Исследовательская работа на тему Выявление отличительных особенностей ловчих сетей пауков
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №4
г. РОСТОВА ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ
Исследовательская работа
Выявление отличительных особенностей
ловчих сетей пауков
Работу выполнила:
обучающаяся 8«г» класса – Иванова Вика
Руководители:
учитель биологии – Бирюкова Т.А.
учитель химии – Мячина Г.В.
г. Ростов, Ярославская обл.
2013 г
Содержание
Введение
Глава I. Обзор литературы
1. Паук и его паутина
1.1. Легенда об Арахне
1.2. Польза пауков
1.3. Строение паутины
2. Выделение паутиновых нитей
3. Состав и свойства паутины
Глава II. Исследование
Заключение
Использованная литература
Введение
Сеть большую сплел паук
У него ведь восемь рук.
У меня всего лишь две,
Не сплести так ловко мне.
На уроках биологии и экологии мы познакомились с удивительными животными – пауками. Они нас очень заинтересовали, и мы решили познакомиться с ними поближе, изучить их происхождение, строение и узнать, как они плетут паутину и из чего она состоит.
Пауки вопреки распространенному мнению не насекомые: у них нет усиков-антенн и ног больше – целых восемь. Биологи отнесли таких наземных «осьминогов» к особому классу – арахнид или паукообразных. Помимо пауков сюда входят клещи, фаланги, скорпионы и другие малоприятные создания.
Охотников доискиваться, как они устроены и чем живут, долгие время было мало. Натуралисты предпочитали заниматься птицами, млекопитающими или на худой конец насекомыми. А между тем Аристотель в IV веке до н. э. советовал изучать жизнь пауков. Пусть даже это не жизнь, а сплошное насилие: если охота, то жестокая, если взаимоотношения, то коварные, и даже любовь у некоторых видов заканчиваются смертью. Только в ХХ веке пауки, наконец, стали объектом пристального внимания ученых.
Пауков не просто признали, их зауважали. Ведь если бы кто-нибудь составил Книгу рекордов Гиннеса для членистоногих, то пауки вышли бы на первые места во многих номинациях. Среди существ этого типа отряд пауков самый организованный, самый живучий, самый пронырливый, самый изобретательный, самый быстрый, а ещё самый ядовитый, беспощадный и подлый!
Но это мелочи по сравнению с их талантами. Ни одно живое существо на Земле не может изготавливать столь совершенные шелковые нити, из которых пауки плетут свои паутины. Как бы загорелись глаза у наших химиков, если бы им сказали, что они когда-нибудь смогут научиться создавать безотходные натуральные шелковые волокна, по своей прочности и эластичности, превосходящие сталь! Не менее уникальным в мире природы является паучиное искусство плести из этого шелка ловчие сети.
Цель работы: изучить и сравнить ловчие сети пауков, выявить отличительные особенности.
Гипотеза исследования: предположим, что ловчие сети пауков имеют свои особенности, связанные со средой обитания.
Задачи:
1. Изучить и проанализировать информацию по теме исследования.
2. Методом наблюдения выявить отличительные особенности ловчих сетей пауков.
3. Узнать свойства паутины.
Объект исследования: ловчие сети пауков, обитающих в разных условиях окружающей среды.
Этапы исследования:
Изучение литературы.
Наблюдение за пауком.
Наблюдение за плетением ловчих сетей.
Оформление исследовательской работы.
Методы исследования: наблюдение, описание, сравнение результатов наблюдений и теоретического материала.
Глава I. Обзор литературы
Паук и его паутина
Пауки – одни из древнейших обитателей нашей планеты, заселившие сушу более 200 миллионов лет назад. Самая главная их отличительная особенность – это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно.
Многие видели простую паутину. В своих жилищах мы ее тщательно удаляем. На природе она нам часто доставляет неудобства, когда липнет к телу или одежде. Но кто из нас задумывался о ее свойствах?
1.1. Легенда об Арахне
Послушайте, о чем говорит одна из древнегреческих легенд.
В те далекие времена в Лидии жила Арахна – дочка красильщика пурпуром Идмана. Славилась она тем, что не было равных ей в искусстве плести узорчатые ткани и ткать ковры. Вскоре Арахна возомнила себя равной богам, равной солнцу.
Эй, Паллада,
Я предрекаю, и реченное скоро свершится,
Скоро я вытку ковер, коих не было в мире,
И не сравнится с моим твое мастерство, о Афина,
Равных мне нет ни на грешной земле, ни в безоблачных высях,
Только одна в этом мире есть мастерица, и это – Арахна!
Арахна выткала ткань не хуже Афины. Но та в наказание за дерзость состязаться с богами не признала ее достоинств и наказала Арахну за гордость и тщеславие.
Будь же ты проклята, век ты плети паутину,
Будь безобразной Арахной, которую люди
Гнать и преследовать будут всегда, и вовеки
Будут страшиться тебя, и давить, и рвать паутину.
А мастерство твое, коим ты столько гордилась,
Пусть остается тебе в утешенье навеки с тобою:
Будешь сидеть ты в углу и вечно плести паутину.
Вот такая легенда! От имени Арахны произошло латинское название пауков, которых по-латыни называют арахнидами.
1.2. Польза пауков
Почти никто не испытывает к паукам нежных чувств. Едва завидев их, люди вскрикивают от омерзения, или сразу же стремятся пристукнуть эту гадость чем-нибудь тяжелым. А собственно за что? Пауки сами на человека никогда не набрасываются, укус большинства видов не страшнее укуса пчелы и пользы от них больше, чем вреда. Едва в вашем доме завелся паук, на несколько сотен мух, клещей, жучков, тараканов и прочих насекомых с каждым днем будет меньше.
Строение паутины
Паутина – секрет паутинных желёз, который вскоре после выделения застывает в форме нитей. По химической природе представляет собой белок, близкий по составу к шелку насекомых. Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки.
Варианты использования паутины оказываются довольно разнообразны, но наиболее распространено применение её для построения яйцевых коконов, сперматофоров, ловчих сетей и укрытий на время линьки или неблагоприятных условий. Следует отметить, что ловчую сеть пауков также часто называют паутиной.
Любая паутина не только красива своей симметричностью и ажурностью, она весьма рационально устроена. Все образующие ее нити очень легки и, тем не менее, весьма прочны, а соединены так, что работают только на разрыв.
2. Выделение паутиновых нитей
Несомненно, что выделение паутиновых нитей полностью контролируется центральной нервной системой. Смотря по обстоятельствам, паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета. Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к субстрату. Когда затем животное удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто вытягивается, растягиваясь в быстро затвердевающие нити.
Паутина самки крестовика имеет ровно 39 радиусов, 1245 точек прикрепления радиусов к спирали и 35 витков спирали – ни больше, ни меньше. Сети всех пауков похожи одна на другую как две капли воды, ведь все необходимые данные закреплены в их наследственности генетически. Поэтому даже маленькие паучки знают, как строить паутину и ловить добычу.
Как же пауку удается построить такую ровную симметричную паутину, которая превышает его размером в несколько десятков раз? Паук (точнее, паучиха), забравшись на ветку или ствол дерева, выпускает из своего брюшка длинную паутинную нить. Ее подхватывает поток воздуха, а паук терпеливо ждет, пока нить не зацепится за что-нибудь подходящее.
Если этого не произошло, и нить повисла, паук подтягивает ее к себе и съедает. После чего перебегает на другое место и повторяет попытку. И так до тех пор, пока нить не зацепилась. Тогда паук ползет к зацепившемуся концу нити и хорошенько его закрепляет. Затем спускается на своей нити до какой-нибудь опоры. Там он также прочно закрепляет и эту нить – вот уже 2 нити закреплены.
По второй нити паук возвращается и тащит за собой третью, ее он закрепляет в начальной точке, т.е. там, откуда пошла первая нить. Треугольная рама – основа будущей паутины – готова. Внутри этой рамы паук протягивает несколько нитей, которые пересекаются в центре. Паук комочком отмечает центр паутины и начинает от него протягивать все свои многочисленные радиусы, скрепляя их спиральной нитью, а затем прокладывает ловчие нити. В точках пересечения спирали и радиуса паук связывает их ногами.
Заметим, что углы между всеми радиусами и расстояние между витками паутины являются строго постоянными величинами. Как же такому маленькому созданию удается выдерживать свою паутину в строгом соответствии с геометрией? Для этого ведь необходим хотя бы простейший измерительный прибор. И, представляете, у паука она имеется! Это его первая пара ног, которая может выполнять функции масштабной линейки.
Работая над паутиной, крестовик регулярно проверяет расстояние между спиралями. Его природный инструмент настолько точен и надежен, что позволяет работать в кромешной тьме. Последним аккордом создания паутины будет сигнальная нить, конец который прокладывается до убежища паука. На постройку всей паутины пауку требуется несколько часов кропотливой работы и примерно 20 метров паутины.
С точки зрения химии, паутина является сложным белковым полимером – фиброином. Множество желез паучьего брюшка образуют эту вязкую жидкость, которая быстро застывает на воздухе в виде тончайших нитей. Паук может производить несколько разных видов паутины с разными свойствами. Для каркаса паутины он делает сухую и толстую нить, для кокона – шелковистую и мягкую, для ловчей спирали – тонкую и клейкую. Почему же паук сам не приклеивается к своей паутине? Все очень просто – он бегает только по неклейким нитям, а клейких спиралей старательно избегает касаться.
Полимерная жидкость поступает наружу из желез на брюшке паука через тоненькие трубочки и застывает очень тонкими нитями. Если пауку необходима особая прочность, он может сплести вместе несколько таких нитей. Ученые в последние годы всерьез занимаются изучением свойств паучьего «шелка». Оказалось, что он обладает множеством уникальных свойств.
Технология изготовления нитей паутины сродни производству синтетических волокон. Но по прочности никакое синтетическое волокно не может сравниться с паучьим – оно выдерживает нагрузку до 260 кг на 1 кв. мм, что по прочности превосходит сталь. Жители тропиков именно поэтому делают из паутины сачки для ловли птиц, летучих мышей, насекомых, и даже плетут рыбацкие снасти.
Паутина настолько эластична, что может растягиваться до 30% от своей длины и снова сокращаться до первоначальной длины. Ее легкость и тонкость невольно поражают, ведь 340 граммов паутины достаточно, чтобы опоясать земной шар по экватору!
Люди издавна пытались изготавливать ткань на основе паутины. В Германии еще в 16 веке в деревнях из паутины ткали ленты и разные украшения. Затем во Франции ремесленники придумали изготавливать из паутины перчатки и чулки, что вызвало полнейший восторг у модниц.
Но запустить эту технологию в крупномасштабное производство оказалось невозможным, и это убедительно доказал физик и зоолог Реомюр. Чтобы такое производство стало доходным, необходимо содержать и кормить сотни тысяч пауков. Но для их прокорма пришлось бы ловить по несколько миллионов мух ежедневно, что совершенно невозможно было реализовать на практике.
Тем не менее, люди все равно используют паутину, даже в наши дни. Для визиров (перекрестий) в различных оптических приборах (микроскопы, телескопы, прицелы и т.п.) паучья паутина подходит просто идеально. Микробиологи также нашли ей применение, разработав уникальный анализатор воздуха с ее помощью.
Паука-крестовика запускают на особую рамку, кормят, и паук ткет на основе этой рамки свою сеть. Затем через рамку с сетью прокачивают воздух, и тончайшая паутинка отлично улавливает микробы, которые есть в воздухе. Подобный метод анализа воздух был признан наиболее эффективным из всех существующих в мире.
В народной медицине паутину издревле использовали для обеззараживания открытых ран. Исследования подтвердили, что паутина убивает болезнетворные бактерии, и с ее помощью были разработаны препараты, безвредные для животных, но смертоносные для всевозможных бактерий. Как видите, паук-крестовик чрезвычайно полезен для человека, во всех смыслах.
3. Состав и свойства паутины
Наблюдая за ловчей сетью паука после дождя, мы заметили на ней капли. Но от тяжести капель паутина не провисала. Меня очень заинтересовало, почему тонкие нити паутины не провисают под тяжестью капель? И мы решила поискать ответ в интернете. И вот что мы нашли.
Лей Янг (Lei Jiang) из Академии наук Китая считает, что находиться близко к разгадке уникальных свойств паутины. Работа в его исследовательской группе началась с тщательного изучения изображения «гидратированной» паутины с помощью сканирующей электронной микроскопии.
Результаты исследования позволяют предположить, что строение паутины меняется при контакте с водой. Неплотные гидрофильные узелки шелка, расположенные вдоль сухой нити, начинают сжиматься при конденсации воды. Капли воды, попадающие между узелками, смещаются по паутине в направлении гидрофильных узлов.
Расчеты, проведенные Янгом, демонстрируют, что перемещение капель воды по направлению к гидрофильным узелкам направляется двумя факторами. Первый фактор – это различие энергии поверхностного натяжения в районе грубых узелков паутины и в районе гладких поверхностей между ними, а второй – различие в делении, действующем на противоположные стороны капли, перемещающиеся по паутине по направлению к гидрофильной области.
Еще одно необычное свойство паутины: подвешенный на паутинном волокне предмет можно неограниченно вращать в одну и ту же сторону, и при этом она не только не перекрутится, но вообще не будет создавать заметной силы противодействия.
Функция ловчей сети состоит в том, что она должна лишить жертву сопротивления.
Некоторые пауки вплетают в свои ловчие сети, хорошо видимые волокна, формирующие рисунок в форме спиралей, зигзагов или крестов.
Установлено, что добыча в такие сети попадается чаще. Однако такими узорами на паутине также интересуются и хищники.
Глава II. Исследование
Паутины могут располагаться во всех укромных уголках, например: в проемах дверей, на лестничных площадках, в старых фермах и заброшенных домах, и т.д. Когда жертва попадает в паутину, то не может уже от туда выбраться, так как лапки невинного насекомого прилипли. Насекомое начинает нервничать и пытаться выбраться из сетей, но пока оно выбирается, уже подползает паук и начинает быстро плести новую сеть. В эту сеть он закручивает будущую пищу и кладет её на паутину. Когда пища (все эти несчастные букашки) накапливается, то паук в темное время суток начинает ее есть.
Возьмем два вида пауков, рассмотрим и сравним ловчие сети паука-крестовика и паука-сенокосца.
Паутины, двух разновидностей пауков, имеют отличия:
Ловчая сеть паука-крестовика более прочная, чем сеть паука-сенокосца.
Ловчая сеть паука-крестовика колесовидная. Имеет 39 радиусов, 35 витков спирали и 1245 точек прикрепления к спирали. А паутина паука-сенокосца неровная, беспорядочная и запутанная.
Ловчая сеть паука-крестовика липкая. Когда жертва попадает в паутину, она прилипает. А ловчая сеть паука-сенокосца не имеет липкого свойства. В попытке покинуть сеть добыча всё больше запутывается в них. Паук быстро окутывает свою добычу и после наносит смертельный укус.
Вывод:
Ловчая сеть паука-крестовика более надёжная, чем сеть паука-сенокосца. Паутина крестовика выдержит более суровые природные условия, чем паутина сенокосца. Из-за своего строения в ловчую сеть паука-крестовика попадаются только большие насекомые, такие как мухи. А благодаря своему хаотичному строению в ловчую сеть паука-сенокосца попадаются, как и большие, так и маленькие насекомые. Благодаря липкой основе паутины крестовика если жертва попалась, то ей уже не выбраться. У ловчей сети паука-сенокосца тоже есть свой плюс - попадая в паутину жертва, пытаясь выбраться, всё больше запутывается. Таким образом, у паутин крестовика и сенокосца есть свои плюсы и свои минусы. Паутины этих пауков не сильно отличаются друг от друга.
А теперь мы сравним ловчую сеть паука-крестовика, который обитает в нашей области, и паука-птицееда, который обитает в Африке, Южной Америке и Австралии.
Отличия:
Паутина паука-птицееда очень прочна (превышает прочность стали), а паутина крестовика, по сравнению с паутиной птицееда, тонкая и непрочная.
Ловчая сеть паука-птицееда сплетена хаотично, беспорядочно. А паутина крестовика аккуратная, колесовидная.
Ловчая сеть птицеедов очень большая, а у крестовика небольшого размера.
Вывод:
Ловчие сети пауков нашей области и ловчие сети пауков, обитающих в тропиках, значительно отличаются друг от друга. Ловчие сети пауков-птицеедов очень прочны и выдержат сильные ветра, ливни и другие суровые природные условия, в отличие от ловчих сетей пауков-крестовиков. В ловчие сети пауков-птицеедов попадаются не только крупные насекомые, но и небольшие птицы. А в паутины крестовиков попадаются небольшие насекомые, такие как мухи. Таким образом, мы получаем, что ловчие сети пауков-птицеедов имеют больше плюсов, чем ловчие сети пауков-крестовиков. А это значит, что ловчие сети пауков, обитающих в нашей местности, менее подготовлены к суровым условиям, чем пауки, обитающие в тропических лесах.
Ловчая сеть паука-крестовика Ловчая сеть паука-сенокосца
Ловчая сеть паука-крестовика Ловчая сеть паука-птицееда
Заключение
Из общих наблюдений мы выяснили, что пауки очень умелые членистоногие. Ведь они плетут такую красивую и полезную паутину. Полезна она тем, что своей красотой и липкостью приманивают разных насекомых, а паук успевает подготовить их для собственного употребления. Ещё этот опыт доказал первый закон Барри Коммонера («Все связано со всем», т. е. нарушение любого звена приближает гибель природы), так как если бы не было букашек, и маленьких насекомых, то не было пауков, а если бы не было пауков, не было бы животных, которые ими питаются и т.д. Пауков начали изучать только в 17 веке. Пауки – это одни из интереснейших организмов на Земле!
Литература
Мариковский П.И. Юному энтомологу. М„ Детская литература,- 1969.
Плавильщиков Н.Н. Юным любителям природы. М., Детская литература,- 1975.
Прокофьев О.Н. Удивительное рядом. М., Просвещение,- 1973.
Сабунаев В. Занимательная зоология. Л., Детская литература,- 1976.
http://www.zoofirma.ru/stati/paukoobraznye/2894-pauk-krestovik.html;
http://www.fozet.com/readarticle.php?article_id=84&rowstart=1;
http://www.km.ru/referats/D8EE6AA5E47F419187CA8B93341C49CE
13PAGE 15
13PAGE 141615