Насекомые, прилетающие на свет в темное время суток

Московская гимназия на Юго-Западе №1543
Насекомые, прилетающие на свет в темное
время суток: динамика численности и
таксономический состав
Отчет о научно-исследовательской работе
Работу выполнили:
Данила Волков (9 «Б»)
Тимофей Пименов (9 «Б»)
Научные руководители:
П.А. Волкова
П.Н. Петров
Ю.О. Копылов-Гуськов
Москва
2013
Введение
С древности человек интересовался явлением лета насекомых на свет. В научных
целях этот метод стали использовать уже к середине XVII века. В середине XX века,
ловля насекомых на свет получила особо широкое связи с распространением
электричества и ртутно-кварцевых ламп.
Сам механизм привлечения насекомых-фотоксенов (насекомых, в темное время
суток стремящиеся к искусственным источникам света) ультрафиолетовой лампой до
сих пор до конца не изучен. Однако существует весьма правдоподобная гипотеза,
согласно которой лет насекомых на свет связан с тем, что они принимают
ультрафиолетовое излучение лампы за свет вечерней зари, к которому стремятся во
время сумеречных миграций. А выдерживая азимутный угол меньше прямого в
расходящемся пучке световых лучей, неизбежно следуют к их источнику. В тот
момент, когда насекомое находится достаточно близко к лампе, у него сбиваются
механизмы ориентации и включается механизм спасения от внешних раздражителей. У
насекомых он реализуется как стремление к свету, теперь уже не только
ультрафиолетовому. В конце концов, насекомые начинают кружить вокруг лампы и не
могут от нее улететь (Горностаев, 1984)
Данный метод удобен тем, что привлекает представителей разных отрядов и
семейств. К тому же численность насекомых, прилетающих на свет лампы, очень
велика по сравнению с другими методами ловли (Голуб и др., 2012)
На протяжении вот уже 5 лет на биостанции «Озеро Молдино» (Удомельский
район Тверской области) учителя и ученики биологического класса Московской
гимназии на Юго-Западе вносят свой вклад в изучение данного явления. Мы
продолжили исследования, начатые нашими предшественниками (Андреева и др. 2010,
2011; Данилин и др. 2012; Иванова и др. 2013), преследуя также
цель
усовершенствовать методы наблюдения и сбора насекомых-фотоксенов. Для
достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
1. Уточнить выявленные ранее закономерности лета насекомых-фотоксенов на
свет.
2. Пополнить школьную коллекцию насекомых новыми экземплярами насекомыхфотоксенов.
3. Отредактировать и дополнить атлас чешуекрылых, летящих на свет на
биостанции "Озеро Молдино".
4. Переработать список чешуекрылых Удомельского района Тверской области,
дополнив его не только данными по лету на свет, но и результатами других сборов.
2
Материалы и методы
Наблюдения проводились на базе школьной биостанции «Озеро Молдино» в деревне
Полукарпово Удомельского района Тверской области в период с 1 по 6 июля 2013 года.
Установки для ловли насекомых на свет были закреплены на восточных стенах двух
деревянных строений: «Бани» (на протяжении всех ночей) и «Антибани» (в ночь с 5 на 6
июля). К стенам были прикреплены две одинаковые белые простыни размером 0,821,45 м.
В середине верхней части каждой простыни, с отступом от края 30 см., чёрным маркером
был начерчен квадрат со стороной 50 см. Центр квадрата находился на высоте ~1,70 м. Возле
стены стояла покрытая бумагой и полиэтиленом парта, на краю которой лежала часть
простыни, равная 15 см. Источники света были расположены напротив центра квадрата на
расстоянии ~10 см от него. В качестве источников света использовалась ртутная лампа
мощностью 250 Вт (ДРЛ-250), которая висела на стене «Бани», и две лампы накаливания
мощностью 200 Вт каждая, которые висели в последнюю ночь на стене «Антибани».
Каждое наблюдение мы начинали в 23:30, а заканчивали в 4:30, причем лампы мы
включали в 22:30 и выключали в конце наблюдения. Каждые 15 минут мы вносили в бланк
показания электронной метеостанции «LEFUTUR» (температура воздуха в градусах Цельсия,
относительная влажность воздуха, давление в гПа, сила ветра, облачность), и количество
насекомых, находящихся в пределах квадрата (каждые 15 минут мы фотографировали
квадрат, а затем подсчитывали находящихся в его пределах насекомых и результаты вносили
в бланк), а виды бражников (сем. Sphingidae) учитывались со всей простыни. Каждый час мы
определяли насекомых в пределах квадрата до семейства. Наиболее интересные или
трудноопределяемые экземпляры мы отлавливали и определяли днем в лаборатории.
Надо также заметить, что в первые три ночи на свет лампы прилетали шершни (Vespa
crabro (Linnaeus, 1758)), которые разгоняли сидевших на простыни насекомых и тем самым
нарушали чистоту эксперимента.
Статистическая обработка данных была нами проведена в программе R (R Core Team,
2012)
Результаты
Изменение численности прилетающих на свет насекомых в течение ночи
Ниже приведены графики изменения общего числа прилетающих на свет лампы
насекомых в течении каждой из четырех ночей (рис.1 - рис.4)
3
Рис. 1
Зависимость общего числа насекомых от времени в 1-ую ночь наблюдения.
4
Рис. 2
Зависимость общего числа насекомых от времени во 2-ую ночь наблюдения.
5
Рис. 3
Зависимость общего числа насекомых от времени в 3-ю ночь наблюдения.
6
Рис. 4
Зависимость общего числа насекомых от времени в 4-ую ночь наблюдения на Бане и
Антибане.
Зависимость численности прилетающих на свет насекомых от погодных условий
Мы не выявили достоверной линейной связи между общим числом прилетающих на
свет насекомых и температурой (корреляционный тест Пирсона, r=0,05, p=0,6, рис. 5); между
общим числом насекомых и атмосферным давлением (корреляционный тест Спирмена,
r=0,116, p=0,24, рис. 6); между общим числом насекомых и относительной влажностью
воздуха (корреляционный тест Спирмена, r=0,116, p=0,24, рис. 7).
7
Рис. 5
Связь между общим числом насекомых и температурой.
8
Рис. 6
Связь между общим числом насекомых и атмосферным давлением.
9
Рис. 7
Связь между общим числом насекомых и относительной влажностью воздуха.
Сравнение интенсивности лета насекомых на свет ламп разных типов
Мы выяснили, что на свет ртутной лампы насекомые летят лучше, чем на свет лампы
накаливания (t-критерий Стъюдента, p< 2,2e-16, рис. 9).
10
Рис. 10
Число насекомых, прилетевших на свет ртутной лампы и лампы накаливания. На графике
показана медиана (средняя линия «ящика»), квартильный размах (верхняя и нижняя стенки
«ящика»), минимальное и максимальное значение (концы «усов»).
Динамика численности прилетающих на свет представителей разных отрядов
и семейств насекомых
Ниже приведена таблица частоты встречаемости представителей разных отрядов и семейств
насекомых (табл. 1) .
Из этой таблицы видно, что наиболее часто встречаемыми были представители
семейства Cicadellidae – цикадки (отр. Homoptera – равнокрылые), семейства Noctuidae –
совки (отр. Lepidoptera – чешуекрылые), различные представители отряда Diptera –
двукрылые и др.
11
Таблица 1.
Динамика числа прилетающих на свет представителей разных отрядов и семейств насекомых
ОТРЯД
СЕМЕЙСТВО
Ночь 1
Ночь 2
Ночь 3
Ночь 4
Ephemeroptera
Ephemeridae
Baetidae
Aphrophoridae
Cicadellidae
Miridae
Corixidae
Dytiscidae
Hydrophilidae
Staphylinidae
Cantharidae
Chrysopidae
Geometridae
Noctuidae
Arctiidae
Pterophoridae
Yponomeutidae
Другие сем-ва
Ichneumonidae
Vespidae
Другие сем-ва
Culicidae
Chironomidae
Tipulidae
Limoniidae
Другие сем-ва
Не определено
Не определено
Panorpidae
0
8
1
10
0
0
1
1
3
0
1
9
22
3
8
1
22
2
9
9
18
3
0
20
13
3
1
0
0
0
8
43
13
0
1
2
36
18
3
19
22
1
0
4
33
3
4
1
9
31
0
0
51
0
0
0
0
0
5
48
14
0
0
1
5
0
0
10
38
0
0
3
17
3
0
0
8
41
1
0
38
0
6
0
0
1
7
68
47
4
0
0
39
3
1
10
74
0
0
0
38
9
0
0
5
26
2
0
20
3
4
1
Homoptera
Heteroptera
Coleoptera
Neuroptera
Lepidoptera
Hymenoptera
Diptera
Trichoptera
Psocodea
Mecoptera
Общая
сумма
0
9
21
169
74
4
2
4
83
21
4
48
156
4
8
8
110
17
13
10
40
101
3
20
122
6
11
1
Видовое разнообразие представителей отряда чешуекрылые (Lepidoptera)
окрестностей озера Молдино
Мы продолжили дополнять список и атлас чешуекрылых, отмеченных на биостанции
«озеро Молдино» и ее окрестностях, и школьную коллекцию чешуекрылых новыми видами
и экземплярами.
В результате, мы пополнили список чешуекрылых семью новыми видами: Parasemia
plantaginis (Linnaeus, 1758), Pheludeoria potatoria (Linnaeus, 1758), Nymphalis polychloros
(Linnaeus, 1758), Papilio machaon (Linnaeus, 1758), Polyommatus amandus (Schneider, 1792),
12
Sesia apiformis (Clerck, 1759), Yponomeuta malinella (Zeller, 1838), в числе которых
представители четырех новых семейств: Papilionidae – парусники, Lycaenidae – голубянки,
Sesiidae – стеклянницы, Yponomeutidae – горностаевые моли; а школьную коллекцию –
десятью новыми экземплярами представителей отряда чешуекрылые: Deilephila elpenor
(Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Deilephila porcellus (Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Laothoe amurensis
(Staudinger, 1892) – 1 экз.; Laothoe populi (Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Nymphalis polychloros
(Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Papilio machaon (Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Pheludeoria potatoria
(Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Polyommatus amandus (Schneider, 1792) – 1 экз.; Smerinthus ocellatus
(Linnaeus, 1758) – 1 экз.; Yponomeuta malinella – 1 экз.
Также, мы переработали атлас чешуекрылых, упорядочив записи и дополнив его
новыми фотографиями. На данный момент он включает в себя 40 видов ночных
чешуекрылых из 11 семейств.
Обсуждение
Изменение численности прилетающих на свет насекомых в течение ночи
По результатам обработки полученных нами данных, довольно четко видно, что
численность прилетающих на свет насекомых в течение ночи изменяется по определенной
схеме: в период от включения лампы до, примерно, 00:30 численность насекомых растет, а в
период от 00:30 до рассвета она колеблется в границах определенных значений, что
полностью соответствует результатам прошлых групп (Андреева и др., 2011; Данилин и др.,
2012). Это можно объяснить тем, что в период времени от 23:30 до 00:00 часов
интенсивность света заходящего солнца примерно равна интенсивности света ртутной лампы
и все больше насекомых начинают мигрировать, а в период с 00:30 до 03:50 самым ярким
источником света в окрестностях установки является ртутная лампа, вокруг которой и
скапливаются мигрирующие насекомые.
Зависимость численности прилетающих на свет насекомых от погодных условий
При обработке полученных нами данных, мы не обнаружили достоверной
зависимости числа прилетающих на свет насекомых от температуры воздуха, атмосферного
давления и относительной влажности воздуха, что полностью соответствует результатам
предыдущих групп. Возможно, эти зависимости не были обнаружены из-за достаточно
высокой температуры воздуха, стабильного атмосферного давления и относительной
влажности воздуха в отличие от условий прошлых исследований.
Сравнение интенсивности лета насекомых на свет ламп разных типов
В ходе наших исследований мы выяснили, что лов насекомых на свет ртутной лампы
гораздо эффективнее чем на свет лампы накаливания, что полностью соответствует
результатам исследований, проводившимся нашими предшественниками (Данилин и др.,
2012). Это можно объяснить тем, что в излучении ртутной лампы ультрафиолетовая
составляющая гораздо больше, чем в излучении лампы накаливания, а насекомые, из-за
особенностей своего зрения, ориентируются преимущественно на ультрафиолетовое
излучение и, соответственно, в своем большинстве прилетают на свет именно ртутной лампы
(Горностаев, 1984).
13
Таким образом, на данный момент методика учитывает проблемы, возникшие у
прошлых групп:
а) время эксперимента охватывает всю ночь, а не ее часть;
б) лампа располагается на расстоянии 10 см от центра начерченного квадрата (а не 5
см, как ранее), что позволяет избежать неравномерного распределения света по простыни;
в) для проведения эксперимента используется ртутная лампа, которая намного
эффективнее лампы накаливания;
г) пополненная справочная коллекция насекомых и отредактированный атлас
чешуекрылых позволяют точнее определять прилетающих к установке насекомых прямо по
ходу эксперимента и получить более точное представление о таксономическом составе
насекомых-фотоксенов окрестностей биостанции «Озеро Молдино».
Планы на будущее
Мы предполагаем два пути развития нашей работы. Первый – сосредоточиться на сборе
водных
представителей
отрядов
Coleoptera
(жесткокрылые)
и
Heteroptera
(полужесткокрылые) на свет ртутной лампы с использованием уже готовой методики. Это
позволит определять всех прилетающих на свет насекомых данных групп до вида и,
возможно, выявить закономерности лета на свет насекомых, обитающих в водной среде.
Второй – заняться сбором и учетом различных представителей отряда Lepidoptera
(чешуекрылые) с целью пополнить список чешуекрылых окрестностей озера Молдино
новыми видами, атлас – новыми видами и фотографиями, а школьную коллекцию пополнить
новыми экземплярами и тоже, как и в случае с водными насекомыми, выявить
закономерности лета на свет отдельных видов. Возможно, что это будут два параллельных
проекта.
Выводы
1. Выявленные ранее закономерности подтвердились:
а) численность прилетающих на свет насекомых развивается по определенной схеме;
б) численность прилетающих на свет насекомых не зависит от температуры и
относительной влажности воздуха, а также от атмосферного давления;
в) на свет ртутной лампы насекомые летят намного активнее, чем на свет лампы
накаливания.
2. Школьная коллекция насекомых была пополнена 10 новыми экземплярами.
3. Атлас чешуекрылых, летящих на свет на биостанции "Озеро Молдино" был
отредактирован.
4. Список чешуекрылых Удомельского района Тверской области сейчас включает в себя 89
видов, 7 из которых – новые.
14
Благодарности
Мы хотим поблагодарить Сергея Менделевича Глаголева и Екатерину Викторовну
Елисееву за организацию практики, Петра Николаевича Петрова, Полину Андреевну
Волкову и Юрия Олеговича Копылова-Гуськова за руководство работой, учеников 10-го и
11-го биологического класса гимназии №1543, а именно Надежду и Ольгу Ивановых,
Александра Степанова, Игоря Данилина, Евгения Зайца и Илью Устенко за разработку
методики, Веру Шипунову за активную помощь в проведении работы и сборе данных, а
также С.Н. Лысенкова за рецензирование нашей работы.
Литература
1. Андреева А., Иванова А., Кременчугская Т. Динамика численности прилетающих на свет
насекомых в темное время суток. [Электронный ресурс]. – 2011. – Режим доступа:
http://www.bioclass.ru/?d=111
2. Горностаев Г.Н. Введение в этологию насекомых-фотоксенов (лет насекомых на
искусственные источники света) // Этология насекомых. Л.: Наука, 1984. С. 101–167. (Труды
Всесоюзного энтомологического общества. Т. 66).
3. Данилин И., Устенко И., Заяц Е. Динамика численности насекомых, прилетающих ночью
на различные источники света в пос. Полукарпово (Тверская область). [Электронный
ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://www.bioclass.ru/?d=114
4. Иванова Н., Иванова О., Степанов А. Динамика численности насекомых, прилетающих на
свет ламп накаливания в темное время суток. [Электронный ресурс]. – 2013 – Режим доступа:
http://www.bioclass.ru/files//konf13/light.doc
5. Каталог чешуекрылых (Lepidoptera) России / Под. ред. Синёва С.Ю. – СПб.; М.:
Товарищество научных изданий КМК, 2008. – 424с.
6. Голуб В.Б., Цуриков М.Н., Прокин А.А. – Товарищество научных изданий КМК, 2012 –
344с.
7. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. – 2012. – URL
http://www.R-project.org/.
15