Жизненный цикл щитня летнего



Статья содержит научные результаты участия авторов в школьном этапе Всероссийского конкурса исследовательских работ и рефератов «Я — исследователь» 2024 года.

В статье авторы изучают влияние температуры на жизненный цикл щитня летнего. Также авторы разработали инструкцию по разведению щитня летнего в домашних условиях и инструкцию по уходу за щитнем летним.

Ключевые слова: щитень летний, температура, жизненный цикл.

Прошлым летом на Верхнеяузских болотах в Москве обнаружили щитней — древнейших созданий на планете, облик которых не менялся за последние 250 миллионов лет (новость c losinyiostrov.ru от 11 июля 2023 года). А в сентябре щитней заметили в Сергиево-Посадском округе (новость с mo.tsargrad.tv от 6 сентября 2023 года). Причем первая реакция у людей на неизведанных существ, естественно, была — страх. Как писали в новостях, люди испугались небольших ракообразных. Аналогичная ситуация произошла и в Челябинске. Строители, увидев, животных, похожих на маленьких лягушек с панцирем и хвостом, просто убили их, положив на них крышку от люка.

Мы тоже о них мы ничего не слышали и никогда не встречали, хотя ракообразные в целом и щитни в частности являются повсеместно распространенными животными. Но на это есть две причины. Первая причина — щитни занесены в Красные книги Москвы и Подмосковья. Вторая причина — эфемерность их присутствия в экосистемах. Большую часть времени щитни находятся в инцистированном состоянии и начинают развиваться только с приходом благоприятных условий. Нередки случаи, когда цисты щитней могли развиться через десятки лет покоя. Именно из-за этой особенности жизненного цикла люди могут пугаться щитней (они внезапно появляются в новой луже/пруду и т. д.).

Актуальность работы связана с тем, что мало изучены жизненный цикл щитней и факторы, которые на него влияют.

Область исследования. Биология.

Объект исследования. Щитень летний (Triops cancriformis).

Предмет исследования. Жизненный цикл щитней.

Цель исследования. Изучить влияние внешних факторов на жизненный цикл щитней.

Гипотеза. Изменение климата может привести к укорочению жизненного цикла щитней и изменению их биологии.

Задачи исследования :

1. На основании литературных данных изучить строение и экологию щитней, а также их разнообразие;
2. Провести эксперимент по выращиванию щитней в разных условиях и проследить за их жизненным циклом;
3. Установить, какие факторы влияют на рост и развитие щитней;
4. Повысить информированность населения об этих удивительных животных.

Методы исследования . Анализ материалов из научных публикаций в печатных изданиях и Интернете, планирование эксперимента и его поведение, сопоставление.

1. Кто такие щитни, места их обитания и строение

1.1. Кто такие щитни

Щитни — это небольшие пресноводные ракообразные подотряда Notostraca. Щитни появились на Земле приблизительно 265 млн лет назад и с тех пор сохранили свой внешний вид в неизменности [3, с. 37]. В книге Рекордов Гинесса они отмечены как самые древние существа из ныне живущих организмов [6, с. 7]. Поэтому их называют «живыми ископаемыми».

Современный вид щитня летнего (Triops cancriformis) был обнаружен в ископаемом состоянии в триасовых отложениях Германии (Рисунок 1). Детальный анализ многочисленных отпечатков хорошо сохранившихся рачков и их конечностей показал, что триасовый щитень вполне сходен с современными. При этом он жил в водоемах такого же типа, какие и сейчас населены щитнями.

Рис. 1. Фотография щитня летнего из среднего триаса [5 с. 10]

Щитни относятся к подотряду беспозвоночных отряда листоногих ракообразных. Щитней сравнительно легко узнать по разросшемуся щитку, закрывающему голову, грудь и часть брюшка. В честь чего их и назвали щитнями.

1.2. Места обитания щитней

Летний щитень распространен повсеместно, за исключением Антарктиды. Но несмотря на очень широкое распространение, щитни представлены чрезвычайно малым количеством видов. Зоологи, учитывая изменчивость этих ракообразных, различают всего 9 видов щитней — 4 вида рода Triops и 5 видов рода Lepidurus. Некоторые из них, как, например, Triops cancriformis и Lepidurus apus, встречаются почти повсеместно, другие, как, например, Lepidurus arcticus, приурочены только к водоемам Крайнего Севера. Есть виды, обитающие только в Африке, и виды, живущие только в Австралии [1, с. 387].

На территории России чаще всего встречаются щитень летний и щитень весенний. В том числе в Москве и Подмосковье. Однако щитни включены в Красные книги обоих регионов.

Так, в Красной книге Подмосковья, летний щитень относится ко второй категории редкости, то есть сокращающихся в численности. А в Красной книге Москвы он уже числится под первой категорией редкости, то есть находящийся под угрозой исчезновения.

Щитень обитает во временных пресных водоемах. Например, в тех, что образуются при таянии снега, либо после дождей. Встретить этих членистоногих можно в лужах, в пересыхающих прудах, в пойменных водоемах, в канавах. Щитень обладает интенсивным обменом и высоким темпом роста, что помогает ему завершить жизненный цикл в условиях временного водоема [4, с. 8].

Встретить щитней можно с конца мая по середину августа. Оптимальная температура для них составляет 15–25°C.

1.3. Строение щитней

Строение тела щитня уникально. Голова, грудь и часть брюшка покрыты плоским широким карапаксом (Рисунок 2). Незакрытыми остаются лишь несколько брюшных сегментов и тельсон с двумя длинными членистыми ветвями фурки.

В передней части щита расположен глазной бугорок, по бокам которого находится по одному глазу, а между ними — непарный глаз. Функции этого органа еще не выяснены.

При рассмотрении щитня с брюшной стороны видно, что их панцирь загибается спереди на брюшную сторону. К нему прикреплена квадратная верхняя губа. Первая пара усиков короткая, нитевидная. Мандибулы — мощные, крупные, зазубренные по внутреннему краю.

За головой следует грудной отдел, в состав которого входит до сорока сегментов. Первые десять грудных сегментов несут по паре листовидных ножек. Эти ножки устроены приблизительно одинаково. С внутренней стороны 6 лопастей, служащих для подачи пищи ко рту, а с наружной стороны — одна большая плавательную лопасть и одна дыхательную лопасть, превращенная в жабру.

На одиннадцатом сегменте туловища щитней открывается парное половое отверстие, и этот сегмент считается последним грудным. У самок его конечности имеют весьма своеобразное строение: большая наружная лопасть, служащая на других ножках для плавания, на одиннадцатой паре ног превращена в круглую яйцевую капсулу, в которой откладываются и вынашиваются яйца. У самцов ножки одиннадцатой пары не отличаются от остальных.

В строении щитня наблюдается еще одно удивительное явление. На каждом сегменте, начиная с тринадцатого, имеется не одна, а от 4 до 6 пар ног. Поэтому общее число пар ног рачка нередко достигает 70. Таким огромным количеством ног не обладает ни одно другое ракообразное. [1, с. 387] Поиски пищи осуществляются не с помощью зрения, а с помощью химического чувства, органами которого служат жгутовидные внутренние отростки первой пары грудных ног.

Узнав о том, кто такие щитни, места их обитания и необходимые для их жизни условия, мы приступили к нашему эксперименту. О нем — далее.

Рис. 2. Строение щитня летнего [2, с. 12]

2. Экспериментальная часть

2.1. Узнали, какие условия необходимы для выращивания щитней

Выращивание щитней в аквариумах — одно из популярных направлений в США и Европе. Это мы узнали из форумов держателей щитней. Найти подробное описание условий для выращивания щитней не удалось. Поэтому мы собрали различные рекомендации с различных сайтов и форумов в интернете. Решили, что по окончании эксперимента составим свою инструкцию для выращивания щитня летнего.

В первую очередь для выращивания щитней необходим аквариум. Также мы приобрели и градусник для измерения температуры воды. Аквариумы мы поставили на подоконники. Дело в том, что из уроков окружающего мира мы знаем, что для роста живым организмам помимо воды, нужны еще свет и тепло.

Наш научный руководитель подсказал нам, что на дно аквариума необходимо поместить песок. Затем выложить землю с цистами щитней и залить все это дистиллированной водой. Уровень воды — около двух-трех сантиметров над уровнем грунта (Рисунок 3).

Рис. 3. Аквариум с цистами щитней

Кроме того, мы узнали, что каждые 3–5 дней необходимо регулярно подливать немного дистиллированной воды. Причина — она застаивается и на ней образовывается пленка, которую тоже необходимо убирать.

Также мы узнали, что после вылупления щитней необходимо подкармливать, например, сухими червями. В каком количестве подливать воду и кормить щитней мы еще не знали. На форумах этих данных мы также не нашли. После того, как мы изучили информацию в интернете, мы составили первую инструкцию, что необходимо подготовить для выращивания щитней в домашних условиях.

Рис. 4

2.2. Изучение влияния температуры на жизненный цикл

После того, как все было подготовлено к разведению щитней, мы решили проверить, как температура влияет на их рост и развитие. Из литературы мы узнали, что щитень летний живет при температуре от 14 до 25 градусов. Каждый из нас установил и поддерживал разную температуру воды в аквариуме. Семён — самую низкую — 14–16°С, Влада — среднюю 17–19°С, а самая высокая температура была у Юры — 20–22°С. Все остальные параметры у нас были одинаковыми: объем аквариума, песок, земля с цистами, дистиллированная вода. Также мы приобрели одинаковый корм — сухих червей. После чего начали наблюдение (Таблица 1).

Таблица 1

Жизненный цикл щитней в зависимости от температуры

День/ t º	14–16°С	17–19°С	20–22°С
3	Щитни не появились	Появились первые щитни размером от 1 до 2 миллиметров	Щитни не появились
5	Щитни не появились	Стало много щитней размером от 2 до 3 миллиметров.	Появились первые щитни размером от 1 до 2 миллиметров
8	Появились первые щитни размером до 1 миллиметра	Заметили, что до 5 миллиметров подрос один щитень, остальные щитни не подросли	Выросли три щитня до 6–7 миллиметров, остальные подросли только до 3–5 миллиметров. Отсадил два крупных щитня в отдельную банку
12	Появилось больше щитней, но размер их очень маленький — не более 1 миллиметра	Заметили еще одного щитня, который подрос до 5 мм, остальные остались в прежних размерах. Итого подросло 2 щитня.	Выросли три щитня до 1 сантиметра, остальные подросли только до 3–5 миллиметров. Отсадил два крупных щитня в отдельную банку
15	Без изменений	Стало 6 щитней, размером 1 сантиметр	Умерли два отсаженных щитня в банке размером 2,5 сантиметра, на дне аквариума обнаружены панцири размером 1 сантиметр.
18	Без изменений	Без изменений	Умер последний щитень в аквариуме размером 3 сантиметра
21	Размер и количество щитней не изменились	Крупных щитней не осталось, все погибли. Однако в аквариуме остались маленькие щитни, размером до 4 миллиметров	-
24	Щитни подросли до 3–4 миллиметров	-	-
27	Без изменений	-	-
30	Три щитня подросли до 1 сантиметра	-	-
33	Без изменений	-	-
36	Без изменений	-	-
39	Два щитня подросли до 1,5 сантиметров	-	-
42	Два щитня выросли до 2 сантиметров, на дне аквариума обнаружены 2 панциря	-	-
45	Без изменений	-	-
48	Умер первый щитень размером 3 сантиметра	-	-
60	Умер второй щитень, размером 3,5 сантиметра	На протяжении всего времени ни один из щитней не подрос. В аквариуме остались щитни размером до 4 мм.	На протяжении всего времени ни один из щитней не подрос. В аквариуме остались щитни размером до 4 мм.

Первыми появились щитни при температуре 17–19°С. Причем нам удалось заснять сам процесс вылупления. Циста поднималась со дна и спустя пару секунд из нее появлялся щитень. При температуре 20–22°С щитни появились на 5-й день, а при температуре 14–16°С — только на 8-й.

Чтобы отследить разницу в размерах, мы решили периодически заспиртовывать наших щитней. Для этого был разведен специальный раствор — 70-процентный спирт. Раз в неделю каждый из нас брал щитня и опускал его в этот раствор (Рисунок 5). Также в растворе мы сохраняли и панцири, которые сбрасывали щитни.

Рис. 5. Заспиртованный щитень

При проведении эксперимента мы заметили, что щитни, которые находились у Семёна при температуре 14–16°С росли медленнее. Так, особи размером 1 сантиметр (включая хвост щитня) при такой температуре появились только на 30-й день эксперимента. Причем до таких размеров выросло только два щитня. В то время как у Влады, которая поддерживала температуру 17–19°С, уже на 15-й день было шесть щитней таких размеров. У Юры, который поддерживал температуру 20–22°С, три особи достигли размера 1 сантиметр на 12-й день (см. рис. 6).

Рис. 6

Причем при достижении размера 1 сантиметр, щитни сбрасывали панцирь. Так, Юра обнаружил сброшенный панцирь на 14-й день, а Семен на 41-й. Их мы тоже заспиртовали.

Также мы заметили, что от температуры воды зависела и продолжительность жизни щитней. Так, быстрее всего — на 18-й день, начали гибнуть щитни у Юры, который занимался их разведением с самой высокой температурой. Затем щитни погибли у Влады — на 21-й день, а щитни Семёна прожили 60 дней при самой низкой температуре.

Нас заставил задуматься один факт. Щитни Влады хоть и прожили дольше, но по размерам значительно уступали щитням, которые находились в воде при температуре 20–22°С. Так, размеры щитней, которые росли при температуре 17–19°С с 15-го дня так почти и не изменились. В то время как у Юры щитни подросли перед гибелью на 1,5 сантиметра. Мы долго думали над этим после окончания эксперимента.

Как мы предполагаем, это связано с продуктами жизнедеятельности щитней. Так, у Влады выросло 6 щитней до 1 сантиметра, в то время как у Юры и Семёна их было только по три на один и тот же объем воды. Поскольку мы не использовали фильтры и аэраторы, то большее количество продуктов жизнедеятельности мешали им расти и развиваться. Наши догадки подтверждают и дальнейшие наблюдения.

Дело в том, что после того, как погибли крупные щитни в аквариуме стало появляться все больше и больше маленьких щитней. Их количество росло с каждым днем. Но спустя три месяца ни один из щитней так и не превысил размера в 5 миллиметров.

2.3. Выяснили, как ухаживать за щитнями

При проведении основного эксперимента мы выявили и то, как необходимо ухаживать за щитнями. Первый корм мы забросили в аквариум в тот же день, как только заметили первых особей. Каждый из нас сначала их подкармливал одним сухим червяком. Его мы крошили в руках и только затем бросали в аквариум. Но позже заметили, что часть червяков оставалась нетронутой даже на второй — третий день и они просто покрывались плесенью. Излишки заплесневелых кусков червяков — удаляли из аквариума. Каждые три дня подливали 2 стакана чистой воды.

Однако после первых дней эксперимента мы решили, что щитням достаточно половины раскрошенного червяка на два дня. В таком случае остатков еды, покрытой плесенью почти нет. Как только щитни подросли мы крошили половину червя на одну взрослую особь раз в два дня. А также продолжали крошить половину сухого червяка и для остальных, не подросших особей.

Однако, несмотря на то что щитни съедали всех сухих червяков, вода все равно застаивалась и покрывалась пленкой. Причем мы выяснили, чем выше была температура, тем быстрее она покрывалась пленкой. Поэтому Семён и Влада убирали плёнку только раз в два-три дня, в то время как Юре это приходилось делать почти каждый день. Кроме того, каждые два — три дня каждый из нас добавлял два стакана чистой дистиллированной воды.

Наш эксперимент проходил не так гладко, как нам хотелось бы и мы волей случая выявили ряд факторов, которые, как мы предполагаем, влияют на гибель этих животных. Как оказалось, если добавить в аквариум воду из-под крана, высок риск, что щитни погибнут. Так произошло в период нашего эксперимента, когда один из младших братьев залил несколько стаканов воды в аквариум и все щитни, которые находились там, погибли спустя два дня.

Кроме того, если не убирать пленку с поверхности воды каждые два дня, то в застойной воде щитни также гибнут. После того, как погибли взрослые щитни, Семён заранее покормил маленьких особей в связи с поездкой на 4 дня. Однако из-за того, что вода покрылась пленкой, маленьким особям в количестве трех штук выжить не удалось. Чтобы ваши щитни в домашних условиях не погибли, мы составили инструкцию по уходу за ними.

Рис. 7

Результаты и выводы исследовательской работы

По результатам нашей работы:

1. Мы изучили научную литературу и узнали строение щитней, а также их виды.
2. Провели эксперимент по выращиванию щитней в разных условиях и проследили за их жизненным циклом. Мы узнали, что жизненный цикл и темп их роста зависят от температуры воды.
3. Составили инструкции по разведению щитней и уходу за ними для тех, кто хотел бы разводить щитней в домашних условиях.

5. Мы сделали видео и разместили его в интернете, чтобы как можно больше людей узнали об этих удивительных созданиях.

Наша гипотеза частично подтвердилась. Продолжительность жизни щитней зависит от температуры. Для выяснения влияния климата на биологию щитня нужны дальнейшие исследования.

Первоочередная задача каждого из нас — сохранить их, чтобы и следующие поколения могли увидеть этих «живых ископаемых». Для этого мы сделали видео, чтобы при встрече с этими существами люди их не пугались и ни в коем случае не истребляли их. Кроме того, мы хотим, чтобы как можно больше людей узнали, насколько удивительны щитни, могли их вырастить дома и продолжить исследование этих животных.

Мы тоже продолжим дальнейшие исследования. Ведь до сих пор достоверно неизвестно, зачем нужен третий глаз этому животному, почему они плавают кверху брюшком, а также как размножаются эти животные. Возможно, что кому-то из нас удастся раскрыть и эти тайны древних животных.

Литература:

1. Зенкевич Л. А., Жизнь животных. Беспозвоночные, Том 2, Просвещение, 1968, 637 с.
2. Круглова О. Ю., Низшие ракообразные, часть 1, Белорусский государственный университет, 2014, 42 с.
3. Макаров Олег, Искусство тайных перемен, журнал Популярная механика, № 8, 2013, 100 с.
4. Муратов В. М., Экологическая характеристика щитня Triops Сancriformes Bosc карповых рыбных прудов, Академия наук республики Беларусь, 1995, 22 с.

6. J.-C. Gall, L. Grauvogel-Stamm, The early Middle Triassic Grès à Voltzia Formation of eastern France: a model of environmental refugium, 2005, 16 с.
7. Официальный сайт Книги Рекордов Гинесса, www.guinnessworldrecords.com