибель головастиков происходила на разных этапах метаморфоза, в результате выжили только две лягушки. Из-за окисления батареек в воду поступали ионы металлов, вызывающие интоксикацию. А это в свою очередь во время метаморфоза оказывается губительным. Дефицит цинка тормозит физическое развитие (1). Вероятно, его избыток может послужить ускорителем процессов. Метаморфоз у головастиков в контейнере с батарейками начался на девять дней раньше, чем в контрольном. Сроки развития головастиков в контрольном контейнере соответствуют приводимым нормам по данным разных источников. Более ранний переход к метаморфозу происходит, когда у личинок еще недостаточная биомасса, это и служит причиной повышенной смертности. (диаграмма 1)

3)Во всех контейнерах с другими загрязнителями метаморфоз начинался раньше на 8-10 дней раньше, чем в контрольном. Ускорение развития является онтогенетической адаптации к неблагоприятным условиям (9). ( диаграммы 2-6)

4)По сравнению с контролем в контейнере с нитратом калия лягушки имели большую биомассу. Это связано с тем, что в результате эвтрофикации среды увеличилась кормовая база головастиков, и они сформировали большую биомассу. Во всех остальных случаях средняя биомасса меньше, чем в контроле. Т.е. любые другие загрязнения нарушают обмен веществ.(диаграмма 7)

ВЫВОДЫ

1. Все формы загрязнений приводят к изменению сроков метаморфоза.

2. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами приводит к 100%-ной гибели животных.

3. Эвтрофикация водоемов положительно сказывается на росте головастиков.

4. Наиболее уязвимый этап развития - окончание метаморфоза: смена способа газообмена, местообитания и кормовой базы. В этот момент наблюдается массовая гибель животных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время снижение численности земноводных (в частности лягушки остромордой) связывают с уменьшением числа естественных биотопов, пригодных для размножения, а также, с массовой гибелью животных на дорогах во время миграций. Проведенные исследования позволяют утверждать, что и любые виды загрязнений отрицательно влияют на численность лягушек, изменяя темпы метаморфоза и приводя к массовой гибели головастиков.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Громова О.А., Намазов Л.С. Витамины и минералы в современной клинической медицине. М., 2003.

2. Красная книга города Москвы, М., 2001.

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Остромордая_лягушка.

4. http://znaj-vse.ru/zivotnie/chem-pitayutsya-golovastiki-lyagushek/.

5. http://www.newreferat.com/ref-44667-5.html.

6. http://textarchive.ru/c-2700053-p7.html.

7. http://makulaturu.ru/articles/opasniy-plastik.

8. https://www.bsmu.by/downloads/kafedri/k_obschim/stud/osn_xim.pdf.

9. ecology-education.ru/index.php?action=full&id=356.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Диаграммы.

Диаграмма 1

Диаграмма 2

Диаграмма 3

Диаграмма 4

Диаграмма 5

Диаграмма 6

Диаграмма 7 Средняя биомасса молодых лягушек по окончании метаморфоза.

1 2 3 4 5 6

1-контроль

2- контейнер с нитратом калия

3- контейнер с газетой

4- контейнер с пластмассой

5- контейнер с нефтью

6 - контейнер с батарейками.

Объект исследования.

Объект: лягушка остромордая

Rana arvalis Nilsson, 1842

Отряд Бесхвостые земноводные -- Anura

Cемейство Настоящие лягушки -- Ranidae

Длина тела 4--7 см, масса от 5 до 30 грамм. Морда заострённая. От глаз через барабанную перепонку почти до плеч часто идёт тёмное височное пятно, которое постепенно сужается. Спина светло-оливковая, светло-бурая, красновато-кирпичная или почти чёрная. Брюхо однотонное, светлое. Общий тон окраски тела этих амфибий может меняться в зависимости от температуры, влажности и освещения. В солнечную погоду он заметно светлее. Лягушки, живущие на открытых сухих местах, более светлые по сравнению с теми, которые попадаются в густых и влажных зарослях травы, кустарника, лесах. Самцы в брачный период приобретают серебристо-голубую окраску. На первых пальцах передних конечностей развиваются брачные мозоли для удержания самок.

Как и все лягушки, остромордая кормится на суше различными беспозвоночными, съедают они также мух, комаров, оводов, наземных раковинных моллюсков, водных беспозвоночных. Охотясь за насекомыми, остромордая лягушка сама часто становится добычей млекопитающих или птиц. Такие пресмыкающиеся, как ящерицы, ужи, гадюки питаются этими лягушками. Молодые лягушки и головастики могут стать жертвой не только других видов лягушек (например, крупной прудовой лягушки), но и своих сородичей.

Зимуют основная масса остромордых лягушек на суше. С наступлением осенних холодов лягушки прячутся в ямах, норах грызунов, кучах листвы, под камнями, в старых пнях, в низких дуплах деревьев, в подвалах.

В Московской обл. обычный и широко распространённый вид. На территории Москвы в 1985-2000 гг. его обитание было известно на 18 природных территориях. Природоохранный статус: 2-я категория -- малочисленный в Москве вид с сокращающейся численностью. По численности существенно уступает травяной лягушке. В Битцевском лесу в 2004 году в одном из прудов было учтено не менее 30 размножающихся пар. На других природных территориях, где до настоящего времени сохранилась остромордая лягушка, её численность низка и продолжает уменьшаться.

Остромордая лягушка населяет различные лесные, луговые и другие природные биотопы. В условиях Москвы она в большей степени, чем травяная лягушка, подвержена воздействию городской среды, т.к. для размножения выбирает хорошо прогреваемые водоёмы, которые, как правило, расположены на опушках, полянах и в других активно посещаемых местах. Как и травяная лягушка, предпочитает откладывать икру в мелкие пересыхающие водоёмы, где она вскоре высыхает или же головастики не успевают закончить развитие. Является индикатором сохранения на территории Москвы относительно мало нарушенных лесных и луговых биотопов с чистыми водоёмами. Отрицательно на вид влияет несколько факторов. Недостаток на природных территориях пригодных для размножения мелких непересыхающих до середины лета водоёмов. Парковое благоустройство речных долин с уничтожением или укреплением берегов имеющихся там водоёмов, заменой естественной растительности парковыми насаждениями и низкотравными газонами. Поступление сильно загрязнённого поверхностного стока после сильных дождей в придорожные кюветы и рытвины, используемые остромордой лягушкой для размножения. Рекреационная деградация лесной и луговой растительности в местах обитания вида. Гибель под колёсами автотранспорта на проезжих дорогах, проходящих по природным территориям, а также в колодцах и траншеях с вертикальными стенками.

РАЗВИТИЕ ГОЛОВАСТИКОВ

Незадолго до вылупления у зародышей появляются наружные жабры. Жабры образуются в виде двух пар небольших отростков по бокам головы. К моменту вылупления развивается третья пара наружных жабр. У только что вылупившегося головастика есть также и зачатки легких. В связи с тем, что на первой стадии развития личинки еще не отыскивают активно пищу и малоподвижны, органы чувств у них развиты слабо. На переднем конце головы есть парные ямки -- органы обоняния, недоразвитые глаза и зачаток органа слуха в виде слуховых пузырьков, лежащих под кожей по бокам головы. Важнейшее значение в это время имеют органы боковой линии. Они воспринимают колебания воды, исходящие различных окружающих головастиков предметов. Головной мозг этого крошечного животного, не достигающего 10 мм длины, основных чертах сформирован. Крупные изменения в жизни и строении головастика происходят через несколько дней после вылупления, когда он достигает 14 мм длины. В это время желток называется полностью израсходованным, у личинок прорывается рот и начинают быстро расти зубы. Ротовой аппарат головастиков приспособлен к соскабливанию пищи с подводных предметов и водорослей. Он свойствен громадному большинству личинок бесхвостых амфибий, которые обычно питаются кормами, изобилующими в водоемах, сравнительно легко заменяя один другим. Головастики поедают ветвистоусых, диатомовые и другие водоросли, высшие растения, детрит и в небольшом количестве водных беспозвоночных. Личинка, перешедшая к активному способу питания, начинает также и активно двигаться. По форме она уже отличается от только что вылупившейся. Тело ее становится более округлым, хвост удлиняется и расширяется за счет развития вокруг него плавника, превращаясь в сильный орган движения. Исчезновение наружных жабр и замена их внутренними связаны, видимо, с переходом к подвижному образу жизни, при котором наружные жабры становятся более уязвимыми. Примерно на 20--26-й день, когда головастики достигают 24--26 мм длины, появляются одновременно передние и задние конечности. Задние конечности хорошо заметны сразу, а передние долгое время скрыты под жаберной крышкой. Приблизительно на 38-й день развития в конечностях образуются суставы. К концу второго месяца наряду с жабрами начинают функционировать легкие. Затем на 50-й день освобождаются, прорывая жаберные крышки, передние конечности. Далее преобразуется ротовой аппарат. Глаза, которые до сих пор были малы и прикрыты тонкой кожей, становятся крупными и выпуклыми. Заканчивается формирование внутреннего и среднего уха, исчезают органы боковой линии. Окончательно развиваются большие полушария мозга. Большое количество личиночных органов у головастиков бесхвостых земноводных приводит к тому, что в период метаморфоза происходят глубокие и многочисленные, быстро следующие друг за другом изменения строения животного. В период метаморфоза происходит резкое падение роста. Только что метаморфизировавшая сеголетка обычно по размерам значительно меньше головастика. Величина сеголеток тем больше, чем больше величина головастиков перед метаморфозом.

Журнал наблюдений (выдержки)

1. В контейнере № 2, где был нитрат калия (KNO₃), превышающий норму в 5 раз, головастики развивались без каких-либо видимых отклонений. Спустя 10 от начала проекта, головастики проявляли бульшую активность, чем в других контейнерах, и их размеры были крупнее. У личинок в этой среде лапки на 21.06.16 было 2 личинки с парой лапок, остальные-с зачатками В контрольной среде, на 21.06.16 были головастики с зачатками лапок, но только 24.06.16 у некоторых особей появилась сформированная пара конечностей. В данной среде умер только один головастик, что могло послужить причиной его гибели- не установлено.

На 01.07.16 масса одного головастика ~0,2 г.. В стадию лягушки перешло 6 особей, с четырьмя конечностями -- одна особь, осталось 5 головастиков.

2.В среду № 3 мы поместили целлюлозно-бумажные изделия (газеты).

Головастики в этой среде не отличались своим поведением от сородичей в контейнере № 1.

Несмотря на то, что в состав краски для газет входят соединения тяжелых металлов (таких как свинец), на головастиков не было оказано пагубного воздействия. Даже наоборот, 06.06.16 нами были обнаружены инфузории (парамеции) в больших количествах. Скорее всего, их появлению послужило разложение газет.

Метаморфоз у личинок был замечен 15.06.16, размеры были средние. Одна особь была с одной парой лапок, остальные - с зачатками. В целом, головастики вели себя активно.

На 01.07.16 в данной среде находилось 8 лягушек ( 3 из них были мертвы) и одна лягушка с хвостом. Двое головастиков умерло в первые дни проекта. Вероятней всего, причиной смерти послужила сама газета, которая дезориентировала их.

3). Для среды № 4 мы использовали пластиковые бутылки со знаком на донышке «2 -- HDPE (ПЭВД)». Головастики в этой среде были больше, чем в других. Но к 03.06 головастики из контейнеров, где были KNO₃ и газета, обогнали рост личинок данной среды. Появление лапок было замечено 15.06. Трое головастиков было с 2-мя лапками. По размерам они так и остались меньше. В целом, нами не было замечено какого-либо отрицательного влияния пластика на головастиков, т.к. это не отразилось на их жизненном цикле. Скорее всего, это связано с тем, что эти бутылки сделаны из полиэтилена низкого давления (высокой плотности), который используется для производства полужесткой тары. Он считается одним из самых безопасных пластиков, может быть использован повторно. Питались головастики хорошо, но мотыля они если плохо.
На 01.07.16 вес одного головастика составил ~0,115 г. В этом контейнере было: 2 лягушки, 1 особь с 4-мя лапами и 8 с хвостами.

4). В контейнер №5 мы добавили нефть, после того, как поместили туда головастиков. Сразу же образовалась нефтяная пленка. 19.05 личинки находились на дне контейнера, проявляя небольшую активность. 25.05 головастики перестали реагировать на раздражитель, активность снизилась. К этому числу уже умерло две особи. 27.05 осталось 8 мелких неподвижных головастиков. 30.05 все личинки погибли.

5) Для контейнера №6 мы использовали израсходованные щелочные батарейки.

На следующий день после начала проекта мы обнаружили мертвого головастика, а 19.05.16 от его трупа остался только кусочек позвоночника. Мы предполагаем, что его же сородичи обглодали тело. 26.05.16 головастики были мелкими, находились по бокам контейнеров почти без движения. Лапки у особей этой среды появились раньше всех-06.06.16. 15.06.16 6 головастиков было с 2-мя лапками, а один с 4-мя, но при этом их рост оставался маленьким. Спустя 2 дня у головастика с 4-мя лапами практически исчез хвост. На 21.06.16 было 10 особей ( 5 из низ с 4-мя лапками, двое с двумя). 24.06.16 осталось 8 личинок (двое с 4-мя лапками, 4 лягушки). На 01.07.16 осталось всего лишь 2 лягушки. Масса одного ~ 0,1 г. На протяжении всего проекта, головастики проявляли скудный интерес к пищи. Вода помутнела из-за окисления батареек.

Размещено на Allbest.ru