Edukacja środowiskowa - Wydział Biologii UW

Studia Podyplomowe dla nauczycieli drugiego przedmiotu – Biologia
Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii
Edukacja środowiskowa
ĆWICZENIE I
Opracował: dr Marcin Zych
droga i niezbyt opłacalna forma „współpracy”.
W trakcie ewolucji zaczęła jednak przynosić
korzyści obu stronom. Najcenniejsze części
kwiatu – zalążki – w roli nagrody za zapylenie
zastąpił tańszy pyłek, nektar czy też inne
korzyści (nie tylko pożywienie) oferowane
przez rośliny okrytozalążkowe. Przykładem
ciekawego układu, w którym roślina oferuje
owadom tylko substancje zapachowe, może być
przypadek pszczół z rodzaju Euglossa
i storczyków z rodzajów Actineta, Gongora lub
Coryanthes: samce odwiedzają kwiaty
storczyków dla kwiatowych „perfum”, których
używają do wabienia samic.
Obok owadów funkcję zapylaczy
przejęły także niektóre kręgowce – szczególnie
ptaki (np. kolibry i cukrzyki), a wśród ssaków
np. nietoperze. Zwiększenie efektywności
transportu pyłku przyniosły także zmiany
morfologiczne w obrębie kwiatu i kwiatostanu,
pozwalające ograniczyć liczbę taksonów
zwierząt odwiedzających konkretny gatunek
rośliny, czasem wręcz – zmusić zwierzę do
określonego zachowania na kwiecie lub
oszustwem wymusić na nim akt zapylenia (jak
storczyki z rodzaju dwulistnik).
Wydawać by się mogło, że ideałem w
takich przypadkach byłaby sytuacja: jeden
gatunek rośliny-jeden zapylacz, jednak
paradoksalnie w naturze niewiele jest takich
przykładów (figowce, niektóre storczyki).
Łatwo to wyjaśnić, jeśli weźmiemy pod uwagę
niestabilność środowiska – może się zdarzyć, że
z nieprzewidzianych przyczyn (choroba lub
pasożyty dziesiątkujące gatunek, anomalie
pogodowe, kataklizm itp.) populacja zapylacza
wyginie – w takim wypadku gatunek rośliny,
jeśli nie wykształcił innych sposobów
rozmnażania, także narażony jest na wymarcie.
W przypadku owadów szczególnie ważne są
„Z
racji praw natury, wiążących je
nierozerwalnie z ziemią, z powodu swej
nieruchomości mają rośliny do zwalczenia
nierównie więcej trudności w rozmnażaniu niż
zwierzęta. Toteż zazwyczaj uciekają się do
sztuczek, podstępów i forteli, a nawet
wynalazków mechanicznych, które uprzedzają
niejednokrotnie wynalazczość ludzką i każą
przypuszczać znajomość balistyki, awiacji oraz
trafną obserwację zwyczajów i budowy
organicznej owadów.”
Maurycy Maeterlinck
Ewolucyjne próby usprawnienia
mechanizmów rozmnażania płciowego są jedną
z przyczyn obecnie istniejącego bogactwa roślin
kwiatowych (istnieje ich ok. 300 tys.
gatunków). Organem zaś, który pozwala obejść
większość tych trudności jest kwiat. Oprócz
funkcji płciowych (słupki i pręciki) i
ochronnych (płatki i działki kielicha),
poszczególne części kwiatu pełnią ważną rolę w
procesie zapylania.
Większość nagozalążkowych (np. sosny
czy świerki) to gatunki wiatropylne. Strategia
taka wymaga produkcji dużej liczby gamet
męskich (pyłku) i powoduje, że osobniki tego
samego gatunku muszą żyć w skupiskach aby
zminimalizować straty wynikające z losowego
roznoszenia ziaren pyłku przez prądy powietrza.
Okrytozalążkowe od początku swego
istnienia związały się z innymi przenośnikami
pyłku – zwierzętami. Uważa się, że w roli
pierwszych zapylaczy występowały owady
podobne do dzisiejszych chrząszczy, zaś układ
zwierzę-roślina był zacznie bardziej
jednostronny, owady zjadały po prostu różne
części kwiatów, a do zapylenia dochodziło
niejako przez przypadek. Dla roślin była to
1
również częste zmiany liczebności populacji
między kolejnymi latami. Dlatego też wiele
okrytozalążkowych nie jest tak wybrednych,
a przystosowania dotyczą raczej grupy zwierząt
(np. pszczoły, motyle nocne, kolibry) lub
wielkości osobnika niż konkretnego gatunku.
Które kwiaty podobały się najbardziej i
dlaczego?
Czy wszystkie kwiaty były dostępne dla
każdego owada?
Z których najłatwiej się jadło?
Czemu służą kwiaty puste – niezawierające
żadnej nagrody?
Gra edukacyjna
„Jak żerują zapylacze?”
Zostań obserwatorem
zapylaczy – badania terenowe
Przystosowania w układach roślina
zapylacz dotyczą także zwierząt i wiążą się
m.in. z budową ich narządów gębowych. Na
przykład chrząszcze mają narządy gębowe typu
gryzącego, nie potrafią więc skutecznie żerować
na nektarze ale chętnie zjadają np. pyłek lub
inne „solidne” części kwiatów, natomiast
motyle mające długie ssawki korzystają z
nektaru zbierającego się głęboko w długich
rurkowatych ostrogach kwiatów lub
rurkowatych kwiatach. Poniższa gra ma
zobrazować sposoby żerowania różnych grup
zapylaczy.
Aby sprawdzić preferencje pokarmowe
podstawowych grup zapylaczy możemy
urządzić proste badania terenowe wykorzystując
rośliny występujące dziko lub uprawiane w
pobliżu szkoły. Obserwacje przeprowadzamy na
trzech-czterech gatunkach roślin różniących się
morfologią kwiatów. Wybór zależy od pory
roku, w której przeprowadzamy zajęcia.
Najlepiej wybrać jeden gatunek o kwiatach
talerzykowatych – łatwo dostępnych dla
owadów (np. jaskry, dzikie róże, marchew),
dzwonkowatych (dzwonki, rozwary, krokusy,
dynie), rurkowatych – rośliny z rodziny
złożonych (np. astry) i grzbiecistych (wargowe
lub motylkowe – fasola, jasnota). Oczywiście
każdy z tych kwiatów może być odwiedzany
przez dziesiątki trudnych do rozpoznania
gatunków, zatem aby uprościć obserwacje
stosujemy proste kategorie: mucha (wszystkie
muchówki oprócz byzgów), trzmiel, pszczoła
(wszystkie pszczoły oprócz trzmieli), motyl,
chrząszcz. Dzisiejsze ćwiczenia
przeprowadzane są bardzo późno w sezonie,
więc wybór kwitnących roślin jest już mocno
ograniczony. Naszymi „obiektami badawczymi”
będą:
Materiały: sztuczne kwiaty – butelki, słoiki,
miseczki z krepinową koroną (płatkami). W
naczyniach sok, woda, cukier, rodzynki, pestki
słonecznika, niektóre mogą być puste. Na
płatkach mąka. Niektóre kwiaty można
‘poperfumować’ aromatami kuchennymi –
waniliowym, rumowym, arakowym itd.
Narządy gębowe – krótkie i długie słomki do
napojów
• Dzielimy grupę na trzy zespoły: pszczół,
motyli i chrząszczy.
• Pszczoły dostają krótkie słomki i mogą
używać rąk, motyle mają długie słomki i nie
używają rąk, natomiast chrząszcze nie
dostają słomek i nie używają rąk.
(opcjonalnie dla młodszych dzieci można
przygotować odpowiednie ‘skrzydełka’).
• Przez 5-10 min. owady żerują w przypisany
im sposób,
• Następnie sprawdzamy gdzie osadziła się
mąka oraz próbujemy odpowiedzieć na
poniższe pytania:
1. Tojad (rodzina jaskrowatych) – kwiat
grzbiecisty
2. Aster nowoangielski (rodzina złożonych) –
kwiat rurkowaty, kwiatostan koszyczek
3. Powojnik (rodzina jaskrowatych) – kwiat
talerzykowaty
4. Ogórecznik pospolity (rodzina
szorstkolistnych) – kwiat trąbkowaty
Do czego w kwiatach służy mąka?
2
• Następnie po uśrednieniu wyników
Badania przeprowadzamy w następujący sposób
• Dzielimy grupę na kilka mniejszych 4-5
osobowych zespołów
• Każdy z zespołów przez 10 min. notuje
wszystkie zaobserwowane odwiedziny
owadzie na przygotowanym wcześniej
formularzu. Najwygodniej jest zaznaczać
każdego zauważonego owada z danej grupy
(np. mucha) jako kreskę, pięć owadów z jednej
grupy to kwadrat z jedną przekątną (jak przy
liczeniu punktów w grze w siatkówkę).
uzyskanych przez wszystkie grupy,
przygotowujemu słupkowy wykres częstości
odwiedzin. Ten etap pracy nastąpi na
następnych zajęciach.
Wzór formularza
Roślina:
Obserwowane owady
ile?
suma
Mucha
Mucha
pszczołopodobna
(Bzyg)
• Każda z grup przeprowadza obserwacje
kolejno na wszystkich oznakowanych
roślinach w następującej kolejności:
Pszczoła
Trzmiel
Motyl
grupa I 1-2-3-4
grupa II 4-3-2-1
grupa III 2-4-1-3
grupa IV 3-1-4-2
Chrząszcz
inne
Przygotowanie do Ćwiczenia II
Bogactwo gatunkowe i różnorodność biologiczna zbiorowisk roślinnych
jednak w jednym z nich dominuje tylko jeden
gatunek (np. 90% wszystkich osobników w
zbiorowisku), a w drugim liczebnośc osobników
każdego gatunku jest podobna (powiedzmy po
10%), różnorodnośc biologiczna tego drugiego
będzie znacznie wyższa (metody porównywania
różnorodności biologicznej zostaną omówione
na następnych zajęciach).
Zastanówmy się jednak od czego zależeć
może bogactwo gatunkowe? Jednym z ważnych
czynników zmieniających (zwykle
zmniejszających!) bogactwo gatunkowe (ale
także oczywiście róznorodność) zbiorowisk
roślinnych jest antropopresja.
Zbiorowisko roślinne, w sensie
ekologicznym, to zbiór róznych, wzajemnie
powiązanych i oddziałujących na siebie
gatunków roślin, zasiedlających konkretne
siedlisko. Zbiorowiska roślinne określane są
zwykle przez najbardziej dominująca gatunki
lub charkterystyczne cechy siedliska: np.
zbiorowiska borowe, łąkowe, słodkowodne itp.
Jednym z interesujących parametrów
ekologicznych zbiorowisk roślinnych (ale także
zwierzęcych, owadzich etc.) jest ich
różnorodność biologiczna. Parametr ten określa
różnorodność organizmów na róznym poziomie
organizacyjnym w danym zbiorowisku, często
jednak bywa rozumiany po porostu jako liczba
gatunków obecnych w danym siedlisku. Proste
liczenie gatunków (bogactwo gatunkowe) nie
jest jednak zwykle dobrą miarą różnorodności
biologicznej. Jako przykład weźmy dwa
zbiorowiska liczące po 10 gatunków każde – ich
bogactwo gatunkowe jest jednakowe – jeżeli
Zadaniem jest porównanie bogactwa
gatunkowego roślin zielnych wzdłuż gradientu
siedliskowego.
•
3
Dzielmy grupę ćwiczeniową na trzy
zespoły
•
•
W wyznaczonym miejscu, wzdłuż
rozciągniętej liny (transektu) lub w
wyznaczonych punktach każdy z
zespołów dokonuje zliczenia wszystkich
gatunków roślin zielnych w trzech
okręgach o średnicy 1m2 (lub innych
wyznaczających jednakową
powierzchnię) wyznaczonych wokoło
palików ustawionych na początku, w
środku i na końcu transektu.
•
Do przeprowadzenia badań wybieramy
miejsca różniące się nasłonecznieniem,
wilgotnością, nachyleniem stoku,
sposobem uzytkowania (koszenie,
wydeptywanie), etc.
Po przeprowadzonych spisach
uśredniamy wyniki dla każdego punktu i
przeprowadzamy dyskusję (na
następnych zajęciach).
Literatura
• BRAMBLE J.E., 1995. Field methods in ecological investigations for secondary science teachers.
Missouri Botanical Garden.
• PROCTOR M., YEO P. & LACK A., 1996. The natural history of pollination. Harper Collins London.
• SZAFER W., 1969. Kwiaty i zwierzęta. Zarys ekologii kwiatów. PWN Warszawa.
• WEINER J., 1999. Życie i ewolucja biosfery. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa
• ZYCH M., 2001. Kwiaty i zwierzęta, czyli historia pewnego układu. Biologia w Szkole 3 (274): 137143.
• ZYCH M., 2004. Podstępy dwulistnika. Świat Nauki nr 4 (2004 r.): 16-17.
4