Нов Адаптации 15

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ЗАПАДНОЕ ОКРУЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №806
Научно-исследовательская работа
«Приспособления у животных для выживания в экстремальных
условиях»
Естествознание
Авторы: Платов Дмитрий и
Шмелев Яков
Руководитель: Учитель биологии
Кравцова Т.Н.
Москва, 2015
1
Оглавление
Аннотация ................................................................................................................ 3
Введение ................................................................................................................... 4
Позвоночные животные .......................................................................................... 6
Беспозвоночные животные ................................................................................... 14
Адаптации .............................................................................................................. 20
Выводы: .................................................................................................................. 21
Список литературы: .............................................................................................. 22
Интернет-ресурсы: ................................................................................................ 22
Приложения............................................................................................................23
2
Аннотация
Данная работа посвящена одной из актуальных тем — изучению
уникальных адаптаций у беспозвоночных и позвоночных животных. В
результате проведенного опроса и анализа полученных результатов было
выявлено, что большинство учащихся 7-х классов не имеют верного
представления об уникальных возможностях живых организмов, ограничивая
свои представления 1-2 примерами, тогда как подобные знания могут побудить
творческие способности учащихся и, возможно, расширить границы выбора
будущей профессии.
3
Введение
тема: «Приспособления у животных для выживания в экстремальных
условиях»
Авторы: Платов Дмитрий и Шмелев Яков
Руководитель: Учитель биологии - Кравцова Т.Н.
Актуальность: изучение адаптаций животных к выживанию в экстремальных
условиях дает возможности ученым приблизиться к пониманию возникновения
и распространения жизни, расширить границы жизни во Вселенной, получить
возможность создания биороботов для заселения Солнечной системы и
выживанию в условиях дефицита ресурсов.
Объект исследования:уникальные адаптации у разных групп животных —
беспозвоночных (тихоходки, бабочки волнянки, стеклянный кальмар и другие)
и позвоночных (волосатые лягушки, нототениевые рыбы, грифы и др.)
Предмет исследования: конкретные приспособления у вышеупомянутых
животных
Проблема: недостаточные знания учащихся об уникальных приспособлениях
животных к выживанию
Гипотеза: возможно ли на основании изучения уникальных адаптаций создать
новые вещества,технологии для выживания человека в экстремальных условиях
Цели исследования: изучить особенности строения, функционирования
некоторых животных (беспозвоночных и позвоночных) при выживании в
экстремальных условиях различных экосистем.
Задачи исследования:
1. Выбрать группу беспозвоночных животных (3) и позвоночных (4)
животных.
2. Подобрать и изучить научную литературу по данному вопросу
3. Провести опрос учащихся 7 классов с целью выяснения их знаний об
адаптациях в животном мире
4. Проанализировать полученные теоретические данные
5. Сделать выводы
6. Приготовить презентацию
4
Методы исследования:
1. Обработка
и
интерпретация
информации
на
основе
изученной
литературы и Интернет-ресурсов по теме.
4
2. Опрос учащихся 7-х классов по составленному опроснику
3. Обобщение
данных,
полученных
в
ходе
работы
(индуктивное
обобщение).
4. Сравнение посредством нахождения сходств и различий.
Новизна
работы
состоит
в
расширении
понимания
учащихся
особенностей биологических объектов, находящихся в экстремальных
условиях
и попытке осмыслить новые возможности для выживания
человечества в условиях дефицита ресурсов.
Исходные данные: основным источником информации стала литература (в
том числе Интернет-ресурсы), посвященная изучению данной проблемы и
собственные исследования путем опроса учащихся школы.
Структура исследовательской работы определилась логикой исследования
и достижения поставленной цели.
План выполнения работы:
- подбор групп уникальных животных
- нахождения информации в интернете
- опрос учащихся 7 классов
- анализ собранных данных
- подготовка презентации
- проведение пробных презентаций в 7-8 классах
- предложения собственных проектов к применению полученных знаний
5
«Послушай: далёко, далёко, на озере Чад
Изысканный бродит жираф.
Ему грациозная стройность и нега дана,
И шкуру его украшает волшебный узор,
С которым равняться осмелится только луна,
Дробясь и качаясь на влаге широких озер.»
Николай Гумилев
Позвоночные животные
1. Нототениевидные рыбы
Царство
Животные
Тип
Хордовые
Класс
Костные рыбы
Отряд
Окунеобразные
Семейство
Нототениевые
Род
Нототения
Вид
Мраморная нототения(Notothenia rossi)
Нототениевидные рыбы не замерзают в холодной воде Антарктики благодаря
природному антифризу. Воды, окружающие Антарктиду, настолько холодны,
что рыбы из умеренных и тропических районов быстро погибли бы, оказавшись
в них. Однако представители подотряда нототениевидных рыб производят
6
натуральный антифриз, позволяющий им жить в воде с низкой температурой.
Этот подотряд состоит из более чем 120 видов рыб, большинство из которых
обитает только в антарктических водах.
Подавляющая часть видов живет в морской воде с температурой от -1,9°С до 4°C
(температура замерзания морской воды
составляет -2°C) на глубине около 1500
метров.
Многие нототениевидные рыбы имеют в
крови и физиологических жидкостях тела
особые белки, которые, соединяясь с
крошечными кристаллами льда в
организме, препятствуют их дальнейшему
росту. Впрочем, некоторые приполярные
виды этих рыб не производят или
вырабатывают очень мало естественного
антифриза.
Большинство морских рыб из умеренных и тропических районов не имеют
таких белков и замерзли бы в холодных водах Антарктики. Причиной этого
является то, что температура воды в Антарктике (-1,9°С) ниже температуры
замерзания их крови/1/
2.Волосатые лягушки
Царство
Животные
Тип
Хордовые
Класс
Земноводные
Отряд
Бесхвостые
Семейство
Пискуньи
Род
Волосатые лягушки
Вид
Волосатые лягушки Trichobatrachus
robustus
7
Волосатые лягушки (лат. Trichobatrachus robustus) обладают несколькими
качествами, которые делают этих представительниц семейства пискуний
поистине уникальными существами.
Волосатая лягушка получила своё название из-за того, что самцы этого вида
покрыты отростками кожи, похожими на волосы. «Волосы» отрастают по бокам
и на задних лапах лягушек в период размножения, причём до сих пор
неизвестно, зачем они нужны./2/
Джеральд Даррелл в своей известной книге «Гончие Баффута» высказывает
следующее мнение о значении волос для самцов лягушек:
«С тех пор как впервые найдена была волосатая лягушка, среди ученых не
затихали споры о том, для чего все-таки служит это необычное косматое
украшение, но теперь, кажется, исследователи приходят к единому мнению:
волосы помогают дыханию. Сначала ученые сильно сомневались в таком
предназначении этих волосков, ибо они существуют только у самцов; у самок
этого вида кожа такая же гладкая, как у всех прочих лягушек. А потому могло
показаться, что волосы эти служат только украшением и не приносят никакой
пользы - ведь просто смешно предполагать, будто у самца столь короткое
дыхание, что без помощи волосков ему не обойтись, а безволосой самке и
так воздуха хватает с избытком. Однако столь странное противоречие
вскоре объяснилось: оказывается, самцы проводят всю свою жизнь в воде,
тогда как самки большую часть года проводят на суше и спускаются в воду
только в брачную пору. Итак, секрет открылся: самка почти все время на суше и
дышит легкими; самцу же в его подводном жилище волоски приходятся очень
кстати - он почти не вылезает на берег.»
8
Когда волосатой лягушке необходимо себя защитить, она не задумываясь
начинает ломать кости на пальцах ног, выпуская наружу острые обломки,
которые превращаются в небольшие когти/2,6/. Получается прекрасное оружие
для защиты от хищников.
9
3.Грифы
Царство
Животные
Тип
Хордовые
Класс
Птицы
Отряд
Соколобразные
Семейство
Ястребиные
Род
Грифы, или сипы
Вид
Африканский гриф Gyps africanus
Питающиеся падалью пернатые хищники сумели подружиться с опасными
бактериями, обитающими в разлагающейся органике: самим птицам микробы
не вредят, но помогают им переваривать мёртвую плоть. Одни из самых
харизматичных представителей фауны – это грифы и сипы. /4/
Впечатляющие размеры (размах крыльев у некоторых видов может
достигать более двух метров), мощный клюв и когти, длинная голая шея с
кокетливым пуховым воротничком у основания и голая же голова.
С экологической точки зрения падальщики служат важным звеном в
переработке органики, делают её более доступной для микроорганизмов, и,
кроме того, они ликвидируют потенциальные рассадники инфекционных
болезней.
Грифы и сипы являются падальщиками. Они постоянно сталкиваются с
различными вредоносными бактериями, поэтому у них развились мощные
механизмы защиты.
Считается, что характерные особенности внешности падальщиков
10
представляют собой адаптации к специфическому рациону:
1. Длинная, гибкая шея позволяет им подробно «исследовать» внутренности
павшего животного
2.Отсутствие перьев на голове и шее уменьшает вероятность того, что кусочки
пищи с бактериями и гнилостными соками задержатся на теле птицы.
3. Пуховой или перьевой воротничок служит в прямом смысле салфеткой –
предохраняет тело грифа от загрязнения.
4. Для избавления от бактерий птицы принимают солнечные ванны:
расправляют крылья, подставляясь под солнечный ультрафиолет.
5. Пищеварительная система грифов имеет сильную кислотность и мощную
ферментативную активностью желудочно-кишечного тракта (известно, что
грифы и сипы легко переваривают кости).
6. Грифы обладают устойчивой бактериальной микрофлорой.
7. У грифов - сильный иммунитет.
Одними из самых опасных бактерий являются бактерии родов Fusobacteria
и Clostridia ( так, 100 г ботулотоксина Botulinum Neurotoxin достаточно, чтобы
отравить все человечество).
Однако у грифов развился симбиоз с бактериями родов фузобактерии и
клостридии . Некоторые из них входят в состав нормальной микрофлоры
верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и половых путей.
Среди них есть и такие, которые занимаются переработкой органических
останков,помогая птицам переваривать падаль. После смерти останки грифов
делаются несъедобными для большинства животных во многом благодаря
вышеупомянутым фузобактериям и клостридиям.
11
Грифы во многом являются уникальными животными — имея относительно
большой вес они часами парят в воздухе на высоте 100-300 метров.О ни
высматривают добычу во второй половине дня, поднимаясь по спирали в
восходящих токах прогретого воздуха. Интересно, что за шесть часов они могут
ни разу не взмахнуть крыльями.
Известно, что чем больше птица тем меньше она летает: энергетические
затраты на активный полет возрастают непропорционально.
4. Дятлы
Царство
Животные
Тип
Хордовые
Класс
Птицы
Отряд
Дятлообразные
Семейство
Дятловые
Род
Желны
Вид
Желна Dryocopus martius
В природе существует около 200 видов дятлов. Дятлы имеют очень широкий
ареал обитания, но, в основном, они живут в лесных экосистемах.
12
Желна, или черный дятел отличается крупными размерами, черным
оперением и наличием красной шапочки. Питается древесными насекомыми
(короедами) и муравьями. Пестрые дятлы отличаются очень сильно
выраженной способностью к долблению.
Дятлы способны совершать удары по дереву со скоростью 20–25 раз в
секунду (что почти вдвое быстрее скорости работы пулемета) и числом 8000–
12000 раз в день.
Дятлы наносят удары по дереву с огромной силой.
Когда дятел барабанит по дереву со скоростью до
22 раз в секунду, его голова испытывает
перегрузки, достигающие 1000 g (человек был бы
в «нокауте» уже при 80–100 g). Как же дятлам
удается выдерживать такое давление?
Дэвид Юханз пишет:
«Каждый раз во время удара по дереву голова дятла испытывает напряжение,
равное 1000 силам гравитации. Это более чем в 250 раз больше напряжения,
испытываемого космонавтом во время запуска ракеты... У большинства птиц
кости клюва соединены с костями черепа — кости, окружающей мозг. Но у
дятлов череп и клюв отделены друг от друга тканью, похожей на губку. Именно
эта «подушка» принимает на себя основной удар каждый раз, когда клюв дятла
вонзается в дерево. Амортизатор дятлов настолько хорошо работает, что, по
мнению ученых, человек не придумал еще ничего лучшего».
13
Беспозвоночные животные
1.Тихоходки (лат. Tardigrada)– небольшая группа очень мелких животных
неясной этиологии.
Царство
Животные
Тип
Тихоходки
Род
Tardigrada
Тихоходки — экстремофилы, так как могут годами обходиться без воды,
обитать на морском дне, а также выживать при температуре близкой к
абсолютному нулю и до плюс 150 градусов по Цельсию /6-1/.
Впервые это животное было описано в 1773 г. немецким пастором И. А. Гёце
как kleiner Wasserbär (маленький водяной медведь). В 1777 г. итальянский
ученый Ладзаро Спалланцани дал им название il tardigrado, тихоходки,
латинизированной формой которого является название Tardigrada (с 1840 г.)
Большинство авторов сближают их с настоящими членистоногими
(Euarthropoda). Помимо этого, их могут сближать либо с нематодами, либо с
кольчатыми червями.
Обитают в водной среде, имеются пресноводные и морские формы(10%).
В настоящее время известно более 900 видов тихоходок (в России — 120
видов). Из-за микроскопических размеров и способности переносить
неблагоприятные условия распространены они повсеместно, от Гималаев (до
6000 м) до морских глубин (ниже 4000 м). Тихоходок находили в горячих
источниках, подо льдом (например, на Шпицбергене) и на дне океана.
Распространяются они пассивно — ветром, водой, различными животными. Все
тихоходки в некоторой степени являются водными животными. Примерно 10 %
— морские обитатели, другие встречаются в пресноводных водоёмах, однако
большинство населяет моховые и лишайниковые подушки на земле, деревьях,
скалах и каменных стенах. Количество тихоходок во мхе может быть очень
велико — сотни, даже тысячи особей в 1 г высушенного мха.
14
Пресноводные тихоходки обитают преимущественно не в водоемах, а на
листьях мхов, некоторых растений и даже лишайников, то есть там, где
скапливается капельная влага. Тихоходки могут переносить длительное
высыхание - ангидробиоз. /8/
15
Тихоходки - одно из самых выносливых существ, которое может
выдерживать запредельные воздействия , такие как свехвысокие и сверхнизкие
температуры, давление, радиацию.
Тело у тихоходок имеет размер 0,1—1,5 мм, полупрозрачное, из четырёх
сегментов и головы. Снабжено 4 парами коротких и толстых ног с одним
разветвлённым коготком.
У тихоходок в ротовой полости есть пара стилетов и сосательное
расширение в глотке, так как большинство из них высасывают
хлорофиллоносные клетки мхов и водорослей. Кроме того, среди тихоходок
есть и хищники, питающиеся мелкими круглыми червями — нематодами,
коловратками и даже тихоходками других видов.
Тихоходки имеют пищеварительную, выделительную, нервную и половую
системы; однако у них отсутствуют дыхательная и кровеносная системы —
дыхание кожное, а роль крови выполняет заполняющая полость тела жидкость.
Передвигаются тихоходки действительно очень медленно — со скоростью
всего 2—3 мм в минуту/10/.
Тихоходки привлекли внимание уже первых исследователей своей
поразительной выносливостью. При наступлении неблагоприятных условий
они способны на годы впадать в состояние анабиоза; а при наступлении
благоприятных условий довольно быстро оживать.
В состоянии анабиоза могут находиться 9/10 своей жизни. Выживают
тихоходки в основном за счёт т. н. ангидробиоза, высушивания. При высыхании
они втягивают в тело конечности, уменьшаются в объеме и принимают форму
бочонка.
Поверхность покрывается восковой оболочкой, препятствующей испарению.
При анабиозе их метаболизм падает до 0,01 %, а содержание воды способно
доходить до 1 % от нормального.
16
В состоянии анабиоза тихоходки выносят невероятные нагрузки.
1. Температура. Выдерживают пребывания в течение 20 мес. в жидком воздухе
при −193 °C, восьмичасовое охлаждение жидким гелием до −271°С; нагрев до
60–65°С в течение 10 ч и до 100 °C в течение часа.
2. Ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение в 570 000 рентген
убивает примерно 50 % облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза
радиации составляет всего 500 рентген.
3. Атмосфера. Оживали после получасового пребывания в вакууме. Довольно
долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа.
4. Давление. При эксперименте японских биофизиков «спящих» тихоходок
помещали в герметичный пластиковый контейнер и погружали его в
заполненную водой камеру высокого давления, постепенно доведя его до 600
МПа (ок. 6000 атмосфер), что почти в 6 раз выше уровня давления в самой
низкой точке Марианской впадины.
5. Открытый космос. После 10 дней, проведенных в открытом космосе,
практически все организмы были иссушены, но на борту космического аппарата
тихоходки вернулись к нормальному состоянию. Большинство животных,
подвергшихся облучению ультрафиолетом с длиной волны 280–400 нм, выжили
и оказались способны к воспроизводству.
6. Влажность. известен случай, когда мох взятый из пустыни спустя
приблизительно 120 лет после его иссушения поместили в воду, находящиеся в
нём тихоходки ожили и были способны к размножению /10/.
17
2. Бабочка ( Gynaephora groenlandica).
Классификация:
Царство
Животные
Тип
Членистоногие
Класс
Насекомые
Отряд
Чешуекрылые
Семейство
Волнянки Lymantriidae
Род
Gynaephora
Вид
Gynaephora groenlandica
Гусеницы данной бабочки - одна из самых морозоустойчивых гусениц.
Сама бабочки имеет толстонтело и короткие ноги.
Грудь и брюшко густо покрыты волосковидными чешуйками. Хоботок
редуцирован, бабочки не питаются. Усики двоякогребенчатые — у самца гребни
значительно выше, чем у самки. Глаза голые.
Жизненный цикл её гусеницы может длиться до 14 лет.
Уникальной адаптацией гусениц данного вида является возможность
выдерживать температуру -60 — 70 градусов Цельсия во время зимовок.
18
К моменту диапаузы, которая наступает в конце арктического лета гусеницы
накапливают в своем организме антифризы, такие как глицерин и бетаин.
В анабиозе гусеницы проводят около 90% своей жизни и только примерно 5% в
активном состоянии, питаясь летом скудной растительностью тундры /7/.
3. Стеклянный кальмар.
Царство
Животные
Тип
Моллюски
Класс
Головоногие
Отряд
Кальмары
Семейство
Кальмары
Род
Кальмары Cranchiidae
Вид
Стеклянный кальмар Teuthoweria
pellucida
Стеклянный кальмар рода Cranchiidae– практически полностью прозрачный
глубоководный обитатель Мирового океана, открытый в 1910 году немецким
зоологом Карлом Куном.
Встречается вдоль всей 40 параллели южного полушария в Тихом,
Атлантическом и Индийском океанах.
Молодые кальмары обитают на глубине около одного километра, но по мере
взросления погружаются на глубину до 2,5 километров, выдерживая огромное
давление водной массы.
Все тело кальмара покрыто тончайшей оболочкой синего цвета, толщина
которой не превышает нескольких миллиметров. Длина тела достигает 20 см и
прозрачно практически полностью, за исключением больших глаз и органов
пищеварения, внешне похожих на печень хордовых. Самки немного крупнее
19
самцов. Вытянутое тело кальмара венчают большие глаза и 8 коротких
щупалец.
В целях маскировки кальмар может использовать свои флюоресцентные
органы -фотофоры, которые расположены около глаз и на краях щупалец.
Зажигая иллюминацию кальмар меняет очертания тела. Тем самым он
дезориентирует противника.
Для защиты от хищников, кальмар использует две тактики: либо поглощает
воду, становясь похожим на шар, либо с силой выбрасывает струю, реактивно
передвигаясь в толще воды /11/.
Адаптации
На основании вышеупомянутых фактов и работы с научными источниками
мы распределили адаптации выбранных нами животных по следующим
группам.
Адаптации к холоду:
1 место – тихоходки (Tardigrada)
Выдерживают пребывание в течение 20 мес. в жидком воздухе при −193 °C,
восьмичасовое охлаждение жидким гелием до −271°С; нагрев до 60–65°С в
течение 10 ч и до 100 °C в течение часа.
2 место – гусеницы Волнянок.
Гусеницы данного вида могут во время зимовок переживать температуры до
−70 °C.
3 место – нототениевые рыбы
В норме живут в морской воде от- 1,9°С до 4°C
-Адаптации к выживанию в условиях нехватки кислорода:
тихоходки, стеклянный кальмар, нототениевые рыбы
-Адаптации к высокотоксичным веществам в пище:
Грифы, вараны, шакалы (бактерии фузобактерии и клостридии )
-Адаптации к давлению:
Стеклянный кальмар, тихоходки, глубоководные рыбы, кашалоты
-Адаптации к облучению:
тихоходки
-Адаптация к маскировке от хищников.
1 место - Стеклянный кальмар рода Cranchiidae
В целях маскировки кальмар может использовать свои флюоресцентные
органы -фотофоры, которые расположены около глаз и на краях щупалец.
20
Флюоресцируя кальмар меняет очертания тела, чем он дезориентирует
нападающего противника.
Для защиты от хищников, кальмар использует две тактики: либо поглощает
воду, становясь похожим на шар, либо с силой выбрасывает струю, реактивно
передвигаясь в толще воды.
- Адаптации к перегрузкам
Дятлы
Выводы:
1. По всем параметрам вышеуказанных адаптаций лидируют тихоходки представители беспозвоночных животных.
2. Тихоходки ведут малоактивный образ жизни и при неблагоприятных
условиях часть жизни проводят в анабиозе.
3. Высокоразвитые животные, такие как нототении, грифы, стеклянный
кальмар и другие, как правило имеют узкий спектр адаптаций к выживанию
в определенных экосистемах.
4. В настоящее время человек проигрывает большинству животных по
приспособлениям к выживанию в неблагоприятных условиях, но выигрывает
в создании комфортных условий для большинства населения планеты.
Возможно, в ближайшем будущем, развитие нанотехнологий позволят
человеку освоить труднодоступные места на Земле и даже другие планеты.
5. Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что у каждого
животного есть своё «секретное оружие», чтобы выжить в неблагоприятных
условиях: то есть — адаптации, которые оттачивались тысячелетиями.
6. Эти адаптации возникают у животных в различных условиях среды (дно
океана, термальные источники, резкие перепады температур) и
способствуют их выживанию в различных экологических нишах.
21
Список литературы:
1-1. А.Э.Брэм “Жизнь животных”, М., 1992г. Изд. “Терра”
2-1. Джеральд Даррел «Гончие Бафута», М.,2001г. Изд.”Армада пресс”
3-1. “Жизнь животных” М., 1969г. Изд. “Просвещение”
4-1. “Животные и растения” М., 2007г. Изд. “Эксмо”
5-1. Ф.Оммани “Рыбы”М., 1975г. Изд “Мир”
6-1. журнал Science Иллюстрированная наука №07(12) /2011, стр.24-29
Интернет-ресурсы:
1. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology
2. http://www.membrana.ru/particle/12604
3. http://forum.zoologist.ru/viewtopic.php?id=3205
4. http://aide.by/1048-pochemu-grify-ne-travyatsya-padalyu.html
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Gynaephora_groenlandica
6. http://socialvet.ru/blog/Zooecsotika/1415.html
7. http://www.vtropiki.com/griffon/
8. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/
9. http://www.stena.ee/blog/pro-malenkih-vodyanyh-medvedej-foto-i-video
10. http://forum.zoologist.ru/
11. http://animalbox.ru/fishes/steklyannyj-kalmar-teuthowenia-pellucida
22
Приложения
Лист опроса учащихся
1. Какие уникальные приспособления (адаптации) у животных Вы знаете?
№ Номер
Наимено- Адаптация Параметры
Значение адаптации
класса,
вание
адаптации
ФИО
животного
1 7а
Пример:
Слон
Толстая
индийс- кожа
кий,африканский,
лесной
2,5 см, нет потовых Защита,
желез (кроме
терморегуляция
межпальцевого
пространства)
2
3
4
5
23
Результаты опроса учащихся 7-х классов
24