7.14 Изменчивость окраски насекомых

7.14. 1 Объекты изучения

Как и для всех живых организмов, для насекомых характерна внутривидовая изменчивость. У некоторых видов насекомых эта изменчивость затрагивает окраску (рисунок) тела, так что легко выявить насекомых с различными типами рисунков и определить их количество. Примерами таких насекомых являются божьи коровки и колорадские жуки.

7.14.2 Оборудование, необходимое для проведения исследований

При проведении исследований по этой тематике студенту требуется сачок для отлова насекомых, морилка, и, возможно, лупа для изучения деталей окраски.

7.14.3 Наблюдения, которые можно провести

При проведении исследований подобного рода отлавливается не менее 100 экземпляров изучаемого вида. Если студент изучает особенности окраски такого вида насекомого, который не является вредителем, то следует проводить исследование насекомого в живом состоянии и отпускать в природу после завершения обследования. У отловленных экземпляров анализируются особенности окраски, и определяется количество особей, для которых характерен каждый из выявленных типов окраски. Например, среди божьих коровок (Coccinella septempunctata) встречаются такие варианты окраски: переднее черное пятно раздвоено - переднее черное пятно не раздвоено; центральные пятна крупнее боковых, центральные пятна не крупнее боковых. При подведении итогов исследования можно ограничиться определением доли особей, для которых характерен данный признак или данное сочетание признаков. Можно провести сходные исследования в разных географических пунктах, в разных биотопах, в разные сроки.

Однако работа может быть усложнена определением наличия или отсутствия статистической связи (зависимости) между этими двумя признаками.

Определение наличия или отсутствия связи проводится следующим образом. Общее число обследованных особей составляет "n". Пусть первый признак (X) и второй признак (Y) встречается каждый в 2 вариантах. В приведенном выше примере изменчивости окраски божьих коровок было показано наличие двух элементов окраски: X - "переднее черное пятно" и Y -"соотношение размеров центральных и боковых пятен". Каждый из элементов мог быть представлен в двух формах.

Признак X может быть представлен в формах:

- переднее черное пятно раздвоено;

- переднее черное пятно не раздвоено.

Признак Y может быть представлен в формах:

• центральные пятна крупнее боковых;

• центральные пятна не крупнее боковых.

При учете сочетания этих признаков можно выделить 4 типа окраски:

1. переднее черное пятно раздвоено, центральные пятна крупнее боковых, количество таких особей обозначим " a " ;

2. переднее черное пятно раздвоено, центральные пятна не крупнее боковых, количество таких особей обозначим " b "

3. переднее черное пятно не раздвоено, центральные пятна крупнее боковых, количество таких особей обозначим " c "

4. переднее черное пятно не раздвоено, центральные пятна не крупнее боковых, количество таких особей обозначим " d ".

Выдвигается так называемая нулевая (основная) гипотеза, которая формулируется так: "Признаки X и Y не коррелируют (не связаны) между собой". Для случая с божьей коровкой эта гипотеза принимает такую формулировку "форма переднего черного пятна и соотношение размеров центральных и боковых пятен не имеют взаимосвязи между собой".

Далее на основании первичных протоколов наблюдений заполняется таблица следующего образца (табл. 7.38).

Варианты признака X	Варианты признака Y			Признак X
	центральные пятна крупнее боковых	центральные пятна не крупнее боковых
переднее черное пятно раздвоено	a	b	a + b
переднее черное пятно не раздвоено	c	d	c + d
Признак Y	a + c	b + d	n

Для проверки справедливости выдвинутой гипотезы используется критерий  ² (хи-квадрат). Наблюдаемый критерий  ² вычисляется по формуле

(a•d - b•c)²•n

 ²_набл =

(a+c)(b+d)(a+b)(c+d)

Далее сравнивается полученное значение критерия  ²_набл с критическим значением критерия  ²_крит, которое определяется по специальным таблицам (приведены в руководствах по математическим методам исследования). При этом исследователь задает определенный уровень значимости. Уровень значимости означает вероятность ошибки окончательного вывода. Если уровень значимости задан как 5%, то вероятность ошибки окончательного вывода составляет 5%, если этот показатель задан как 1%, то вероятность ошибки вывода составляет 1%.

В исследованиях, подобных описываемому, чаще всего принимают уровень значимости 5%, для этого уровня значение χ² =3.84, или 1%, для этого уровня значимости значение χ² = 6.6.3.

а) если окажется, что вычисленное значение  ²_набл >  ² _крит, то нулевая гипотеза об отсутствии связи между признаками отклоняется, и мы делаем вывод, что два признака связаны между собой (то есть, что форма переднего черного пятна коррелирует с соотношением размеров центральных и боковых пятен).

б) если окажется, что вычисленное значение  ²_набл <  ² _крит, то наша гипотеза об отсутствии связи между признаками принимается, и мы делаем вывод, что два признака не связаны между собой (то есть, что форма переднего черного пятна не коррелирует с соотношением размеров центральных и боковых пятен).

Для большей наглядности студент может построить числовую ось в виде прямой линии (приведена ниже). В левой части числовой оси выставляется нулевая отметка, а также (в принятом масштабе) значение  ² _крит. Участок числовой оси от нулевой отметки до значения  ² _крит представляет собой область принятия нулевой гипотезы. Область справа от точки значения  ² _крит представляет собой область отклонения нулевой гипотезы. После вычисления  ²_набл определяется его местоположение на числовой оси (в принятом масштабе). Ясно, что чем правее и дальше от  ² _крит будет находиться полученное значение  ²_набл, тем больше будет наша уверенность в правильности решения об отклонении нулевой (основной) гипотезы.

Если вычисленное значение  ²_набл близко к  ² _крит, (справа или слева), то в таких случаях рекомендуется увеличить количество наблюдений n.

область допустимых значений критерия (здесь гипотеза о независимости признаков принимается);

критическая область значений критерия (здесь гипотеза о независимости признаков отклоняется).

7.14.4 Рекомендуемые формы протоколов наблюдений

Напомним, что каждому протоколу предшествует его общая часть с указанием конкретных условий исследований (раздел 6.7) При проведении подобного рода исследований основой протокола являются выявленные типы окраски. В соответствующей строке отмечается конкретное проявление признака (табл. 7.39).

Табл. 7.39

Окраска колорадских жуков

№ животного
Признак окраски	Проявление признака
Пятна переднеспинки	сливаются (альтернативный вариант – не сливаются)
Поперечное пятно на надкрыльях	имеется (альтернативный вариант – отсутствует)

7.14.5 Рекомендуемые формы итоговых таблиц и графического

представления материала

Студент, как уже указывалось выше, может ограничить свою задачу определением встречающихся типов окраски и установлением доли животных, для которых характерен этот тип окраски. Итоговые таблицы в этом случае имеют простую форму (табл. 7.40).

Табл. 7.40

Изменчивость окраски божьих коровок в условиях Азовского района

Ростовской области (июль – август 2005 г.)

Тип окраски животного	Количество экземпляров
	абс.	отн.

При сборе материала в разных географических пунктах, в разные сроки или в разных биотопах материал по разным условиям сбора приводится раздельно.

При определении наличия или отсутствия статистической связи (зависимости) между двумя признаками материал представляется в таблице, форма которой указана выше (табл. 7.38).

Графически материал следует представить в виде круговой диаграммы: круг делится на столько секторов, сколько типов окраски выявлено, площадь каждого сектора пропорциональна относительной численности животных с этим типом окраски. При сборе материала в разных географических пунктах, в разные сроки или в разных биотопах приводится несколько рисунков - для каждого обследованного пункта, срока и т.п. Следует также представить фотографии или рисунки животных с разными типами окраски.

15. Реакции беспозвоночных на воздействие низкими и отрицательными температурами

    1. Объекты изучения

Объектами изучения при проведении исследований по этой теме могут быть любые беспозвоночные. Наиболее удобно использовать широко распространенные и сравнительно крупные объекты такие, как дождевые черви, кивсяки, стрекозы, уховертки, тараканы, пчелы, осы, мухи.

2. Оборудование, необходимое для проведения исследований

Для проведения исследований необходимо иметь садки для содержания подопытных животных, садки для размещения подопытных животных в холодильнике, холодильник, термометр, секундомер (часы с секундной стрелкой или с цифровой индексацией секунд), пинцет для манипулирования животными.

3. Наблюдения и эксперименты, которые можно провести

Желательно предварительно провести наблюдения за поведением экспериментального животного в обычных температурных условиях, чтобы можно было установить не только наступление холодового оцепенения, но и изменения набора обычных поведенческих реакций животного.

В ходе эксперимента подопытные животные подвергаются воздействию низких и/или отрицательных температур путем помещения их в камеры бытового холодильника. Обязательным условием является одновременная регистрация температуры термометром и учет времени экспозиции. Далее животные извлекаются из холодильных камер и помещаются в условия комнатной температуры. Если имеется возможность, то животных можно помещать в условия различных положительных температур. Фиксируется состояние животных на каждом этапе эксперимента. Таким образом можно узнать, воздействие какой температуры и в течение какого времени приведет к наступлению холодового оцепенения, сколько времени и при каких температурах потребуется на восстановление нормальной жизнедеятельности. Также можно определить, воздействие какой температуры и в течение какого времени приведет к необратимой остановке жизнедеятельности. При использовании в опытах личинок и взрослых насекомых можно определить эти показатели отдельно для насекомых на разных фазах развития.

7.15.4 Рекомендуемые формы протоколов наблюдений

Напомним, что каждому протоколу предшествует общая часть с указанием конкретных условий исследований (раздел 6.7) При проведении подобного рода исследований можно рекомендовать такую форму специальной части протокола (табл. 7.41).

Табл. 7.41

Реакции (указывается вид животного) на воздействие низкими (отрицательными) температурами

№ экспериментального животного
Состояние экспериментального животного до начала опыта	указывается фаза развития (взрослое или личинка), размер, характерные особенности поведения интактного животного
температура, при которой экспонировалось животное (оС)	время экспозиции (сек)	состояние животного после завершения холодовой экспозиции	температура, в условия которой животное помещалось после холодовой экспозиции (оС)	Состояние или поведенческая реакция животного	Период времени, через который эта реакция появлялась

7.15.5 Рекомендуемые формы итоговых таблиц и графического

представления материала

Итоговые таблицы при выполнении работы по обсуждаемой тематике могут быть представлены в форме, приведенной в таблице 7.42.

Табл. 7.42

Реакции (указывается вид животного) на воздействие низкими и отрицательными температурами

Температура, при которой экспонировалось животное (оС)	Время экспозиции (сек)	Температура, в условия которой животное помещалось после холодовой экспозиции (оС)	Поведенческая реакция (или прекращение жизнедеятельности)	Период времени (сек), по истечении которого в данных условиях наступала данная поведенческая реакция

В этой таблице сводятся воедино результаты всех проведенных экспериментов. В следующей таблице, форма которой такая же, приводятся средние показатели наступления типичной поведенческой реакции или гибели животного при данных условиях температуры и времени экспозиции. В этой последней таблице крайний правый столбец должен нести заголовок "Средний период времени (сек), по истечении которого в данных условиях наступала данная реакция".

Графически результаты исследований рекомендуется представить в виде графиков, на которых будет показано время, необходимое для появления данной реакции в зависимости от продолжительности воздействия (при одной и той же температуре воздействия) и в зависимости от температуры воздействия при одинаковом времени воздействия.

Полученные результаты можно также демонстрировать этограммой. Этограмма - это полный перечень поведенческих актов, зафиксированных в результате наблюдения. Каждой форме поведения следует присвоить особое условное обозначение (или цвет). В основании рисунка проводится линия - временная шкала, на ней отмечается время, прошедшее с начала эксперимента. В соответствующих частях временной шкалы условным образом отмечаются характерные поведенческие реакции. На рисунке следует указать также температуры воздействия. Таким же образом готовится этограмма, на которой будет изображена зависимость реакции животного от температуры. Условный пример этограммы приводится ниже.

время экспозиции – 10 мин.

† ♥ Ω 

╦ ╦ ╦ ╦ Температура ^оС

-10^о -5^{о +}5^о +25^о

Условные обозначения: † - прекращение жизнедеятельности;

♥ - холодовое оцепенение;

Ω - начало движений (подергивает конечностями);

א - восстановление нормального поведения.

Рис. 7.2 Пример этограммы при воздействии на животное отрицательными температурами

16. Воздействие на беспозвоночных ядохимикатами

7.16.1 Объекты изучения

Объектами изучения при проведении исследований по этой теме могут быть любые беспозвоночные. Опыты могут проводиться в лабораторных условиях или в виде полевого эксперимента. Чаще всего для проведения исследований по этой теме выбирают вредителей сельского хозяйства, например, колорадских жуков.

7.16.2 Оборудование, необходимое для проведения исследований

При проведении производственных опытов (в том числе и на приусадебном участке) необходимо иметь опрыскиватель, который обеспечит распыление ядохимиката. Если ставится цель учитывать кладки вредителя, то в ходе исследований может потребоваться лупа. При проведении опытов в лабораторных условиях необходимо иметь садки для содержания подопытных животных, пинцет, препаровальные иглы для манипулирования подопыиными животными, секундомер или часы с секундной стрелкой (или с цифровой секундной индексацией).

7.16.3 Наблюдения и эксперименты, которые можно провести

Главная цель при выполнении этой темы заключается в определении воздействия испытуемого ядохимиката на подопытных животных.

При проведении полевых опытов определяется эффективность воздействия ядохимиката. Этот показатель определяется следующим образом. До обработки производится учет количества особей вредителя и на основании этих данных рассчитывается показатель плотности (смотри раздел 6.8.4.2). В данной работе следует рассчитывать показатель плотности на единицу площади (1 м²) и на одно растение. Если животное вредит и на стадии личинки и на стадии имаго, то необходимо отдельно определить эти два показателя. Производится обработка участка ядохимикатом, при этом соблюдается рекомендованная технология обработки, в том числе и в отношении концентрации применяемого препарата. На следующий день производится определение плотности вредителя на обработанном участке. Затем вычисляется показатель эффективности препарата по формуле:

E = (Pд-Pп)/Pд▪100%

где

E -	эффективность препарата
Pд -	плотность вредителя до обработки
Pп -	плотность вредителя после обработки

При однократном применении препарата ядохимикат постепенно разрушается или смывается с растений, в силу этого обработанный участок постепенно заселяется вредителями, пришедшими с других участков или вылупившимися из яиц после обработки. Можно также проследить динамику заселения обработанного участка территории вредителями после обработки, при этом следует тщательно учитывать погодные условия, которые в сильной степени влияют на освобождение растений от ядохимиката. Для выполнения этой задачи каждый день или через день производится подсчет вредителей и определяется показатель плотности. Наконец, можно сравнить эффективность действия двух или более ядохимикатов в одинаковых условиях.

Возможно проведение лабораторных экспериментов, в ходе которых определяется воздействие ядохимиката на поведение подопытного животного, а также дозы и сроки воздействия, приводящие к гибели подопытных животных. Однако без специального лабораторного оборудования будет очень трудно обеспечить одинаковое дозирование ядохимиката, поэтому выполнение таких работ можно рекомендовать только в условиях производственного опыта, в хорошо оборудованной лаборатории.

7.16.4 Рекомендуемые формы протоколов наблюдений

Напомним, что каждому протоколу предшествует общая часть с указанием конкретных условий исследований (раздел 6.7) При проведении подобного рода исследований можно рекомендовать такую простую форму специальной части протокола (табл. 7.43.).

Табл.7.43

Количество колорадских жуков на опытном участке,

№ растения	Количество вредителей
	взрослых	личинок

7.16.5 Рекомендуемые формы итоговых таблиц и графического

представления материала

На основании первичных данных, представленных в протоколах наблюдения, для каждого дня наблюдения высчитывается плотность вредителей на обследуемом участке. Эти материалы обобщаются в таблице 7.44.

Табл. 7.44

Плотность колорадских жуков на картофеле

в условиях производственного опыта на приусадебном участке при

воздействии ядохимиката (указать, какого и в какой концентрации)

День исследования (указывается календарная дата исследования и день по отношению к обработке)	Количество обследованных растений	Площадь, которую занимают обследованные растения		Количество вредителей, учтенных на всех растениях обследованной площади			Показатель плотности (на 1 растение)			Показатель плотности (на 1 м)
				взрослых	личинок	взрослых		личинок	взрослых		личинок
Эффективность препарата			указывается рассчитанный показатель эффективности препарата

В этой таблице после строки, где приводятся показатели плотности на следующий день после обработки, вводится особая строка, в которой приводится рассчитанное значение эффективности препарата. При проведении опытов с двумя или большим количеством ядохимикатов для каждого из них составляется отдельная таблица.

Для графической характеристики эффективности воздействия ядохимиката лучше всего воспользоваться столбчатой диаграммой: один ее столбец соответствует плотности вредителя до обработки, другой - плотности вредителя на следующий день после обработки, высота столбцов пропорциональна определенному показателю плотности. Для большей наглядности на чистом поле этого рисунка можно выписать вычисленный показатель эффективности воздействия ядохимиката. При вычислении показателей плотности отдельно для личинок и для взрослых вредителей число столбцов диаграммы соответственно увеличивается. Также приводятся отдельные диаграммы для всех исследованных ядохимикатов.

Динамику плотности вредителей на участке после обработки, естественно, лучше всего представить графиком, где на оси абсцисс отложены даты наблюдений, а на оси ординат показатели плотности вредителей. Под осью абсцисс желательно делать отметки о характере погоды, это позволит определить воздействие погодных условий на стойкость сохранения ядохимиката. Погодные условия лучше отмечать особыми значками, расшифровку которых следует привести в легенде к рисунку.