Роль муравьёв в лесном сообществе

Работа носит исследовательский характер. Наблюдение за семьёй рыжих лесных муравьёв проводилось с апреля по октябрь 2007 года вблизи п. Бобровский Ханты-Мансийского района, ХМАО, Тюменской области.

Цель исследовательской работы — изучение жизни муравьев, наиболее распространенных и важных для устойчивости любого лесного сообщества животных.

Задачи:

1. Описать место расположения встреченных муравьиных гнезд; тип леса и его возраст, почвы, состав и соотношение древесных пород.

2. Указать место расположения встреченных муравьиных гнезд; расположение муравейника. Выяснить тип строительного материала купола.

3. Определить его размеры (высоту гнезда и купола, диаметр купола и вала).

4. Определить, какой вид муравьев обитает в данном гнезде. Изучить строение муравьев и особенностями биологии этих насекомых. Выяснить количество и направление муравьиных дорог (троп). Описать, где и как они заканчиваются, проследить по ним, откуда муравьи берут строительный материал. Найти тропы, связывающие один муравейник с другим.

8. Определить, где муравьи добывают пищу и отметить, какую

9. Описать поведение муравьев в колонии тлей (их взаимоотношения и способы добычи пищи). Установить, на каких деревьях это происходит.

10. По результатам наблюдений сделать вывод о роли муравьев в лесном сообществе.

II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

1. Тип леса и его возраст, почвы, состав и соотношение древесных пород.

Данная местность находится на Западно-Сибирской равнине в области тайги: елово-соснового леса с примесью лиственных видов.

Опишу подробнее нашу тайгу.

Почвы под таежным лесом подзолистые и дерново-подзолистые. На стенке почвенного разреза можно увидеть хорошо выраженные признаки питательными веществами и боле сырая, на моховом ковре обычно находим густые заросли черники (ельник-черничник). Там, где почва лучше обеспечена питательными веществами, встречаются участки с кислицей (ельник-кисличник). На почвах, особенно бедных и очень сырых, под елями расстилается сплошной довольно толстый ковер мха кукушкина льна

(ельник-долгомошник). Все эти растения хорошо переносят сравнительную бедность почвы питательными веществами и её повышенную кислотность. На участках леса с преобладанием сосны нет сильного затенения, растения нижних ярусов довольно хорошо освещены. Здесь не только гораздо светлее, чем в ельнике, но обычно и суше. Под пологом сосны в разных почвенных условиях господствуют различные растения. на очень сухих и бедных песчаных почвах под деревьями расстилается сплошной белый ковер лишайников. На почвах влажных, но бедных, развиваются густые заросли черники. Там, где почва не слишком сухая, но и не чрезмерно влажная, где достаточное количество питательных веществ, разрастается кислица. Как видим, типы соснового леса во многом повторяют типы ельника (8).

Во втором ярусе встречаются осины, березы. Преобладают они на вырубках, так как в п. Бобровский лесозаготовительный участок.

2. Строение муравьев и особенности их биологии.

В окрестностях п. Бобровский было встречено много муравейников, пять из которых очень старые, больших размеров. В лесу обитает несколько видов муравьев, но чаще всего встречается обыкновенный рыжий лесной муравей. Исследуемый муравейник находится в 500м к юго-востоку от поселка.

Для того, чтобы определить вид муравьев, я поместила несколько различных особей в пробирки для тщательного рассмотрения с помощью лупы, а после изучения выпустила собранных насекомых рядом с тем же муравейником, так как мои исследования не должны быть в ущерб природе.

Рассмотрела отделы тела, отдельно голову и ноги. Особенно внимательно следует осмотреть стебелек и отметить его форму. Если он кверху расширяется и становится плоским как чешуйка, то совершенно очевидно, что это один из представителей рыжих лесных муравьев. Затем приступила к определению вида. Для этого вначале рассмотрела затылочный край головы сверху и постаралась найти полустоящие или отстоящие волоски. Если рис. 2. Муравей-фуражир имеется более шести волосков и они хорошо заметны, то это волосистый лесной муравей, а если волоски мало заметны и их не более шести — северный лесной муравей. У двух видов — обыкновенного рыжего лесного муравья и малого лесного муравья волоски отсутствуют. Различаются эти виды по опушению спинки: у обыкновенного лесного муравья есть не менее 10 пар отстоящих волосков, а у малого лесного спинка либо голая, либо имеются лишь одиночные волоски. Таким образом, определив один вид, можно путем сравнения узнать, какие еще виды встречаются на обследуемой территории (10). Таким образом, я выяснила, что исследуемые муравьи относятся к виду Formika rufa L. – Муравей рыжий (рыжий лесной муравей). У рабочих особей на каждом тергиде груди более трех пар отстоящих волосков. Длина самца и самки 9 – 11 мм, рабочего 4 – 9 мм (9).

3. Устройство гнезда муравьев (муравейника).

Следующий этап в организации наблюдений — устройство поселения муравьев, а точнее, гнезда. Гнездо наблюдаемых муравьев имеет конусовидную форму. Оно располагается у дерева, с южной его стороны. Конус, размер которого 1,5м. Гнездо рыжих лесных муравьев состоит из надземной и подземной частей. Надземная часть в хвойных лесах сооружается из хвоинок, в лиственных — из палочек и других мелких, но прочных растительных частиц. Сверху муравьи формируют покровный слой купола, защищающий муравейник от промокания во время дождей. Внутри растительный материал крупнее — палочки могут иметь различный размер, Некоторые достигают длины 10 см при толщине до 5 мм. Здесь из этих строительных материалов сооружается система ходов и камер, в которых выращивается молодь. Купол муравейника окружен земляным валом.

Подземная часть муравейника представляет собой сплетение ходов, которые могут уходить на глубину 1—2 м. Именно там находятся личинки, куколки муравьев и самки, размножающиеся непрерывно с весны до осени. Летом глубокие ходы почти не используются, однако осенью они расширяются и углубляются: в них муравьи зимуют (7).

Самок и личинок кормят рабочие муравьи. К одному муравейнику, например, ими было доставлено за день 4500 личинок соснового пилильщика, 3500 гусениц сосновой сойки, 7200 гусениц дубовой листовертки, 6500 куколок различных бабочек.

Рис. 6. Личинки муравьев беспомощны и требуют постоянного внимания со стороны взрослых.

Каждая муравьиная семья (она может существовать до 100 лет) владеет обособленной территорией, в пределы которой другие муравьи не допускаются. На ней насекомые прокладывают запаховые дороги, по которым транспортируют пищевые и строительные материалы. Длина таких дорог может быть до 100 и более метров, а их общая протяженность доходит до 1000 м.

На обследуемом участке встречается группа муравейников, я постаралась отыскать дороги, их связывающие. Большие семьи муравьев с избытком населения начинают делиться. Часть материнской семьи организованно уходит на расстояние 50 — 100 м и основывает там новую семью. Так возникает колония муравьев, состоящая из нескольких семей, которые связаны между собой дорогами. Со временем дочерний муравейник полностью обособляется, устанавливает свой кормовой участок, начинает его защищать и всякая связь между семьями прекращается: теперь они враги.

Истоки муравьиной жизни, начало муравейника, долгое время пребывали в тумане, так сказать, неизвестности. И хотя муравьиные кучи растут в лесах точно грибы, никто даже из специалистов толком не знал, как молодая самка рыжего лесного муравья закладывает новое гнездо. Опыты показали, что сама она без посторонней помощи не в состоянии построить временное убежище и развести в нем детей. Она утратила необходимые для этого инстинкты и навыки. Почему же не прекратился тогда род рыжих муравьев?

Их спасает, оказывается, «круговая порука», которая в обычае у муравьев.

Когда в начале лета крылатые самки рыжих лесных муравьев в обществе крылатых самцов покидают родной дом, судьба предоставляет случаю решить, каким из трех возможных путей потечет их дальнейшая жизнь. После роения оплодотворенная самка может опуститься поблизости от старого муравейника и будет снова принята в родной дом. Ее «определят» в какие-нибудь периферийные отделения государства, где она заведет свою «семью». А когда муравьям станет слишком тесно в этом муравейнике, часть из них со своей самкой переселится на другое место и положит начало новой колонии.

После брачного полета матка может попасть и в чужое гнездо, но тоже рыжих муравьев. Она и там найдет радушный прием. Возможен и третий вариант: самка улетит далеко от материнского гнезда и не найдет поселений родственных ей муравьев. Тогда она ищет муравейник темно-бурых лесных муравьев и «стучится» у входа.

Темно-бурые охотники принимают маток рыжих лесных муравьев, особенно когда у них самих нет оплодотворенных самок. Они ухаживают за гостьей, кормят ее, чистят, бережно уносят снесенные яйца в «детские» и там продолжают о них свои заботы.

Если в этом муравейнике есть своя яйцекладущая самка, то возникнет так называемая смешанная колония, в которой мирно уживаются и ведут общее хозяйство муравьи двух разных видов, рыжие и темно-бурые, потомки местной и принятой в семью самки. Если же у темно-бурых муравьев нет своей самки (бывает, что самка-гостья ее загрызает), то из яиц, за которыми они ухаживают, выводятся только рыжие муравьи. Число их с каждым днем растет, а муравьи-хозяева постепенно вымирают. Рыжие муравьи перестраивают гнездо по своему вкусу и вскоре остаются единственными его обитателями.

Принимать в дом чужих маток в обычае у многих муравьев. Они особенно гостеприимны, когда в гнезде нет своих плодовитых самок (и такие случаи нередки).

В этом биологический смысл «круговой поруки» муравьев, ведь без самки колония все равно погибнет, но, прежде чем пробьет роковой для нее час, обреченная община воспитает целое поколение соседей: возможно, и они когда-нибудь помогут их собратьям.

Конечно, муравьи не строят никаких планов. Поступая столь разумно, они не рассуждают, не знают, для чего кормят чужую матку, не подозревают даже, что она чужая. Инстинкт, безотчетное врожденное чувство, заставляет их поступать так. Другая схема поведения просто не «предусмотрена» в их наследственности.

Но даже и «предусмотренная» схема достаточно сложна. Ученые долго еще будут спорить, какими путями шла эволюция муравьев, развивших у себя эти редкие качества. Но факт остается фактом. Можно привести длинный список видов муравьев, самки которых регулярно поселяются в чужих муравейниках. Эти же муравьи в свою очередь дают приют чужеродным маткам. Энтомологами даже придуман особый термин для обозначения столь странного явления — адопция (от латинского слова «adoptio» — усыновление) (1).

Наблюдения за муравьями я начала проводить с ранней весны. Вокруг ещё лежал снег, а вытаявший муравейник уже покрылся оцепенело копошащимися тельцами рабочих муравьев. Интересно, зачем так рано выползают муравьи? Охотится им пока негде. Значит, они просто-напросто греются, «загорают» от безделья? Но оказывается, что даже в это межсезонное время муравьи работают, нося в свой дом тепло. Как? А так Нагревшийся на солнце муравей спускается в подземную часть муравейника (а она не меньше надземной), быстро там охлаждается и вновь поднимается наружу греть бока. В это время внутри в верхней части купола, которая прогревается до 25 — 30°С, поднимаются самки и начинают откладку яиц. Первая партия молоди превращается только в крылатых самцов и самок, которые живут в муравейнике всего 2 — 3 недели, а затем дружно вылетают, спариваются и основывают новые гнезда. Поэтому моим объектом наблюдения были рабочие муравьи, имеющие различную «специализацию».

К приходу настоящего тепла, когда только-только просыпается основная масса насекомых, работяги муравьи давно на ногах, в своих непрерывных хлопотах. К этому времени они уже обогрели жилье, слазали по стволу березы на «седьмое небо» - за живительным соком – и теперь бодро бегают по охотничьим тропам, атакуют вредителей леса, ремонтируют и бесконечно перестраивают свои хвойные хатки. Смотришь на кипящую, бьющую ключом жизнь муравейника и невольно позавидуешь: «Вот бы и мне такую энергию, такую удивительную работоспособность!» (12).

4. Способы питания и добывания пищи.

Для муравьев характерен обмен пищей (трофаллаксис). Голодный муравей ударами усиков побуждает своего собрата отрыгнуть капельку пищи, которую слизывает. Все население семьи таким способом постоянно обменивается пищей, поэтому муравьи, занятые, например, строительными работами, о пище могут не заботиться.

Разведчик, раздувшийся от съеденного, вернулся из странствия в родной дом, который в последнее время в связи с тем-то и тем-то не ломится от съестных припасов. Разведчика окружили голодные домочадцы. И вот что он сделал: отрыгнул капельку пищи вертевшемуся рядом муравью, потом тем же способом угостил другого, еще. Ошибетесь, если думаете, что после этой раздачи облагодетельствованные муравьи удалились в уголок, чтобы блаженно переварить подаяние. Нет, они охотно отрыгнули (уже более мелкими капельками) только что съеденное другим голодным, а те в свою очередь, малость наевшись, помчались искать других приятелей, чтобы и с ними поделиться съеденным. Несколько минут, и обед разведчика распределен между пятьюдесятью, а то и сотней соплеменников. В конце концов, частичка трапезы достигнет даже родительницы.

Этот дележ, этот обмен, эта достойная подражания щедрость носит название трофоллаксиса, он свойствен не только муравьям, но, скажем, еще. волкам, однако только у муравьев доведен до изумительного совершенства. Муравей буквально не может не давать и не брать. Да посадите вы его одного в банку, снабдите вволю лакомствами, он все равно долго без собратьев не протянет!

Трофоллаксис позволяет няньке или землекопу не отрываться от своих полезных занятий на поиск корма — о нем позаботятся другие. Это то самое, что позволяет каждому муравью, где бы он ни находился, быть информированным о положении в муравейнике (1).

Рабочие-фуражиры рыжих лесных муравьев, задача которых — добывание пищи, в течение лета приносят в гнездо 3 000 000—8 000 000 различных насекомых, около 20 ведер сладких соков, в основном выделений тлей, и 40 000—60 000 семян различных растений, которые также употребляются в пищу. В летние дни масса насекомых, приносимых в муравейник, может достигать 1 кг. Эти цифры свидетельствуют об огромном значении муравьев в жизни леса.

Муравьи добывают в первую очередь тех насекомых, которые размножаются в лесу в массовых количествах. Массовыми насекомыми являются вредные насекомые — гусеницы бабочек, ложногусеницы пилильщиков, которые объедают листву и хвою. Поэтому муравьи истребляют в первую очередь вредителей, которые начинают быстро размножаться.

Подобно пчелам, муравьи имеют систему взаимной информации о наличии в определенных участках кормовой территории легкодоступной пищи, например гусениц бабочки-вредителя. Они могут метить свой след специальными пахучими веществами — феромонами. Муравей, метя трассу, то и дело прижимается брюшком к земле и оставляет на ней свой запах. Другие муравьи, когда спешат за ним, не всегда бегут точно по намеченной дороге: иногда, как и хорошие гончие, идут по следу стороной, сбоку от него, потому что запах достаточно силен.

Запах пищи сохраняется на покровах муравья-фуражира. Поэтому достаточно одному или нескольким муравьям обнаружить источник пищи и вернуться в гнездо, как к источнику пищи устремляется большая группа муравьев, которые начинают истреблять вредителей. При этом они уже не обращают внимания на другие источники пищи, пока обнаруженное скопление вредных насекомых не будет уничтожено.

Интересен эксперимент, когда на ветки дерева, расположенного рядом с муравейником, высаживали гусениц бабочки-вредители. Эти гусеницы были обнаружены муравьями и в течение дня уничтожены. Когда на это же дерево на следующий день высадили столько же гусениц, на их уничтожение муравьям потребовалось всего несколько часов, так как к дереву устремились дополнительно мобилизованные фуражиры.

Нападая на насекомое, муравей пускает в ход крепкие челюсти, обрызгивает вредителя муравьиной кислотой и т. д. Даже если вредитель, отбиваясь, ускользнет от муравья, он, в конце концов, погибнет от нанесенных ему повреждений.

Исследования ученых показывают, что один крупный муравейник рыжих лесных муравьев способен защитить от вредителей до 4 га леса. Поэтому муравьев следует охранять, а разрушать муравейники строго запрещается (7).

Каким простым опытом можно доказать, что муравьи действительно метят тропы?

Возьмем лист бумаги и положим на пути муравья, возвращающегося домой с известием о богатой находке. Когда он проползет по нему, пометим его путь легким штрихом карандаша и поверните бумагу на небольшой угол. Муравьи, вызванные из гнезда разведчиком, добегут до края бумаги, упрутся в то место, где раньше трасса с земли переходила на лист, но тут обрыв, дальше нет меченой тропы. Начнут суетиться у разрыва, искать и, когда найдут ее в стороне, снова побегут по прямой. Вы увидите, что их путь будет совпадать с отмеченной карандашом линией.

Можно посадить в небольшой шприц много муравьев и, когда они наполнят его запахом своих опознавательных желез, выдавливая пахучую жидкость через иглу, нарисовать на земле узоры — искусственные трассы. Муравьи побегут по этим фальшивым дорогам еще азартнее, чем по тропе разведчика, потому что пахнут они сильнее (1).

Кормовые тропы рыжих лесных муравьев остаются постоянными, в результате у каждого муравейника возникает свой кормовой участок. Муравьи охраняют этот участок от пришельце» и не допускают туда муравьев из соседних муравейников.

5. Поведение муравьев в колонии тлей. Рис. 8. Муравьи с тлями.

О том, что муравьи доят тлей, знал уже Карл Линней. Поэтому великий систематик и назвал тлю муравьиной коровой — формикарум вакка. Но лишь через сто лет, в 1861 году, немецкий натуралист Хубер подробно исследовал и описал этот интересный вид симбиоза.

Тли привлекают муравьев сахаром. Сахар, вернее, его раствор, как мы уже знаем, они выделяют из заднего конца брюшка. По сути дела это экскременты, только очень сладкие: превращенный в сахарный сироп (под действием фермента диастазы) сок растений, который тли сосут в таком количестве, что не успевают полностью переварить и усвоить.

Время от времени на кончике брюшка тли повисает маленькая сладкая капелька. Тля задними ножками отбрасывает ее от себя подальше, и капли во множестве падают на листья и стебли растений, сплошь покрывая некоторые из них сладкой лакировкой. Медвяной росой называют выделения тлей.

К этой «росе» и пристрастились муравьи. Сначала они ее, видно, просто слизывали на листьях, потом приспособились подхватывать прямо с брюшка тлей.

Затем отношения муравьев и тлей стали более тесными. Многие виды тлей, когда поблизости есть муравьи, не выбрызгивают сладкие выделения, а терпеливо дожидаются муравьев-заготовителей и передают им свою продукцию.

Тли, которые уже давно живут в симбиозе с муравьями, вообще разучились брызгать «медом». Муравей подходит и щекочет тлю усиками — «доит». Тогда она выделяет капельку сладкой жидкости. Муравей-пастух ее тотчас подхватывает и несет в зобике, бежит вниз по стволу, пока не встретит своего собрата-носильщика, останавливает его, некоторое время они о чем-то совещаются, обмениваясь «рукопожатием» усиков. Затем муравей-пастух передает носильщику сладкий груз и спешит назад к тле. Чем чаще ее щекочут, тем больше сладкого сока она производит.

Некоторые тли, когда их «доят» муравьи, почти каждую минуту выделяют по капельке. Это значит, что тля превратилась по сути дела в живой насос, непрерывно перекачивающий растительный сок (попутно обогащая его сахаром!) из листьев в рот муравьям. Живущие на липе тли производят, например, в день по 25 миллиграммов сладкого сиропа каждая, в несколько раз больше, чем весят сами.

Наш черный древесный муравей-древоточец, колонии которого, устроенные в старых пнях, состоят приблизительно из 20 тысяч особей, надаивает за лето 5,017 литра (5,454 килограмма) «молока». Он доит преимущественно бобовых тлей.

Бурый садовый муравей дружит с тлями другого вида. Его гнезда невелики: в них около 4 тысяч муравьев, и соответственно меньше за летнюю «лактацию» приносят они «молока»: 1,7204 литра, или 2,145 килограмма.

Емкость «молочного бидона» — зобика, в котором муравей транспортирует жидкие продукты, — у черного древесного муравья равна всего 2 кубическим миллиметрам, а у садового и того меньше — 0,81. Муравей первого вида, чтобы доставить в муравейник 5 литров сладкого «молока», должен 2 124 000 раз сбегать на пастбище и обратно, а садовый муравей проделывает тот же путь 2 553 000 раз.

Конечно, тлей доит не один муравей, а приблизительно 15—20 процентов рабочего «персонала» муравейника. И все-таки произведенный выше подсчет показывает, что каждый древесный муравей-заготовитель совершает за лето 500 походов на пастбища, а садовый — 2,5 тысячи таких прогулок: по 25 раз в день должен он сбегать туда и обратно!

Работа нелегкая. А ведь муравьи-скотоводы не только «доят» тлей, у них много и других хлопот: осенью надо загнать «скотину» в теплые «стойла» в муравейнике, весной выгнать на пастбище.

Сначала муравьи выносят тлей ненадолго. Они погуляют немного, подышат свежим весенним воздухом, и муравьи уносят их обратно в муравейники. Но все жарче припекает солнце, лопаются почки на деревьях. Пора за работу! И муравьи несут своих «коров» на зеленеющие деревья и травы. Несут в челюстях, а тли послушно поджимают ножки, чтобы не цеплять ими за ветки.

Если на каком-нибудь пастбище тли настолько расплодились, что здесь уже места не хватает, муравьи переносят их на новые ветки или деревья. И не оставляют без охраны: муравьи-пастухи бдительно несут сторожевую вахту, защищая тлей от божьих коровок, клещей, златоглазок и прочих врагов. Гонят прочь и муравьев других видов или воришек из чужих муравейников. Из-за тлей между муравьями иногда разыгрываются целые сражения (1).

6. Роль муравьев в лесном сообществе.

Когда говорят о муравьях, всегда в первую очередь представляют себе рыжих лесных муравьев и сосновые боры, пропитанные запахом смолы и муравейников. Без муравьиных куч, построенных их хвои, веточек и сухой травы, трудно представить себе настоящий лес, и не только если принимать во внимание лишь эстетическую сторону. Ведь муравьи в лесах одни из самых полезных насекомых. Там, где есть много муравейников, никогда не будет вспышек массового размножения большинства вредных насекомых, обгрызающих хвою и листья деревьев, - пилильщиков, совок, пядениц. Семья из одного муравейника средних размеров защищает лес на площади четверть гектара, а из крупных муравейников, которые иногда достигают в высоту двух метров, - на площади больше гектара. Для защиты лесов, где муравьев раньше не было, их переселяют туда искусственным путем. Но рыжие лесные муравьи не только уничтожают вредных насекомых, но и разводят тлей для получения пищи, причем разводят в больших количествах. Но этот вред незначителен и с лихвой окупается той полезной работой, которую муравьи делают в лесах (5).

При подведении результатов наблюдения за питанием муравьев можно прийти к выводу, что муравьи едят в первую очередь тех насекомых, которые размножаются в данный период в массовых количествах. В этом заключается роль вида в поддержании устойчивости природного сообщества.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Моя задача была не только добыть дополнительные знания по биологии и экологии вида Formika rufa L. – Муравей рыжий (рыжий лесной муравей), но и используя необходимые умения: наблюдать, определять, описывать, давать оценку, делать выводы, дать характеристику и показать значение этого вида в природе.

Нормальная численность рыжих лесных муравьев – признак здорового лесного сообщества и в то же время необходимое условие такого здоровья. Поэтому охрана муравейников – одна из обязательных и постоянных задач лесного хозяйства, особенно важная в лесах, подвергающихся сильному воздействию человека.