Выработка условных рефлексов у аквариумных рыбок гуппи

16

Муниципальное учреждение «Каменское управление народного образования»

Районный конкурс исследовательских работ

и проектов младших школьников «Дебют в науке»

МОУ «Каменская ОСШ №3»

Класс 5

Направление: окружающий мир

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Выработка условных рефлексов у аквариумных рыбок гуппи

Руководитель: Яцкова Елена Александровна

учитель биологии первой квалификационной категории

Ученица: Шаповалова Алина Николаевна

Каменка 2013

Содержание

Введение …………………………………………………………………………..3

Глава 1. Теоретическая часть

1. Учение И.П.Павлова об условных и безусловных рефлексах……….4

2. Исследования рефлексов у рыб…………………………………………..5

3. Общая характеристика аквариумных рыбок гуппи………………….8

Глава 2. Практическая часть

2.1. Выработка условного рефлекса у аквариумных рыб

на красный и синий цвет………………………………………………………..10

Заключение………………………………………………………………………..12

Список литературы………………………………………………………………13

Приложения

Введение

Аквариум - это на первый взгляд небольшой сосуд с водой для содержания в нем водных животных и растений. (Приложение 1, Рис. 3) А на практике - это целый источник знаний для юных исследователей. Чуть более года назад в моем аквариуме появились 8 рыбок гуппи, которых мне подарили. На сегодняшний день их численность составляет более 100 особей. Привычный режим школьника включает в себя ежедневное просыпание по утрам с будильником, включающийся свет и целая череда приготовлений. Как правило, я стала кормить рыбок сразу после включения света. Со временем я обратила внимание, что рыбки стали просыпаться вместе со мной и после звонка будильника и включающейся лампы активно суетиться возле стекла в ожидании вкусного завтрака. Меня заинтересовал вопрос: как объяснить такую смекалистость существ с небольшим головным мозгом, ведь до меня график их питания был существенно другим? Не вредит ли аквариумным рыбкам смена хозяина и условий кормления? Оказалось, что такое поведение объясняется условными рефлексами. Поэтому я поставила перед собой цель:

выработать условные рефлексы на красный и синий цвет у аквариумных рыбок гуппи. Для этого мною были определены следующие задачи:

• изучить историю открытия рефлексов у животных и

• выяснить, какими бывают рефлексы у аквариумных рыб

Объектом исследования являются аквариумные рыбки гуппи. Предметом исследования стали условные рефлексы аквариумных рыбок гуппи. Апробация результатов исследования проводится на домашних аквариумных рыбках гуппи в количестве 110 особей. Практическая ценность работы заключается в применении результатов исследования в уголке живой природы школы, в качестве дополнительного материала на уроках биологии, заседаниях школьного экологического отряда и других внеклассных занятиях.

Работа состоит из введения, главы теоретической части с 3 параграфами, главы практической части, заключения, списка использованной литературы, приложений.

Глава 1. Теоретическая часть

1. Учение И.П.Павлова об условных и безусловных рефлексах

Рефлекс (от лат. reflexus - повёрнутый назад, отражённый) - реакция организма, осуществляемая нервной системой в ответ на воздействие внешних или внутренних раздражителей. Представление о рефлексах было впервые выдвинуто Р. Декартом, относившим их к автоматическим непроизвольным действиям. И. М. Сеченов доказал, что «все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы» Эта концепция была развита И. П. Павловым, создавшим учение о безусловных и условных рефлексах. [7, 9]

Павлов Иван Петрович (1849 - 1936) - академик, профессор физиологии, знаменитый русский ученый, творец учения об "условных рефлексах". Главный его труд - "Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности (поведения) животных" (сборник статей, речей, докладов) - вышел в свет в 1923 г. И. П. Павлов и его ученики впервые дали точное экспериментальное подтверждение теоретическим взглядам Сеченова, отца русской физиологии. Предметом непосредственных наблюдений Павлова была работа слюнных желез у собак. Известно, что в силу врожденного рефлекторного механизма собака выделяет слюну, когда ей в рот попадет пища; это - натуральный или "безусловный" рефлекс. Опыты Павлова обнаружили, что если всякий раз при кормлении собаки зажигать электрическую лампочку (или давать звонок), то между нервным механизмом зрительного аппарата и рефлекторным механизмом выделения слюны установится определенная связь. В результате повторения подобных опытов уже один вид лампочки сам по себе, без принятия пищи, вызовет слюноотделение. Образуется новая связь, новый путь в нервной системе, "привычка"; это и есть то, что Павлов называет "искусственным" или "условным" рефлексом. Безусловные рефлексы врождены, постоянны (инстинкты), условные - непостоянны, временны, приобретены (опыт, привычка). Биологическое значение условно-рефлекторной связи огромно: индивидуализируя ответы организма на внешние раздражения, она бесконечно утончает его ориентировку в окружающем мире. Изучая результаты своих простых опытов над собаками, Павлов пришел к мысли, что вся психическая деятельность есть не что иное, как совокупность рефлексов, т.-е. закономерных ответов на внешние раздражения. [1]

Возникновение рефлексов связано с появлением отдельных нервных клеток, взаимодействующих друг с другом посредством синаптических контактов. Дальнейшая специализация рефлексов происходит с появлением и усложнением центральной нервной системы (ЦНС). Биологическое значение рефлексов состоит в поддержании функциональной целостности живого организма и постоянства его внутренней среды (гомеостаз), а также в обеспечении эффективного взаимодействия организма с внешней средой (адаптивное поведение). [8, 9]

Вывод. У всех животных выделяют два вида рефлексов: врожденные (безусловные) и приобретенные (условные)

2. Исследования рефлексов у рыб

В ответ на различные раздражители внешней среды, воспринимаемые органами чувств, рыбы отвечают довольно ограниченным числом двигательных реакций: подплывают или уплывают, ныряют, схватывают пищу ртом, избегают препятствий, которые мешают проплыванию, и т. д. Световой раздражитель в зависимости от его яркости и качественного состава действует различно на рецепторы глаз рыбы и вызывает соответствующий нервный импульс, который передается по чувствительным нервам в мозг, а отсюда рефлекторно устремляется по двигательным нервам к коже. Расположенные в коже рыб пигментные клетки (хроматофоры) под влиянием нервных импульсов претерпевают изменение вследствие расширения или сокращения пигментных зерен или их перемещений в хроматофорах. От этого и происходит рефлекторное изменение цвета тела. В естественных водоемах с разнообразной окраской грунта рыбы инстинктивно держатся в подходящих для себя местах, но в случае вынужденного перемещения в иную обстановку (например, в водоем с однообразным цветом дна, не совпадающим с их окраской) они могут приспосабливаться к новым условиям посредством описанного выше рефлекторного изменения окраски кожи. И в том, и в другом случаях выживаемость вида обеспечивается тонким, как выражался И. П. Павлов, "уравновешиванием организма со средой", достигаемого деятельностью нервной системы. Цвет грунта в природных условиях служил рыбам сигналом безопасности, так как, только попадая на его фон, они становились менее заметными для врагов, и их здесь реже преследовали хищники.

Рыбы способны различать не только цвет, но и форму, а также величину движущихся предметов. Например, на вид пинцета, с которого рыбы берут корм, с течением времени вырабатывается условный пищевой рефлекс. Вначале рыбки пугаются погруженного в воду пинцета, но, получая с него каждый раз корм, они через некоторое время начинают доверчиво подплывать к пинцету, вместо того чтобы уплывать. Это означает, что у рыб выработался условный рефлекс на пинцет как на раздражитель, совпадающий с безусловным раздражителем-кормом. В данном случае пинцет служит сигналом пищи. При регулярном кормлении рыб из коробочки они начинают реагировать не только на приближение к аквариуму кормящего человека, но и на вид коробочки. Если передать коробочку человеку, стоящему по другую сторону аквариума, то рыбы направляются туда же. Это означает, что у них выработался условный рефлекс на фигуру человека с коробочкой как на обобщенный образ, играющий в целом роль сигнала пищи. [5]

Условные рефлексы на звуковые раздражители. Любители аквариумов хорошо знают, как можно приучить рыбок собираться у поверхности воды на сигнал постукивания по стенке. Исследователи, отрицающие слух у рыб, утверждают, что рыбы приплывали лишь тогда, когда видели приходящего к пруду человека или когда его шаги вызывали сотрясение почвы. Однако этим не исключается участие звука в качестве одной из частей комплексного раздражителя. Вопрос о слухе рыб долгое время оставался спорным, тем более, что рыба не имеет ни улитки, ни основной мембраны Кортиева органа. Он был решен положительно лишь объективным методом условных рефлексов (Ю. Фролов, 1925). Опыты были поставлены на пресноводных (карась, ерш) и морских (треска, бычок) рыбах. В небольшом аквариуме испытуемая рыба плавала на нитке, привязанной к капсуле воздушной передачи. Эту же нитку использовали для подведения к телу рыбы электрического тока, вторым полюсом служила лежащая на дне металлическая пластинка. Источником звука являлась телефонная трубка. После 30 - 40 электрических ударов образовывался слуховой условный защитный рефлекс. При включении телефона рыба ныряла, не ожидая электрического удара. Обнаружили также, что выработка одного условного рефлекса облегчала образование последующих. [4]

Условные рефлексы на световые раздражители. Разнообразные условные рефлексы на пищевом подкреплении вырабатывали при дрессировках рыб с целью изучить их зрение. Если кормить макроподов красными личинками хирономид, то вскope рыбки набрасывались на стенку аквариума, когда снаружи к стеклу приклеивали комочки красной шерсти, сходные по размерам с личинками. На зеленые и белые комочки тех же размеров микроподы не реагировали. Если же кормить рыбок катышками белого хлебного мякиша, то они начинают хватать оказавшиеся в поле зрения белые шерстяные комочки. О высоком развитии зрительного восприятия карпа свидетельствует его способность различать окраску предмета даже в разных условиях освещения. Такое свойство константности восприятия проявилось у карпа и в отношении формы предмета, реакция на который оставалась определенной, несмотря на его пространственные преобразования.

Сложные пищедобывательные рефлексы. Для лучшего сравнения показателей условно-рефлекторной деятельности разных видов животных используют естественные пищедобывательные движения. Таким движением для рыб является схватывание подвешенной на нитке бусинки. Первые случайные схватывания подкрепляют кормом и сочетают со слуховым или зрительным сигналом, на который образуется условный рефлекс. Такой условный зрительный рефлекс, например, был образован и укреплен у карася за 30-40 сочетаний. Также была выработана дифференцировка по цвету и условный тормоз. Однако повторные переделки сигнального значения положительного и отрицательного раздражителей оказались чрезвычайно трудной задачей для рыб и даже приводили к расстройствам условно-рефлекторной деятельности. [2]

Вывод. У аквариумных рыб можно выработать различные условные рефлексы: на свет, на цвет и форму предметов, на время и др.

1.3. Общая характеристика аквариумных рыбок гуппи

Домен: Эукариоты

Царство: Животные

Тип: Хордовые

Класс: Лучепёрые рыбы

Отряд: Карпозубообразные

Семейство: Пецилиевые

Род: Пецилии

Вид: Гуппи

Международное научное название

Poecilia reticulata (Peters, 1859)

Гу́ппи [3] (лат. Poecilia reticulata) - пресноводная живородящая рыба. Гуппи обладают ярко выраженным половым диморфизмом - самцы (Приложение 1, Рис. 1) и самки (Приложение 1, Рис. 2) отличаются по размеру, форме, и окраске. Размер самцов 1,5-4 см, стройные, породистые особи часто с длинными плавниками. Окраска часто яркая. Размер самок 2,8-7 см, с увеличенным брюшком, в анальной области которого видна икра. Плавники всегда пропорционально меньше чем у самцов. Самки из природных мест обитания и многих пород серые с выраженной ромбической сеткой чешуи, за что вид и получил своё название: reticulum с лат. - сетка, сеточка. [6]

Самая популярная и неприхотливая аквариумная рыбка. В домашнем аквариуме населяет все слои. В неволе живёт дольше и вырастает больше, чем в природе. В аквариумах чаще всего содержатся различные породы гуппи либо результат их смешения.

Гуппи получили своё название в честь английского священника и учёного Роберта Джона Лемчера Гуппи, который в 1886 году сделал доклад перед членами Королевского общества, в котором рассказал о рыбках, не мечущих икру, а рожающих живых детенышей. [6]

Оптимальной температурой воды является +24 °C. Выживают в диапазоне от +14° до +33 °C. Площадь аквариума для одной пары гуппи - 25×25 см при уровне воды около 15 см. Они всеядны - нуждаются в мелкой пище как животного происхождения, так и растительного. Главным образом это простейшие, коловратки (филодина, аспланха); ракообразные (циклоп, дафния, моина, личинки комаров - коретра, мотыль); куколка комара; низшие растения (хлорелла, спирулина), а также некоторые водорослевые обрастания. Для взрослых рыб необходимо устраивать один-два разгрузочных дня в неделю (когда рыб не кормят).

Выводы по главе 1.

1. Значительный вклад в изучение рефлексов внес И.П.Павлов

2. Для выработки условного рефлекса необходимо длительное совместное действие безусловного и условного раздражителей

3. У рыб можно выработать несложные условные рефлексы на свет, звук, двигающийся объект, время, размер и цвет предметов и др.

4. Гуппи - неприхотливые живородящие аквариумные рыбы, удобные для проведения исследований.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Выработка условного рефлекса у аквариумных рыб на красный и синий цвет

Для успешного проведения эксперимента по выработке условного рефлекса необходимо соблюдать следующие требования:

1. Кормить рыбок в разное время, иначе вырабатывается условный рефлекс на время.

2. Первым должен действовать условный раздражитель - в данном случае это предмет красного или синего цвета

3. Условный раздражитель опережает по времени или совпадает с безусловным раздражителем - пищевым (кормом)

4. Условный раздражитель и кормление сочетаются несколько раз

5. Условный рефлекс считается выработанным, если рыбки при появлении условного раздражителя приплывают к стенкам аквариума (Приложение 2, Рис. 4, 5.)

Опыт проводится с аквариумными рыбками гуппи. В момент проведения эксперимента их насчитывается 110 особей. До начала эксперимента они содержались в одном аквариуме, т.е. в одинаковых условиях: время кормления, температурный и световой режим, состав и количество воды. У всех особей выработался один и тот же условный рефлекс: утром (в 6.30 часов) после сигнала будильника на мобильном телефоне и включения света наступало кормление. Все особи одновременно подплывали к краю аквариума в ожидании пищи. В течение дня свет включали по надобности, но не каждый раз это заканчивалось кормлением рыб.

Для проведения эксперимента, т.е. выработки условного рефлекса на красный и синий цвет (кормление после появления коробочки с красной крышечкой или синего воздушного шарика) рыб разделили на 3 части (поселили в 3 аквариума). Контрольная группа (30 особей) содержалась в прежних условиях (сроки и условия кормления не изменились). Первая экспериментальная группа (40 особей) утром после прежних сигналов не получала корма. Кормление наступало после появления у стенок аквариума коробочки с красной крышечкой и большая часть рыб обратит на нее внимание. В перерывах между кормлениями у стенок аквариума держали синий воздушный шарик, рыбы к нему подплывали, но кормления не происходило.

Вторая экспериментальная группа (40 особей) - наоборот: после появления синего воздушного шарика рыбы получали корм. В промежутках между кормлениями у стенок аквариума на несколько минут появлялась красная коробочка, рыбы к ней подплывали, но корма не получали.

Со временем у первой и второй экспериментальной групп особей выработался условный рефлекс на кормление после появление предмета красного или синего цвета соответственно. Результаты эксперимента отражены в таблице 1.

Таблица 1. Дневник наблюдений

Дата

Время подачи условного раздражителя и кормления

Примерное время приближения рыб к стенкам аквариума

1 группа

2 группа

1 группа

2 группа

02.01

07.00

07.30

6 ,5 минут

6 ,5минут

09.01

14.45

14.25

5 минут

5 ,5 минут

16.01

16.30

16.00

4 ,5 минуты

4 минуты

23.01

07.00

07.20

3 ,5 минуты

3 минуты

30.01

15.00

15.50

2 минуты

2,5 минуты

06.02

17.00

17.30

1 минута

1,5 минута

13.02

15.00

15.10

30 секунд

50 секунд

20.02

07.10

07.20

10 секунд

20 секунд

27.02

14.30

14.50

10 секунд

10 секунд

ИТОГ

выработан рефлекс на определенный цвет

Выводы по главе 2.

1. Для выработки условного рефлекса у аквариумных рыбок гуппи необходимо соблюдение определенных условий

2. В ходе эксперимента выработан условный рефлекс у аквариумных рыбок гуппи на красный и синий цвет

3. Условные рефлексы способствуют приспособлению организмов к условиям среды (в данном случае - условиям кормления)

Заключение

Аквариум - маленький мирок, дающий уникальную возможность перенести в дом кусочек природы, где всё согласовано, живёт в гармонии, развивается, меняется, раскрывая себя наблюдателю. Этот хрупкий мир целиком зависит от хозяина, т.к. без его постоянной заботы и внимания он погибнет.

У высокоорганизованных животных, имеющих центральную нервную систему, существуют две группы рефлексов: безусловные (врожденные) и условные (приобретенные). Рефлексы имеют важное приспособительное значение для сохранения целостности организма, полноценного функционирования и постоянства внутренней среды. У аквариумных рыб можно выработать всевозможные условные рефлексы на различные раздражители: время, свет, цвет и форму предметов и др. В ходе проделанного эксперимента были сформированы условные рефлексы у аквариумных рыбок гуппи на красный и синий цвет на основе безусловного (пищевого).

В данной работе рассмотрен пример выработки лишь одного условного рефлекса. Приобретенные знания дают начало широкому спектру возможностей для научного познания законов природы и совершенствования собственных знаний.

Список литературы

1. Биологический энциклопедический словарь. Гл. ред. М. С. Гиляров. 2-е изд., исправл.- М.: Сов. Энциклопедия, 1986. - 381с.

2. Коган А.Б. Основы физиологии высшей нервной деятельности. 2е изд. , перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988. - 368 с.

3. Михайлов В.А. Все о гуппи и других живородящих. Популярные рыбы. Издание 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Светоч Л, 1999. - 96 с.

4. Мадди Харгров, Мик Харгров. Аквариумы для "чайников". - 2-е изд. - М.: «Диалектика», 2007. - С. 256.

5. Объединенный научный совет "Физиология человека и животных" (Академия наук СССР). /под ред. Черниговского В.Н. - М.: Наука, 1970.

6. Решетников Ю. С., Котляр А. Н., Расс Т. С., Шатуновский М. И. Пятиязычный словарь названий животных. Рыбы. Латинский, русский, английский, немецкий, французский. /под общей редакцией акад. В. Е. Соколова. - М.: Рус. яз., 1989. - С. 183.

7. Фролов Ю.П. И.П. Павлов и его учение об условных рефлексах. Гос. изд. биологической и медицинской литературы, 1936 - 239с.

8. dic.academic.ru/dic.nsf/biograf/5090

9. books.google.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рис. 1 Самец гуппи

Рис. 2 Самка гуппи

Рис. 3 Аквариумные рыбки гуппи

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рис. 4 Выработка условного рефлекса на красный цвет

Рис.5 Выработка условного рефлекса на синий цвет