Los investigadores de CU Boulder han utilizado, por primera vez, la tomografía computarizada de rayos X (también conocida como tomografía computarizada) para mirar dentro de los enjambres de abejas.
por la Universidad de Colorado en Boulder
Los escaneos brindan una mirada más profunda a estos humildes insectos: las abejas, descubrió el grupo, no se agrupan en un grupo aleatorio. En cambio, parecen formar estructuras en forma de cúpula siguiendo reglas matemáticas sorprendentemente sofisticadas, o lo que los investigadores llaman una «ley de escala». Los resultados algún día podrían ayudar a los ingenieros a diseñar edificios más resistentes, o incluso enjambres de pequeños robots que se comporten de forma muy parecida a los insectos, dijo la autora principal del estudio, Orit Peleg.
Y las abejas pueden lograr todo esto a pesar de tener cerebros del tamaño de granos de arena.
«Estoy capacitado en física, y estas leyes no son obvias para mí», dijo Peleg, profesor asistente en el Instituto BioFrontiers y Departamento de Ciencias de la Computación en CU Boulder. «Pero las abejas de alguna manera saben cómo organizarse para mantener su estabilidad mecánica».
El grupo publicó sus resultados el 17 de octubre en la revista Scientific Reports .
Lograr que las abejas se quedaran quietas para sus radiografías requirió algo de trabajo, señaló Olga Shishkov, autora principal del estudio e investigadora postdoctoral en Peleg Lab en BioFrontiers.
Primero, los investigadores confiaron en las abejas reinas para persuadir a miles de abejas obreras a unirse a los enjambres en el laboratorio; estas estructuras, que a menudo cuelgan boca abajo, se parecen un poco a un molde de gelatina retorcido. Luego, el equipo hizo rotar esos enjambres frente a una pequeña máquina de TC desarrollada originalmente para hospitales veterinarios.
El esfuerzo fue un éxito: el método del grupo es tan preciso que se pueden identificar abejas individuales en los escaneos 3D. Las imágenes podrían brindar a los científicos una nueva herramienta para comprender cómo las abejas y otros insectos sociales crean tales «superorganismos» que cambian de forma.
«Una cosa que queremos saber es cómo responden las abejas a diferentes temperaturas», dijo Shishkov. «Si hace frío afuera, ¿cómo mantienen caliente el interior del enjambre? Si hace calor, ¿cómo se mantienen frescos?»
mirando adentro
Comienza con un viaje intrépido: Peleg explicó que cuando las colmenas de abejas se llenan demasiado, las abejas reinas volarán en busca de otro lugar para vivir. Las reinas traen consigo miles de abejas obreras, que ocasionalmente se agrupan alrededor de la reina para mantenerla a salvo: un detalle de seguridad ondulante y zumbante.
«Puedes encontrar estos enjambres colgando de casi cualquier tipo de superficie, desde árboles hasta bancos y automóviles», dijo Peleg. «Son magníficas pequeñas asambleas».
También son muy flexibles. En un estudio anterior, por ejemplo, Peleg y sus colegas sacudieron enjambres de abejas para tratar de imitar la fuerza de una ráfaga de viento. En respuesta, las abejas se aplanaron en forma de panqueque, ayudándolas a mantenerse estables en medio del tumulto.
Sin embargo, una cosa ha eludido al equipo de Peleg: «Hasta ahora, no hemos podido mirar dentro de un enjambre y ver qué está pasando».
Pon el peso sobre mi
Para hacer eso, el grupo, que incluye a las estudiantes de pregrado de CU Boulder Claudia Chen y Claire Allison Madonna, escaneó 11 enjambres de abejas que contenían entre 4,000 y 10,000 insectos.
Según los cálculos de los investigadores, un enjambre de abejas funciona un poco como una pirámide de porristas. Más abejas se agrupan alrededor de la base del enjambre, luego se reducen a medida que avanzan. Las abejas también parecen organizarse de modo que ninguna capa tenga que soportar más peso del que le corresponde. En términos matemáticos, la estructura sigue una ley de escala en la que cada capa soporta un peso que equivale aproximadamente a su propio peso elevado a una potencia y media.
«Lo que significa esta ley de escala es que cada capa termina usando la misma cantidad de su fuerza disponible que cualquier otra capa», dijo Shishkov.
En el mismo estudio, Shishkov y sus colegas probaron abejas para calcular cuánto peso podría cargar una sola abeja. Resulta que una abeja puede levantar alrededor de otras 35 abejas, en promedio. Las abejas en un enjambre solo levantan un máximo de otras cuatro abejas.
Las leyes de escala como la que descubrió el equipo son comunes en la naturaleza, explicó el coautor del estudio, Kaushik Jayaram. Entre los levantadores de pesas humanos, por ejemplo, la cantidad de mancuernas que puedes levantar tiende a variar según tu peso, una relación que sigue una fórmula matemática sorprendentemente consistente.
«El mismo tipo de leyes aparentemente se aplican a las abejas», dijo Jayaram, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady. «La existencia de esta ley de escala sugiere que podría haber principios generales de organización para estructuras como estas que aún no conocemos».
Shishkov, por su parte, disfrutó trabajar con las abejas: sin ningún suministro de miel para proteger, los pequeños insectos no la picaron (demasiado).
«Son sorprendentemente amigables en un enjambre», dijo Shishkov.
Más información: Olga Shishkov et al, La ley de escala de fuerza-masa rige la distribución masiva dentro de los enjambres de abejas melíferas,
Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-21347-5
