EEUU. Harvard. Cómo las abejas se mantienen frescas en los calurosos días de verano

viernes 22 de marzo de 2019
Fuente:
https://www.seas.harvard.edu/content/how-bees-stay-cool-on-hot-summer-days

Cómo las abejas se mantienen frescas en los calurosos días de verano

Detectando la estrategia de ventilación de las abejas.

POR LEAH BURROWS

Si alguna vez has pasado por un nido de abejas en un caluroso día de verano, probablemente has estado demasiado concentrado evitando que te picen, en lugar de detenerte a preguntarte cómo se mantienen frías todas esas abejas. No se preocupe, los científicos de Harvard han desafiado a los aguijones a preguntar y responder esa pregunta por usted.

Cuando hace calor dentro del nido, las abejas usan sus alas como ventiladores para extraer el aire caliente y permitir que el aire más fresco se mueva hacia adentro (Video cortesía de Jacob Peters / Harvard SEAS)

Las abejas viven en cavidades grandes y congestionadas de nidos, a menudo en huecos de árboles con aberturas estrechas. Cuando hace calor dentro del nido, un grupo de abejas se arrastra hacia la entrada y usa sus alas como ventiladores para extraer el aire caliente y permitir que entre el aire más fresco. La pregunta es, ¿cómo se auto organizan las abejas en estas unidades de ventilación? ?

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson deHarvard (SEAS) y del Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva (OEB) han desarrollado un marco que explica cómo las abejas utilizan señales ambientales para agrupar colectivamente y ventilar continuamente la colmena.

"A lo largo de milenios, los insectos sociales como las abejas han evolucionado para aprovechar y explotar flujos y fuerzas y resolver colectivamente problemas fisiológicos como la estabilización mecánica, la termorregulación y la ventilación en escalas mucho más grandes que el individuo", dijo L Mahadevan , Profesor de Matemáticas de Matemáticas Aplicadas , Física, y Biología Organísmica y Evolutiva, y autor principal del estudio. "Una combinación de medidas y modelos computacionales cuantifican y explican cómo las abejas fanáticas crean un patrón de flujo emergente a gran escala para ventilar sus nidos".

"Hemos demostrado que las abejas no necesitan un plan sofisticado de reclutamiento o comunicación para mantener sus nidos frescos", dijo Jacob Peters, becario postdoctoral en SEAS y OEB, y primer autor del artículo. "En cambio, la respuesta de abejas individuales a las variaciones de temperatura y la física del flujo de fluidos conduce a su organización espacial colectiva, que conduce a una solución de enfriamiento eficiente".

El artículo se publica en el Journal of the Royal Society Interface .

Los experimentos comenzaron en los días de perros del verano de 2017. Durante el transcurso de varias semanas, Peters, Mahadevan y ex becario postdoctoral en SEAS Orit Peleg monitorearon un grupo de colmenas hechas por el hombre en la Estación de Campo Concord de la Universidad de Harvard.

El equipo de investigación midió la temperatura, el flujo de aire dentro y fuera del nido y la posición y densidad de las abejas que se abanican en la entrada del nido. Observaron que, en lugar de extenderse por toda la entrada del nido, las abejas se agruparon en las áreas más cálidas y mantuvieron esas áreas, que tenían la mayor salida de aire, separadas de las áreas más frías con la mayor entrada de aire. Es importante destacar que encontraron que diferentes abejas tenían diferentes umbrales de temperatura por encima de los cuales comenzarían a abanicar, de modo que colectivamente eran mejores para responder a las variaciones de temperatura.

Para determinar cómo se organizan las abejas para enfriar sus nidos, los investigadores midieron la temperatura, el flujo de aire dentro y fuera del nido y la posición y densidad de las abejas que se abanican en la entrada del nido. (Imagen cortesía de Jacob Peters / Harvard SEAS)

Al modelar el sistema, los investigadores descubrieron que todas estas conductas estaban relacionadas con la física ambiental del nido. El abanico hacia afuera permite a las abejas sentir la temperatura del nido aguas arriba; Los diferentes umbrales de temperatura permiten una ventilación más continua y temperaturas de colmena más estables; y, debido a la física de la fricción y el flujo, la agrupación para separar la entrada del flujo de salida permite que entre más aire fresco al nido debido a la física de la fricción y el flujo.

"Nuestro estudio demuestra cómo aprovechar la dinámica del entorno físico permite la organización a gran escala de un proceso fisiológico", dijo Peleg, quien es coautor del documento y ahora es profesor asistente en la Universidad de Colorado Boulder.

"Aunque esta es una historia centrada en la física, la variación biológica con raíces en la genética y la evolución probablemente juega un papel importante para que este sistema funcione", dijo Peters. "Nuestra teoría sugiere que la variabilidad individual en el umbral de temperatura no solo conduce a una temperatura de colmena más estable, sino que también esta diversidad es crítica para la estabilidad del patrón de comportamiento de ventilación que se requiere para una ventilación eficiente".

"En todo, desde los grandes sistemas HVAC hasta los ventiladores que refrescan nuestras computadoras, los sistemas autoinspirados y de inspiración biológica pueden adaptarse y responder a las demandas específicas mejor que los sistemas actuales", dijo Peters.

"Más ampliamente, nuestro estudio destaca, una vez más, la necesidad de considerar tanto a los organismos biológicos como a sus entornos físicos para comprender la riqueza de la ecofisiología colectiva, un sello de la vida misma", dijo Mahadevan.

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Cie