El mismo modelo matemático que explica cómo crecen los cristales también puede explicar cómo las abejas tropicales sin aguijón construyen panales en formas en espiral y en varias terrazas, según un estudio publicado el miércoles en el Journal of the Royal Society Interface .

Las abejas del género Tetragonula se especializan en hazañas sofisticadas de arquitectura construidas a partir de células hexagonales de cera de abejas. Cada célula individual es tanto el lugar de aterrizaje para un huevo como un bloque de construcción para estructuras que pueden crecer hasta 20 niveles de altura, informa Brandon Specktor para Live Science . Las colmenas de las abejas sin aguijón pueden tener varias formas, incluidas pilas de círculos en forma de ojo de buey, una espiral, una espiral doble y un grupo de terrazas desordenadas.

Cuatro imágenes de panales de abejas sin aguijón
Según el documento: "Peines de dos especies de la abeja sin aguijón Tetragonula mostrando estructuras de (a) patrones objetivo (Tetragonula carbonaria), (b) espirales (Tetragonula carbonaria), (c) espirales dobles (Tetragonula carbonaria) y (d) terrazas más desordenadas (Tetragonula hockingsi) ". Fotos de (a) Elke Haege; (b – d) Tim Heard. (Diario de la interfaz de la Royal Society)

Cómo y por qué las abejas construyen las formas complejas sin ningún plano ha dejado perplejos a los científicos, pero los investigadores muestran que cada abeja individual podría estar siguiendo algunas reglas simples.

"Cada abeja sigue básicamente un algoritmo", dijo a Live Science Julyan Cartwright, experto en matemáticas de la naturaleza en el Consejo Nacional de Investigación de España . Cuando cada abeja sigue las mismas reglas en una parte diferente de la colmena, surge un patrón general.

Y Cartwright había visto las mismas reglas antes, agrega. El patrón también aparece en los moluscos de nácar, que Cartwright estudió antes de pasar a las abejas. Y ambos siguen un patrón, estudiado por primera vez en la década de 1950, de cómo se forman los cristales en espiral.

"Uno de nosotros - Antonio Osuna, me mostró algunas fotos de los panales de abejas y me quedé enganchado", dice Cartwright ScienceAlert ‘s Jacinta Bowler. "A partir de entonces, se trató de determinar cómo aparecen estos patrones en el caso de las abejas, y pudimos tomar ideas que habíamos desarrollado al observar el crecimiento de los cristales y cómo los moluscos producen nácar (madreperla), ambos de los cuales muestran patrones en espiral y objetivo muy similares a los de las abejas ".

Todas las abejas usan bloques de construcción hexagonales, que tienen el perímetro más corto de formas que se ajustan entre sí, lo que las convierte en el uso más eficiente de cera. Pero Cartwright y sus coautores descubrieron que un modelo informático de abejas sin aguijón podría imitar a sus contrapartes naturales siguiendo dos reglas simples.

La colmena digital comenzó con una celda, y luego las abejas obreras tenían dos opciones: o podían agregar otra celda en el lado donde crecía la colmena, pero ligeramente por encima de las otras; o podrían apilar su celda en la parte superior de la capa inferior, siempre que estuviera lo suficientemente lejos del borde. El modelo de computadora produjo las mismas formas de colmena que las abejas crean en la naturaleza.

Diagramas de modelado del papel
Según el documento: "Estas ecuaciones representan una superficie helicoidal con un radio decreciente de abajo hacia arriba e inclinan α en las direcciones radial y azimutal". (Silvana SS Cardoso et. Al. 2020 a través de la Royal Society)

Los investigadores cambiaron variables como la aleatoriedad de nuevas adiciones a un borde creciente para producir diferentes patrones finales. En cristales, escriben, esta aleatoriedad es análoga a las impurezas, que causan diferentes formas. En las abejas, la aleatoriedad afecta las habilidades de los insectos digitales para colocar hexágonos planos con sus vecinos.

Hay 31 especies de abejas Tetragonula , nativas de Oceana . Y las abejas a menudo se diferencian por el patrón de colmena que crean. Los investigadores sugieren que los detalles de las reglas de las abejas obreras individuales podrían estar genéticamente codificados para crear la estructura compleja en la que su especie es mejor.

El entomólogo Tim Heard le dijo a Elaina Zachos en National Geographic en 2018 que aún se desconoce el beneficio exacto de la forma en espiral para las abejas, pero podría mejorar el flujo de aire a través de la colmena o ayudar a la abeja reina a navegar mejor a su casa.

Pero en esencia, el modelo de computadora muestra que los patrones de las abejas todavía se basan en las reglas químicas esenciales que gobiernan toda la materia en la Tierra.

"El crecimiento de cristales y la construcción del peine de abejas son dos sistemas que operan dentro de esferas muy diferentes de la ciencia", escriben los investigadores en su artículo. “Entonces, ¿qué lleva a las estructuras similares? Esta es la belleza de la aplicabilidad de las matemáticas a la naturaleza ".