ОСЕНЬ: Осенняя естественнонаучная программа для школьников

Показать все фотографииСкрыть фотографии

Приглашаем детей на естественнонаучную программу!

Современный мир ставит перед специалистами в области естественных наук новые интереснейшие задачи. 

Как дать возможность достойной и здоровой жизни для все растущего населения планеты? Чем накормить вкусно, полезно и доступно? Где компромисс между естественной, не нарушенной природной средой и комфортом повседневной жизни? 

Востребованность в современном мире химиков, физиков, биологов, медиков подтверждается все растущими бюджетами на исследования и ежедневную работу таких специалистов. 

А какие горизонты открываются перед естествоиспытателями на полях фундаментальных научных исследований!

Но какую бы область человеческой деятельности не выбрал бы в будущем сегодняшний ученик, информация о том, как устроен окружающий мир, всегда будет помогать увидеть взаимосвязи, анализировать и принимать решения.

Структура программы

Каждый день мы будем выходить или выезжать на экскурсии. Четыре дня мы посвятим знакомству с окружающей нас природой по принципу «один день – одна экосистема».  В эти дни мы познакомимся с морской литоралью, морской сублиторалью, северной тайгой и верховым болотом. В один из шести дней мы проведем экскурсию на Беломорскую биологическую станцию МГУ, а один день мы посвятим научно-исследовательской работе.

Каждый участник программы выберет тему для исследований. Далее мы будем регулярно выделять время для исследований, сочетая это в расписании с другими занятиями, но в один из дней самостоятельная научная работа будет основным занятием.

Мы предлагаем такие темы исследований, которые позволят собрать научный материал в поездке и, для желающих, продолжить его обработку в школьных или домашних условиях после завершения программы. При определенном трудолюбии результат работы может быть оформлен для доклада на научной конференции для школьников, так и доведен до уровня научной публикации.

В вечернее время будут организованы факультативные занятия, среди которых будет практикум по зоологии беспозвоночных, которых мы будем собирать на морских экскурсиях или заказывать аквалангистам, а потом определять и изучать в лаборатории.

И конечно же, будут и костры с чаем и вкусняшками на природе, и баня, и время поиграть и пообщаться в хорошей компании на прекрасном берегу прекрасного Белого моря.

Ориентировочная программа по дням

1 день

Знакомство.  

Прибытие в туристический центр «Полярный Круг». 

Завтрак, размещение, инструктаж по технике безопасности. Отдых.

Рассказ о программе: что изучает биология? Понятие фундаментальной и прикладной науки. Зачем общество тратит средства на исследования в области биологии?

В первый день мы совершим морскую прогулку на остров Оленевский с костром, чаем и перекусом на острове. Биологическая экскурсия по литорали (приливно-отливной зоны моря).

Обед в лагере.

Практическое занятие в лаборатории по изучению микроскопических животных литоральной и сублиторальной зоны. 

Лекция: Где учат биологии?  8 факультетов только в МГУ! Как можно поделить предметные области биологии и смежных наук и как делятся факультеты на кафедры? 

Ужин.

Игры. Отбой.

2 день 

Экосистема: тайга. Стратегии выживания растений в условиях Арктики. 

Морская экскурсия на остров Кастьян.

Высадимся на берег и посмотрим на окружающий нас хвойный лес. Разберемся, что такое тайга, как живут и развивается таежные леса? Зачем нужна вечнозеленость? Соберем плоды, семена, споры различных растений. 

Занятие на острове: «Жизненные циклы растений. Семя – настоящий форпост по сравнению с одноклеточной спорой»

В октябре можно будет обнаружить большое количество плодов и семян. Если повезёт – спороносные части мхов. Участники узнают много интересного про пути эволюционного развития растений: переход к уменьшению гаметофитного этапа цикла в жизни растений, переход к разноспоровости и возникновение семени и пыльцы как приспособление к отсутствию капельно-жидкой воды для оплодотворения. Обсудим разнообразие приспособления семян к распространению (черника, сосна, берёза, репей и гравилат и т.д.). Для этого занятия мы будем использовать USB-микроскоп с планшетом. Изучим изучить спороносные органы грибов (нижние части шляпок), спороносные органы и органы вегетативного размножения лишайников (изидии и соредии) и другие части этих разнообразных организмов.

Рассказ о геологии самых древних горных пород на Земле. Возраст серых гнейсов, из которых сложен Кастьян 3 млрд лет. Что произошло с ними за это огромное время? Как оказались они на поверхности Земли? Чем сформирован облик Беломорских берегов: влиянием моря, ледниками, землетрясениями? На эти и многие другие вопросы постараемся ответить во время экскурсии по необыкновенно красивому необитаемому острову.

Лекция по теме: «Молекулярная биология». Какие вопросы встают перед современными молекулярными биологами? Был ли у всех живущих на Земле организмов общий предок? Можно ли его воссоздать? Что такое молекулярные часы?  

Ужин, баня.

3 день    

Знакомство с экосистемой озера.

Выход на озеро. Прогулка до истока реки Нильмы. Знакомство с гидротехническими сооружениями на небольшой таежной речке. История местного лесного промысла.

Практическое занятие: «Пресноводная гидробиология».

В Нильмоозере и реке Нильме под камнями и в щелях коряг живет множество интересных существ: личинки стрекоз, пауки-серебрянки, ручейники из семейства гидропсихиды, другие ручейники, рачки в планктоне и бентосе, одноклеточные водоросли. Очень интересен подробный разбор стратегий питания этих организмов в связи с их размерами. 

Возвращение в туристический центр. Обед. 

Лекция о теории эволюции. Взгляд на жизнь глазами эволюционного биолога. Эволюция вокруг нас и в нас самих. Примеры эволюционных изменений, видимых человеку за время своей жизни. Откуда жизнь на Земле? Почему мы такие умные, добрые и красивые? 

Вечером семинар – игра о профессиях будущего.

Участникам предлагается погрузиться в размышления и дискуссию на тему возможной деятельности через 100-300 лет. Вводная часть: рассказ про историю человечества, неолитическую революцию, индустриальную революцию и её суть, развитие искусства и медицины, развитие искусственного интеллекта и космических полётов и т.д.

Вопросы к каждому участнику, время на обдумывание – 5-10 минут.

1. Погружение в «обстановку»: представьте, что Вам 25-30 лет, Вы получили образование и выбрали себе профессию исходя из всего, что Вы можете представить через 15 лет.

2. Чем я занимаюсь? Какой мой основной род деятельности?

3. Как я развлекаюсь и отдыхаю?

4. Чем мой род деятельности полезен людям?

Опрос участников по данным вопросам.

Презентация тем самостоятельных работ. Выбор темы исследований.

4 день

День науки. 

Сбор материала по выбранной теме.

Обед в лагере.

После обеда: экскурсия в питомник ездовых собак и экскурсия в питомник северных оленей.

Лекция по теме «Зоология». Что изучает зоология? Кто такие «животные»? История развития зоологических знаний, современные исследования, что мы знаем и чего не знаем о животном мире.

Ужин. Игры, баня, отбой.

5 день

Самостоятельная работа.

Экосистема: планктон.

Берем планктонные сети и сачки. Достаем планктонные организмы с разных глубин: причала, на Морском пороге, в районе Крестовых островов. Планктон – микроскопический и гигантский. Кто на Земле производит больше всех кислорода? Уж не планктон ли? Примеры удивительных метаморфозов планктонных жителей.  

Обед. 

Экскурсия на Беломорскую Биологическую Станцию МГУ. Знакомство с историей ББС,  учебными и научными лабораториями и тематикой исследований, проходящих на биостанции.

Подготовка к презентации самостоятельных работ.

Ужин, игры, факультативы, баня.

6 день

Экосистема верхового болота.

Верховое болото можно назвать уникальным северным природным сообществом, кладовой солнца. Разберем основы фотосинтеза и дыхания, а также химические превращения кислорода, углекислого газа и органического вещества, образующихся на верховых болотах. Разберем, почему верховые болота являются одними из самых мощных доноров кислорода на планете и какое влияние на климат оказывает выделение в атмосферу больших объемов кислорода и метана одновременно. Промерим мощность торфяного слоя.

Поговорим про болотные растения и их адаптации к непростым условиям. 

И, конечно, оценим практическую пользу верховых болот: пособираем клюкву и бруснику. 

Подготовка к презентации самостоятельных работ.

Во второй половине дня: сообщения по темам самостоятельных работ.

Вечером дискуссия. Поговорим о путях развития человека и человеческого общества. 

Различные сценарии «конца света». Пути возможного эволюционного развития человечества. Какие опасности несет цивилизации нашему виду? Как обходить эти опасности? Как увеличить вероятность устойчивого развития нашей цивилизации на Земле.

Ужин. Завершение программы. Отъезд.

** Возможны изменения в ходе программы по погодным или другим условиям

Предлагаем следующие темы самостоятельной исследовательской работы во время школьной биологической практики в лагере «Полярный Круг» на побережье Белого моря.

Дендрохронологические исследования.

Методика высверливания и изучения кернов древесины из стволов сосен и елей известна достаточно давно. Тем не менее, на территории беломорской тайги можно собрать множество данных для оценки влияния разных факторов на рост деревьев. Наибольший интерес представляет взаимосвязь климатических данных и роста деревьев. Исследования в этом направлении могут принести значимые результаты в прогнозе климатических событий и оценке скорости возобновления лесных ресурсов для вырубки. Кроме того, в рамках вопросов фундаментальной науки с наличием методов изучения и измерения кернов под микроскопом представляется возможность оценить влияние разнообразных факторов среды на ширину светлых и тёмных колец древесины, на наличие «ложных колец» и т.д.

Предлагаем несколько тем из описанной области исследований:

1.  «Связь толщины годичных колец со среднемесячными температурой и количеством осадков за апрель, май, июнь и июль».

Методика включает добычу кернов преимущественно одного вида деревьев в примерно одних и тех же условиях инсоляции  и однотипных почв. Важно также взять керны из нескольких разных геолокаций, но с примерно одинаковыми условиями. 

Для примерной оценки связи климатических архивных данных для данной местности и скорости утолщения деревьев достаточно взять минимум 12 кернов. Данные измерения относительной или абсолютной ширины колец объект-микрометром (или окулярным микрометром) вносятся в электронную таблицу (Excel, SPSS, Statistica или GraphPad PRISM). Далее строятся графики и проводится анализ статистической значимости корреляции по Пирсену или Спирмену (в зависимости от того, распределены ли ширина колец и цифры конкретных климатических данных по модели Гаусса) между величинами «ширина кольца» и «средняя температура/влажность/осадки за апрель/май/июнь/июль» в связных выборках (взять несколько величин). При возникновении сложностей со статистической обработкой можно упростить анализ данных и сравнивать визуально «пики» и «провалы» на графиках ширины колец и на графиках климатических данных. В качестве примера климатических данных для изучения кернов сосен в «Полярном круге» можно использовать архивные метеоданные города Кандалакша.

Полевая часть работы может проходить под прямым руководством биологов лагеря «Полярный круг», дальнейший анализ и интерпретация результатов – под руководством специалистов из  института географии РАН. 

2.     Группа тем: «Связь средней толщины годичных колец для каждого дерева с условиями произрастания: почвенный разрез, освещенность, высота над уровнем моря, близость к морской воде, близость к пресному водоёму».

В рамках этой группы тем можно выделить сразу несколько направлений и отдельно изучить какое-то одно, например «Связь средней толщины годичных колец и почвенных условий произрастания сосен». Методика измерений и обработки данных здесь ограничивается сравнением среднего и стандартного отклонения для выборок сосен с разных биотопов. Для каждой пары параметров (южный склон – северный склон холма, ближе 10 метров к пресному водоему – дальше 100 метров, черничник – ягельник, сосны в скалах – сосны на ровной почве, наличие других деревьев в непосредственной близости - отсутствие и т.д.) формируется выборка из минимум 24 сосен (12 с одним показателем параметра и 12 с другим). И у этих сосен сравнивается средняя ширина кольца по всему керну. В зависимости от научных гипотез и мышления исследователя результаты могут быть интригующими. Здесь можно как проводить сравнение выборок по t-критерию Стьюдента или аналогичному непараметрическому критерию (в зависимости от распределения средней ширины колец от дерева к дереву по модели Гаусса), так и проводить корреляционное исследования по Спирмену или Пирсену. При возникновении сложностей со статистической обработкой данных достаточно сравнить средние величины и стандартные отклонения (можно на графиках) и показать, что есть тенденция к изменению ширины колец или она не обнаружена в ходе проверки гипотез.

Полевая часть работ может проходить под прямым руководством биологов лагеря «Полярный круг», дальнейший анализ и интерпретация результатов – под руководством специалистов из Института географии РАН.

3.     «Зависимость толщины сосны от ее возраста на разных биотопах: берег моря, тайга, верховое болото»

Для упрощения анализа данных в этой теме исследования можно ввести коэффициент 
Х, равный отношению диаметра сосны (D) к ее возрасту в годах (y). Х = D/y. Чем быстрее растёт сосна в ширину, тем больше коэффициент Х. Эту работу можно расширить на разные регионы Страны и другие участки Земного шара и проверить зависимость среднего коэффициента Х для разных широт и климатических зон.

Полевая часть работ может проходить под прямым руководством биологов лагеря «Полярный круг», дальнейший анализ и интерпретация результатов – под руководством специалистов Института географии РАН. 

Зоологические исследования

Одним из перспективных направлений морских исследований представляется изучение динамики численности и демографической структуры популяций массовых видов гидробионтов, имеющих широкий в планетарном масштабе ареал обитания и значимый вклад во взаимодействия внутри экосистемы. Интерпретация полученных в ходе таких исследований данных может дать как практически важные результаты в рамках прикладной научной деятельности, например, применимые для прогноза продуктивности видов гидробионтов, значимых для промысловой добычи, так и представлять интерес для широкого спектра вопросов фундаментальной науки, например, для изучения воздействия биотических и абиотических факторов на эволюцию организмов в разных условиях разных областей ареала обитания.

Предлагаем две темы из описанной области исследований.

1.     Изучение динамики возрастной структуры литоральных сообществ макомы Macoma balthica.

Двустворчатый моллюск макома широко распространен на литорали и в верхней сублиторали северной части Атлантического океана и западной части Северного Ледовитого Океана, включая Белое море. Макома является хорошо изученным видом и в силу этого очень удобна в качестве модельного объекта для изучения широкого спектра общебиологических закономерностей. Особенно хорошо изучена биология макомы на побережье Северного моря и в меньшей степени – на бергах Баренцева и Белого морей. Сравнение данных по демографической структуре популяций в Белом море с аналогичными данными из других участков ареала обитания макомы может дать интересную базу для изучения различных общебиологических закономерностей. Например, существует гипотеза, что в чем благоприятнее для вида абиотические факторы среды обитания, тем больший относительный вклад в естественный отбор вносят биотические факторы в сравнении с абиотическими. Первым шагом такой работы должно быть наблюдение за изменением демографической структурой макомы на выбранном научном полигоне в течение, как минимум, года. Сравнение полученных результатов с аналогичными данными, полученными на побережье Северного моря, может показать достоверную разницу в смертности маком в разные сезоны года. Если таковая разница будет выявлена при сравнении картин динамики демографических структур популяций, то будет целесообразным преступать к следующему этапу исследований: созданию экспериментальных площадок с ограниченным доступом хищников, поедающих маком, например, креветок Crangon. Возможно, анализ полученных данных первого этапа работы выявит и совсем иные закономерности и натолкнёт на новые цели и задачи для дальнейших исследований. Методически полевая часть работы состоит из выбора подходящих пробных площадок на песчаной литорали Белого моря, взятия на них проб песка, промывания песка на ситах, отбора маком, сортировки их по размерным группам, измерения размеров моллюсков, определения возраста методом подсчета годовых колец и занесения полученных материалов в базу данных. Технически можно отделить измерение размеров и определение возраста, забрав зафиксированный материал в город для дальнейшей обработки в камеральных условиях в лабораторном, школьном или домашнем пространстве.

Полевая часть работы может проходить под прямым руководством биологов лагеря «Полярный круг», дальнейший анализ и интерпретация результатов – под руководством научного сотрудника Зоологического института РАН, к.б.н. Софьи Назаровой.

2.     Изучение динамики численности, вертикального распределения и демографической структуры копеподы Calanus glacialis.

Копеподы, или веслоногие рачки, составляют более 90% биомассы арктического планктона. На представителей рода Calanus – самого крупного представителя копепод арктического планктона – приходится от 40% до 60% северной планктонной биомассы. В Белом море обитает только один из трех арктических видов этого рода – Calanus glacialis. Эта копепода служит пищей беспозвоночным, рыбам, птицам, китам. Видимо, калянус – доминирующий по биомассе консумент Белого моря и один из доминирующих видов среди консументов Северного Ледовитого океана. Вместе с этим существует очень мало данных о том, как он зимует в Белом море. Достаточно подробно описано распределение и демографическая структура популяции калянуса в Белом море с июня по сентябрь, в меньшей степени изучен калянус в октябре, есть отдельные данные по февралю, марту и апрелю, собранные во время экспедиций 1961-62 годов. Совсем недавно появились немногочисленные данные по маю, полученные при участии детей лагеря «Полярный Круг» в 2023 году, совсем отсутствуют данные по остальным месяцам – ноябрю, декабрю и январю. Про калянуса в эти месяцы интересно и актуально абсолютно всё: на каких глубинах, в каких количествах он обитает, на каких стадиях жизненного цикла находится, чем питается. Сложность изучения калянуса в осенне-зимне-весенний период состоим в том, что в это время года он держится на достаточно больших глубинах и далеко от берега, что и создает сложности во взятии проб планктона в тот период, когда большая часть судов, способных обеспечить такую работу, еще не начали навигацию или уже ее завершили. Возможности современных малых, но мореходных катеров «Полярного Круга» позволили нам взять пробы планктона с глубины 150 метров в мае, что дало интересные новые данные по жизненному циклу калянуса. Мы планируем повторить этот опыт в ноябре и феврале – в то время года, ко которому данные по вертикальному распределению и демографической структуре популяции калянуса пока отсутствуют. Методически полевая часть работы состоит из выходов в море на катере, взятии проб планктона сетью с глубины около 150 метров, первичной обработки проб и их фиксации, идентификации стадий жизненного цикла калянуса, количественного подсчета и измерении особей, занесения полученных материалов в базу данных. Технически можно провести все действия с зафиксированными пробами в камеральных условиях в лабораторном, школьном или домашнем пространстве.

Полевая часть работы может проходить под прямым руководством биологов лагеря «Полярный круг», дальнейший анализ и интерпретация результатов – под руководством старшего научного сотрудника Института океанологии РАН, к.б.н. Ксении Николаевны Кособоковой.

Организационная информация по программе

Руководитель программы:  Михаил Сафонов, кандидат биологических наук.

Список вещей, которые необходимо ребенку взять с собой, приведен здесь. Наличие всех перечисленных позиций обязательно для радостного и безопасного участия в программе!

Стоимость участия в программе на ближайший сезон приведена в прайс-листе .