Racimos de abejas en la rama de un árbol. Crédito:Jacob Peters, Orit Peleg / Universidad de Harvard
Si es una mala idea patear un nido de avispas, ciertamente es una mala idea sacudir un enjambre de abejas. A no ser que, por supuesto, es para la ciencia.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard pasó meses sacudiendo y haciendo sonar enjambres de miles de abejas melíferas para comprender mejor cómo las abejas colaboran colectivamente para estabilizar las estructuras en presencia de cargas externas.
La investigación se publica en Física de la naturaleza .
"Nuestro estudio muestra cómo los sistemas vivos aprovechan la física para resolver problemas complejos en escalas mucho mayores que las del individuo, "dijo L. Mahadevan, la Profesora Lola England de Valpine de Matemáticas Aplicadas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, Catedrático de Biología Organísmica y Evolutiva (OEB), y profesor de Física y autor principal del estudio. "Demostramos que las abejas pueden aprovechar la fisicalidad del medio ambiente y resolver un problema de estabilidad mecánica global mediante el uso de sensores y acciones locales".
Esta investigación sigue un trabajo anterior del grupo que mostró cómo las abejas también pueden mantener colectivamente la temperatura de un grupo utilizando sensores y actuadores locales para evitar el sobrecalentamiento o el sobreenfriamiento.
Los enjambres de abejas se forman cuando una abeja reina ataca con un gran grupo de abejas obreras para formar una nueva colonia. Mientras los exploradores buscan una nueva ubicación para el nido, la colonia forma un medio de vida, estructura respiratoria, hecho de sus propios cuerpos, en la rama de un árbol cercano. Estos racimos mantienen su estructura y estabilidad durante días en presencia de viento, lluvia y otras cargas externas.
"La pregunta principal de nuestra investigación fue:dado que las abejas individuales probablemente solo pueden sentir sus interacciones con sus vecinas, ¿Cómo hacen cambios para mantener la estructura general del clúster? ", dijo Orit Peleg, ex becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo.
Peleg es ahora profesor asistente de informática en la Universidad de Colorado — Boulder.
Los investigadores construyeron un enjambre de abejas uniendo una abeja reina enjaulada a un tablero móvil y esperando que las abejas obreras se agruparan a su alrededor. Una vez que se formó el grupo, los investigadores simularon el viento agitando la tabla horizontal y verticalmente.
Observaron que el enjambre comienza con una estructura en forma de cono, con cierta altura y superficie de base. Cuando se agita horizontalmente, las abejas crean un cono más plano al disminuir la altura y aumentar el área de la base. Cuando el temblor se detenga, vuelven a su forma original.
Las abejas saben en qué dirección moverse porque responden a los cambios locales de sus vecinos.
"Las abejas individuales pueden saber la dirección de la cepa en función de su conexión con sus vecinas, "dijo Jacob Peters, quien recientemente defendió su Ph.D. en OEB, y co-primer autor del artículo. "Debido a que las tensiones en el enjambre son más altas en la parte superior del enjambre, donde está conectado a la sucursal, o en este caso, el tablero, ellos saben moverse hacia arriba. Todas las abejas suben juntas porque están influenciadas por este gradiente, por lo que conduce a un movimiento coordinado ".
La configuración experimental consiste en un motor que impulsa una tabla de madera, en el que se forma un grupo de abejas alrededor de una abeja reina enjaulada. La placa se puede mover en el eje horizontal o vertical a diferentes frecuencias y amplitudes. Crédito:Jacob Peters, Orit Peleg / Universidad de Harvard
Imagínese jugando Ring-a-Round-the-Rosy con los ojos vendados. No sabes en qué dirección se mueven todos en el círculo, pero sabes la dirección en la que se mueve tu vecino porque estás sosteniendo su mano. No sabes cuando todos se caen pero sabes cuando caer porque tu vecino se cae. Como abejas en un enjambre, sigue las señales asociadas con la tensión local de su vecino.
Cuando el racimo se aplana durante la agitación horizontal, El reparto de carga de las abejas individuales aumenta, pero la colonia en general es más estable, similar a agacharse cuando el suelo tiembla. Los investigadores pudieron imitar este comportamiento en una simulación por computadora al imponer reglas a nivel local.
Los investigadores también encontraron que cuando las abejas se agitaban verticalmente, el cúmulo no adaptó su forma porque las variaciones locales en las deformaciones fueron menores.
Esta investigación podría tener implicaciones más amplias sobre cómo pensamos en los algoritmos de control y las máquinas colaborativas.
"Cuando construimos máquinas o materiales, utilizamos algoritmos de control simples que son de arriba hacia abajo, donde tiene un comando centralizado que controla todas las partes móviles de la máquina, ", dijo Peters." Pero en este sistema, las abejas están logrando este cambio coordinado de forma sin un controlador central. En lugar de, son como un conjunto de agentes distribuidos con sus propios controladores y tienen que encontrar una forma de coordinarse sin una comunicación explícita de largo alcance. Al estudiar este tipo de sistemas, podría inspirar nuevas formas de pensar sobre el control distribuido de los sistemas en contraposición al control centralizado tradicional ".
