Методы изучения суточных ритмов

Одна и та же активность может быть изучена с помощью измерений нескольких различных показателей. Различают три категории показателей уровня любой активности (и подвижности). Первая категория – относительное количество активных (подвижных) в данный момент времени особей. Вторая категория – количество поведенческих актов, совершаемых одной особью, группой особей или даже целой природной популяцией, наблюдаемых на протяжении определенного интервала времени (количество взлетов, спариваний, выходов из куколок, линек, количество нападающих на человека или прилетающих на свет насекомых данного вида за единицу времени). К третьей категории показателей, относятся числовые значения непосредственных или побочных результатов какого–то данного поведения за определенные интервалы времени. Примеры: количество поглощенной пищи, количество экскрементов, число отложенных яиц, число всплесков шума или сигналов актографа, вызванных движениями насекомых.

Отдельные показатели дают только фрагментарную картину ритма. Так, например, о ритме подвижности можно судить по количеству подвижных особей в лаборатории или в садках в поле, а также по числу особей, встреченных на данном участке или на данном маршруте. Однако количество подвижных особей может быть очень высоким при большой вялости их движений, в этом случае автоматическая запись с помощью актографа покажет низкий уровень подвижности. Возможно и то, что насекомые, оставаясь подвижными, перестанут попадаться на глаза наблюдателю. Другой пример. Вполне объективным методом измерения численности летающих насекомых кажутся всасывающие воздух ловушки. Однако в течение суток может изменяться как высота полета насекомых над уровнем земли, так и места скопления летающих насекомых.

Очевидно, что при описании любого ритма необходимо указывать измерявшиеся показатели. Наиболее полная картина ритма возникает только при сопоставлении нескольких показателей. Тем не менее, в зависимости от целей исследования часто и один показатель оказывается достаточно информативным. Ритмы разных показателей, характеризующие одну и ту же активность, более или менее коррелируют друг с другом, но их совпадение маловероятно. Так, активность откладки яиц может определяться по количеству особей, откладывающих яйца в данный момент времени, количеству кладок или яиц, отложенных за единицу времени, а также по числу особей, отложивших яйца на протяжении определенного интервала времени. Очевидно, что количество кладок за данный интервал времени будет зависеть не только от числа самок, откладывающих яйца, но и от продолжительности акта кладки. Количество же отложенных яиц будет соответствовать числу кладок только в том случае, если количество яиц в одной кладке постоянно.

Выбор показателя активности, а соответственно, и методики наблюдения, зависит от целей исследования, а также от возможностей наблюдателя. Подчеркнем, что конструирование автоматических приборов далеко не всегда оправдано. Если не ставятся какие–либо специальные цели, то наиболее просто и надежно провести визуальные наблюдения на протяжении 7–10 суток. Даже при круглосуточных наблюдениях для этого достаточно трех сменяющих друг друга наблюдателей.

Изучение суточного ритма невозможно без постоянного контроля за факторами среды. Если работа проводится в полевых условиях, желательно максимально приблизить место метеорологических наблюдений к тому месту, где находятся наблюдаемые насекомые. При этом прежде всего надо обратить внимание на освещенность, влажность и температуру воздуха.

При наблюдениях в лаборатории надо по возможности исключить неконтролируемые факторы, которые могут исказить ритм или даже полностью навязать насекомому ритм своих изменений. В любом случае наблюдаемый объект должен находиться в термостате или в термостатированной комнате. На постоянном уровне желательно поддерживать и влажность. Если объект должен находиться при естественном освещении, то необходимо учитывать разный суточный ход освещенности в зависимости от ориентации окон помещения по странам света. Очень нежелательно попадание на камеру с насекомыми прямых солнечных лучей, которые могут резко повысить температуру внутри нее. При искусственном освещении очень важно быть уверенным в том, что питающий лампу ток достаточно стабилен и не изменяется на протяжении суток.

Крайне важно полностью контролировать ход освещенности. Так, в наших опытах камера с жуками–коровками Coccinella septempunctata L. была освещена лампой, создававшей постоянную освещенность около 2 тысяч лк. В камере было укрытие, куда жуки могли уходить от света. Наблюдения проводились в лаборатории, где окно было почти полностью занавешено и проникавший слабый свет увеличивал днем освещенность камеры не более чем на 10 лк. В таких условиях ритм активности жуков был очень четким и соответствовал местному времени. Однако после полной изоляции лаборатории от света извне всякие проявления ритма тотчас же исчезли.

Наблюдая ритм выхода дрозофил и трихограмм м из куколок, можно убедиться, что достаточно исключительно слабого света в сотые доли люкса, проникающего в термостат через контрольный термометр или сквозь ничтожные щели между дверцей с резиновой прокладкой и корпусом, чтобы полностью исказились результаты эксперимента. Даже при соблюдении всех правил ритм в лаборатории никогда не бывает стабильным и его параметры изменяются изо дня в день. Одна из важнейших причин такой нестабильности – колебания атмосферного давления; другие возможные причины – колебания уровня ионизации воздуха, низко – и высокочастотные колебания электромагнитных полей, инфразвуки, влияние гравитационного поля Луны. Нестабильность ритма иногда связана со спонтанными изменениями физиологического состояния самого объекта.

Известна и другая группа причин, которая может быть значительной помехой при изучении ритмов. В первую очередь следует назвать вибрации и шумы, возникающие в результате деятельности людей (лифты, транспорт, открывание и закрывание дверей и т.д.). Другая причина – какие–либо летучие вещества, появляющиеся в лаборатории, в том числе и табачный дым. В связи с этим желательно изучать ритмы в лабораториях, расположенных в подвальных помещениях, не имеющих окон и возможно реже посещаемых людьми. Лаборатория также должна быть расположена возможно дальше от улиц, насыщенных транспортом.

Иногда для определения факторов, влияющих на ритм насекомых в естественных условиях целесообразно проводить эксперименты в месте обитания насекомых в природе. При этом летающие насекомые находятся в садке, а нелетающие в загоне, огороженном непроходимым для них заборчиком. Садки и загоны располагаются в поле, над ними подвешивают лампы накаливания или электронагреватели. Предусматривается также возможность искусственного затенения садков. В таких экспериментах насекомые находятся почти в естественных условиях, за исключением того, что пространство для их активности ограничено. При помощи ламп, нагревателей и затенения можно в любое время суток изменять освещенность и температуру в нужном направлении.