Кружок Юных Исследователей Природы

Звенигородской биостанции МГУ

Иерархические и морфометрические особенности структуры популяций жужелиц (Coleoptera, Carabidae) в долине реки Сетунька

 Авторы:

Анастасия Ефремова, 9 класс

Алёна Суковых, 10 класс

Научный руководитель: 

 А.С. Хижнякова

Москва 2015 / 2016

Жужелицы (Carabidae) – это многочисленное и широко распространенное семейство отряда Жесткокрылые (Coleoptera). Основные контуры иерархической системы жизненных форм имаго жужелиц объединяются в три класса по трофической специализации: зоофаги, миксофитофаги и симфиллы-мирмикофилы [13]. Показано, что жужелицы, не связанные с узким спектром кормовых объектов, очень чувствительны к изменению параметров окружающей среды: свойствам почвы, характеру напочвенного покрова, влажности, освещенности, температуры и т.д. [2], [7].

Существует ряд специально разработанных методов, где жужелицы используются как модельные объекты для оценки состояния среды, поскольку эти животные обладают способностью быстро и адекватно реагировать на изменение природных ландшафтов [4]. Известно, что морфометрическая структура популяций жужелиц в антропогенном ландшафте зависит от особенностей жизненного цикла определенного вида [11]. У видов с облигатно одногодичным жизненным циклом с раннелетним размножением морфометрическая структура в антропогенных ландшафтах претерпевает существенные изменения [1], [3]. А, у видов с двухгодичным жизненным циклом, морфометрическая структура консервативна и не зависит от характера антропогенного воздействия.

Наша работа представляет обобщение результатов наблюдений за изменением структуры популяций жужелиц в долине реки Сетунька на территории заказника «Звенигородская биостанция МГУ и карьер Сима» (Московская область, Одинцовский район) в период с 2012 по 2015 год.

Мы поставили перед собой задачи:

1.   Провести инвентаризацию карабидофауны на участке территории заказника;

2.   Выявить основные закономерности изменения иерархической структуры популяций жужелиц в период с 2012 по 2015 год;

3.   Сопоставить параметры морфометрической структуры популяции доминантного вида Calathus erratus Sahlb. в 2014 и в 2015 гг.

Сбор материала проводили в середине-конце июля в период с 2012 по 2015 год на территории заказника «Звенигородская биостанция МГУ и карьер Сима» в долине реки Сетунька. Ежегодно жужелиц отлавливали в трёх стациях: залежное поле (коренной берег), сложный ельник (надпойменные террасы) и пойменный луг (рис. 1). Общая площадь обследованного участка составила приблизительно 10 га. К сожалению, сборы 2013 г. представляют собой лишь сопутствующий материал, в виду неблагоприятных погодных условий в период отлова.

Для отлова животных использовали два типа ловушек – почвенные ловушки для отлова герпетобионтов и ловушки, закрепленные в траве над поверхностью почвы – для отлова хортобионтов. Ловушки представляли собой пластиковые стаканчики высотой 25 см и объемом 0,5 л на 1/3 заполненные водой. Обход ловушек проводили 1 раз в сутки. Пойманных насекомых умерщвляли в морилках, заряженных этилацетатом для дальнейшего определения [5], [6], [8], [9]. Всего было отработано 120 ловушко-суток в 2012 г., 112 – в 2013 г, 600 – в 2014 г. и 2000 в 2015 г. В период наблюдений нами было отловлено 547 жужелиц. Правильность определения подтверждена с.н.с. зоологического музея МГУ д.б.н. Н.Б. Никитским, с.н.с. ФБГУ "ВНИИКР" к.б.н. И.О. Камаевым и энтомологом-любителем Р.А. Хряпиным.

Иерархические группы жужелиц в работе приведены в соответствии с классификацией И.Х. Шаровой [13]. Для морфометрических исследований мы выбрали вид Calathus erratus Sahlb., доминирующий на залежном поле в 2014 и 2015 гг. Измерение надкрыльев проводили по фотографиям, сделанным при помощи бинокулярной лупы с фотонасадкой DCM-510 SCOPE и программы для анализа и обработки изображений ImageJ. Для анализа фаунистического сходства использовали коэффициент Чекановского-Съеренсена [?].

В результате наших исследований мы выяснили, что в пределах обследованной территории обитает не менее 36 видов жужелиц, представителей семейства Carabidae, подсемейства Carabinae, относящихся к 16 родам (табл. 1). Наиболее полно представлен род Amara – 7 видов, Harpalus – 5 видов, Carabus и Pterostichus – по 4 вида.

Почти все зарегистрированные виды являются обычными для карабидофауны Московской области [10], [12], [14]. В 2012 и 2015 годах нами была отмечена шагреневая жужелица Carabus coriaceus Line, которая ранее (до 2008 года) была включена в список особо охраняемых видов насекомых МО [8]. В 2014 году был пойман подтвержденный специалистами гибрид между Pterostichus niger Schaller и P. melanarius Illiger. Из наиболее интересных находок можно отметить Anisodactylus nemorivagus Daft., единственный представитель которого был обнаружен в отловах 2014 года. Этот вид жужелиц на территории Московской области в последний раз был отмечен Г.А. Кожевниковым в 1904 году [10].

По видовому разнообразию в изученной фауне доминирует европейско-сибирская зоогеографическая группа [?] (рис. 2), а численно транспалеарктичская полизональная в 2012 году и европейская в 2014 и 2015 годах (рис. 3). Две последние группы также довольно богаты видами. Кроме того, в изученной карабидофауне отмечены представители западной палеарктической, голарктической и транспалеарктической неморальной групп. В 2015 году был обнаружен единственный представитель трансевроазиатской группы – Anysodactilus sygnatus (Автор!).

Самой богатой стацией с точки зрения видового разнообразия и плотности населения жужелиц является залежное поле (рис. 5). За 2 года мы выяснили, что по числам видов и особей выделяется залежное поле, тогда как на пойме было обнаружено наименьшее количество видов и особей (рис. 5), однако в 2015 году их количество увеличилось. Это может быть связано с тем, что в 2012 году на пойме начали выпас коней, увеличились численность и активность хищников, питающихся жужелицами, появились на данной стации паразиты жужелиц, а в 2015 году из-за изменений влажности и температуры могла снизиться численность и активность врагов жужелиц.

По фаунистическому разнообразию экологических групп в 2012 и 2014 годах преобладали  лесные мезофиллы (рис. 6). В 2015 году они встречались так же часто, как и луговые мезофилы. Самой  малочисленной экологической группой в двух годах оказались прибрежные, поскольку почвы, видимо, были для них не достаточно влажные, в 2015 году мы их не обнаружили, несмотря на то, что лето было достаточно влажным. В 2012 году было встречено мало лугово-степных  и  луговых мезогигрофилов, а  в 2014 и 2015 годах их вообще не оказалось. Во всех стациях в 2012 году так же встречены  представители эврибионтных и луговых мезофиллов, в 2014 году в лесу их не было обнаружено. По частоте встречаемости в 2012 году преобладали лесные мезофилы, но на поле их встречено было мало (рис. 6). В 2014 году чаще встречались эврибионтные виды. Меньше всего по частоте встречаемости в 2012 году были обнаружены лугово-степные виды и луговые мезогигрофилы. В 2014 году минимум частоты встречаемости  приходится на луговых мезогигрофилов и луговых мезофиллов. Малое количество представителей луговых групп и доминирующее количество представителей лесных мезофиллов можно объяснить близостью открытых стаций с большими лесными массивами.

В 2012 году на залежном поле доминировал Poecilusver versicolor (Sturm), численностью 90 особей, а в 2014 и 2015 – Calathus erratus (Sahlb), численностью соответственно 136 и 55 особей. В 2012 году в пойме больше всего было поймано Carabus nemoralis Muller (2 особи), а в 2014 – Epaphius secalis Payk (7 особей), в 2015 - Pterostichus melanarius, (11 особей), и Pterostichus niger, (10 особей). В 2012 году в ельнике наиболее часто встречался Carabus nemoralis Muller (6 особей), в 2014 – Pterostichus niger Schall (39 особей), в 2015 – Cychrus caraboides (8 особей). Возможно, такие различия состава карабидофауны в разные года обусловлены тем, что личинки жужелиц развиваются от двух до четырех лет. Это может быть связано с изменением погодных условий (жаркое и сухое лето 2012 года, теплое и влажное лето 2014 года, не очень тёплое, но влажное лето 2015 года).

 Согласно системе жизненных форм жужелиц И.Х. Шаровой [9], пойманные нами виды можно разделить на три класса по типам питания – класс зоофаги, класс миксофитофаги и класс фитофаги. По соотношению числа видов жужелиц в трёх годах в изученных местах обитания преобладали представители класса зоофаги (рис. 7). В 2014 и 2015 годах представители фитофагов составили самый малочисленный класс. По соотношению числа пойманных особей  доминировали зоофаги (рис.7). В 2012 году было поймано небольшое количество  миксофитофагов, а в 2014 году число миксофитофагов увеличилось, в 2015 году их количество не изменилось. Так же в 2014 году пойман единственный фитофаг Anisodactylus nemorivagus Daft. (рис. 3), который не встречался  в Московской области с 1904 года, а в 2015 году мы его не встретили, однако обнаружили другого фитофага – Curtonotus aulicus Steph. Таким образом, мы видим, что за три года доминирующий класс не изменился. Видимо, это связанно с тем, что количество организмов, поедаемых жужелицами, не изменилось. Появление редкого фитофага можно объяснить тем, что его могли завезти из других районов.

В изученных местах обитания за три года обнаружен широкий спектр представителей различных иерархических групп (рис. 8). В 2012 году во всех стациях доминировали зарывающиеся подстилочно-почвенные стратобионты. В 2014 году больше всего было поймано гарполоидных геохортобионтов и зарывающихся подстилочно-почвенных стратобионтов, а в 2015 – гарполоидных геохортобионтов. Самыми малочисленными видами в 2012 году были подстилочные стратобионты-скважники, в 2014 – стратохортобионты, в 2015 – стратохортобионты и стратобионты-скважники. По соотношению числа пойманных особей представителей иерархических групп в изученных местах обитания в 2012 году доминировали подстилочно-почвенные стратобионты, в 2014 подстилочные стратобионты, в 2015 – зарывающиеся подстилочно-почвенные стратобионты и подстилочные стратобионты (рис. 8). Меньше всего в 2012 году встречено листовыххортобионтов и ходящих геохортобионтов, в 2014 году – подстилочных стратобионтов-скважников, в 2015 – стратобионтов-скважников. Состав присутствующих в изученных местах обитания иерархических групп жужелиц свидетельствует об их многообразии и о широком диапазоне использования ярусов почвы для обитания.

В 2014 и 2015 годах на залежном поле доминировал Calathus erratus Sahlb. Мы провели морфологическое исследование (табл. 2), измеряя надкрылья жужелиц и выяснили, что средняя длина надкрылий в 2014 году равна 6,22 мм, а в 2015 году – 5,09 мм, причём в 2014 году  максимальной длиной была 7,24 мм, минимальной – 5,14 мм, а в 2015 году максимальной длиной была 5,63 мм, и минимальной – 4,20 мм. Численность этих жужелиц тоже сократилась. В 2014 году было поймано 134 особи вида Calathus erratus Sahlb., а в 2015 году 55 особей.

1.   В пределах обследованной территории обитает не менее 36 видов жужелиц, относящихся к 16 родам семейства Carabidae. Наиболее полно представлен род Amara – 7 видов, Harpalus – 5 видов, Carabus и Pterostichus – по 4 вида. В 2012 г. в нашем списке присутствовал 21 вид жужелиц, а в 2014 и 2015гг. – 22 вида. Был пойман вид, Anisodactylus nemorivagus Daft., не отмечавшийся на территории Московской области с 1904 года.

2.   Обследованные участки заметно различаются по представленной в них фауне и набору доминантных видов. За три года изучения карабидофауны стаций мы выяснили, что по числу видов и по числу особей выделяется залежное поле. В 2012 и 2014 годах на пойме было обнаружено наименьшее количество видов и особей, а в 2015 году в еловом лесу.

3.   В изученной фауне преобладали виды с широкими ареалами. В трёх годах по видовому разнообразию доминировала европейско-сибирская зоогеографическая группа. Пойманные виды можно разделить на три класса по типам питания. По соотношению чисел видов жужелиц и пойманных особей преобладали зоофаги. В 2014 и 2015 годах встретились фитофаги. В 2012 году доминировали зарывающиеся подстилочно-почвенные стратобионты, в 2014 году больше всего было поймано гарполоидных геохортобионтов и зарывающихся подстилочно-почвенных стратобионтов, а в 2015 – гарполоидных геохортобионтов. По фаунистическому разнообразию экологических групп в обоих годах преобладали  лесные мезофиллы. В 2014 году чаще встречались эврибионтные виды.

4.   Средняя длина надкрылий Calathus erratus Sahlb., доминантного вида на залежном поле в 2014 и 2015 годах, в первом из них равна 6,22 мм, а в следующем – 5,09 мм. Численность этих жужелиц тоже сократилась. В 2014 году было поймано 134 особи вида Calathus erratus Sahlb., а в 2015 году только 55 особей. Такие изменения могли произойти из-за неблагоприятных условий (в 2015 году была поздняя весна).

Автор выражает благодарность руководителю кружка ЮИП – Анне Сергеевне Хижняковой за руководство работой, М.Г. Буш, А.Г. Буш, Р.А. Хряпину, д.б.н. Н.Б. Никитскому, к.б.н. И.О. Камаеву, А.В. Крупицкому, С.Э. Фарисенкову за помощь в определении жужелиц, а также Е. Князевой за помощь в сборе материала и всем членам кружка ЮИП за неоценимую помощь и поддержку.

1.      Маталин А.В. жизненные циклы жужелиц  (Coleoptera, Carabidae) западной  Палеарктики 

2.      Любчанский И,И., Беспалов А. Н., Пространственная гетерогенность населения жужелиц (Coleoptera, Carabidae) в градиенте леса и степи: локальный уровень рассмотрения

3.     Маталин А. В., 2012; Боховко Е. Е. исторические направления в формировании циклов развития

4.     Булгакова М.А., Русанов А.М., Карпова Г.В., Булгаков Е.А. Оценка роли карабидофауны (Coleoptera, Carabidae) как индикатора интенсивности зоогенного пресса. Вестник ОГУ №10 (159)/октябрь. Изд. Оренбургского у-та:`2013. С. 45-53

5.     Горностаев Г.Н. Определитель отрядов и семейств насекомых фауны России. М.: Логос, 1999. 176 с.

6.     Макаров К.В., Крыжановский О.Л., Белоусов И.А., Замотайлов А.С., Кабак И.И., Катаев Б.М., Шиленков В.Г., Маталин А.В., Федоренко Д.Н. Постоянно обновляемый Интернет-ресурс.

7.     Моролдоев И.В., Хобракова Л.Ц. Обзор сообществ жужелиц (Coleoptera, Carabidae) юга витимского плоскогорья. Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 4 (66). АГАУ, 2010. С. 45-49

8.     Определитель насекомых Европейской части СССР. Т. 2. Жесткокрылые и веерокрылые, 1965.

9.     Плавильщиков Н.Н. Определитель насекомых. Изд. 2. Учпедгиз, М.: 1950. 544 с.

10. Расницын А. П. Насекомые Московской области. Проблемы кадастра и охраны, Москва «Наука»,1988г.

11. Тимофеева Галина Анатольевна морфометрическая структура популяций жужелиц (Coleoptera, Carabidae) в антропогенных ландшафтах

12. Федоренко Д.Н. Фауна жужелиц (Coleoptera, Carabidae) Московской области. Насекомые Московской области. Проблемы кадастра и охраны. Под общей редакцией д.б.н. А.П. Расницына. М.: Наука, 1988. С. 20-46

13. Шарова И.Х. Жизненные формы жужелиц. «Наука», Москва 1981, 360 с.

14. Шарова И.Х. Фауна жужелиц (Coleoptera, Carabidae) Московской области и степень её изученности. – В кн.: Почвенные беспозвоночные Московской области. – М.: Наука, 1982. – с. 223 – 234

15. Якобсон Г.Г. Жуки России, Западной Европы и сопредельных стран, СПб, 1905-1916,с. 1024

16. Систематический список жужелиц (Carabidae) России.