Cómo es posible que la abeja Apis mellifera vuele

Como ingeniero aeronáutico, me intriga la forma de volar de la abeja Apis mellifera…»Se han tardado más de 70 años en desvelar los mecanismos por los que vuela una abeja, debido a su compleja aerodinámica no estacionaria»

Como ingeniero aeronáutico, no pude dejar de preguntarme ¿cómo vuela la abeja Apis mellifera? Al acercarme al conocimiento sobre las abejas, te toca el corazoncillo este comentario del curso de apicultura online de Ecocolmena “Aerodinámicamente el cuerpo de una abeja no está hecho para volar“

Introducción:

He estado investigando y parece que es algo que comentó un entomólogo francés a principios de los años 30 del siglo XX. Desde entonces, se ha entendido ya el vuelo de las abejas Apis mellifera. En un estudio que hizo la Academia de las Ciencias de Estados Unidos se comprobó que el vuelo de las abejas es muy distinto al resto de los insectos.

En 1934, los entomólogos franceses August Magnan y André Sainte-Lague concluyeron, tras un análisis matemático muy simple, que el vuelo de las abejas era imposible. Sin embargo, las hipótesis que plantearon en su modelo se han demostrado con el tiempo que eran erróneas.

Cuando se ha examinado la eficiencia aerodinámica de las alas de los insectos en túneles de viento, han dado como resultado un valor muy pequeño como para crear la sustentación necesaria para el vuelo recto, nivelado y estacionario del insecto.

¿Cómo vuela un insecto?

Sin embargo, cuando se analiza su funcionamiento desde un punto de vista transitorio, esta conclusión cambia radicalmente.

Se ha verificado que en el vuelo de los insectos, se forma un torbellino en la punta del ala que, lejos de desprenderse del ala, permanece adherido a esta hasta aproximadamente la mitad del movimiento de bateo, consiguiendo generar la suficiente fuerza aerodinámica como para producir el vuelo.

Además, el movimiento de inversión del movimiento, cuando el ala alcanza el punto más bajo y tiene que volver a subir, contribuye también a generar sustentación.

¿Cómo vuela una abeja Apis mellifera?

La abeja vuela básicamente manteniendo una frecuencia constante de aleteo de aprox. 250 batidas por segundo. Aunque este valor puede variar en función de la temperatura del aire (Que afecta su densidad) La amplitud de dicho aleteo es muy pequeña frente a otros insectos.

Aerodinámica de vuelo

Durante el vuelo, los insectos suelen realizar un movimiento de bateo (o movimiento vertical de las alas) unido a otro de torsión, como consecuencia de las fuerzas aerodinámicas y de inercia que actúan sobre las alas.

En el caso de los insectos, las alas se mueven por músculos longitudinal y verticales situados en el tórax, de tal manera que al contraer de forma secuencial dicha musculatura, se consigue subir y bajar las alas.

La fuerza aerodinámica que efectúan las alas dependen de la velocidad al cuadrado de la punta del ala que, a su vez, depende de la frecuencia de bateo y de la longitud del ala, que en el caso de la abeja es de alrededor de 9.7 mm.

La amplitud de dicho movimiento ronda, en general, entre los 145º y los 165º, consiguiendo la mayor fuerza de sustentación a medio recorrido, que es cuando las alas consiguen su mayor velocidad.

Normalmente, cuando más pequeño es un insecto, mayor tiene que ser la frecuencia de bateo de sus alas, ya que la eficiencia aerodinámica se reduce con el tamaño. Los mosquitos, por ejemplo, alcanzan frecuencias de bateo de hasta 400 veces por segundo.

Sorprendente vuelo de abeja Apis mellifera

Sorprende, sin embargo, el caso de las abejas, donde al ser insectos de gran tamaño se esperaría que tuvieran una frecuencia de bateo relativamente baja.

Sin embargo, se ha comprobado que alcanzan, de media, unos 230 bateos por segundo, cifra que puede incrementarse o reducirse dependiendo de la temperatura del aire.

Por ponerlo en contexto, la mosca de la fruta, que tiene un tamaño 80 veces menor que la abeja, no llega a los 200 bateos por segundo. (ver video)

Experimento científico

Esto intrigó a los científicos y en el año 2005, un equipo del Instituto de Tecnología de California (CalTech) realizó un experimento para entender el vuelo de las abejas (ver video).

A diferencia de otros insectos, que baten las alas con ángulos que van de los 145 a los 165º, las abejas lo hacen solo con 90º, lo que parece insuficiente para que su rechoncho cuerpo vuele.

Para compensar esta ineficiencia, la abeja se ve obligada a incrementar de forma significativa su frecuencia de bateo hasta las 230 veces por segundo. Esto ha hecho que también la musculatura involucrada en su vuelo sea muy distinta al resto de los insectos.

El peso de la abeja se puede incrementar de modo significativo cuando se produce el transporte de polen o néctar de la flor al panal. Esto supone que hay que generar una fuerza aerodinámica mayor para acometer el vuelo.

Esta fuerza se consigue incrementando el ángulo de bateo desde los 90º hasta los 135º, pero siempre manteniendo constante su frecuencia.

Difícil vuelo

Las abejas puede que tengan el peor sistema de todos los seres vivos voladores. ¿Cómo es posible que las abejas vuelen?

Esta ineficiencia trae como consecuencia que la abeja tenga que hacer un esfuerzo considerable para poder volar y tenga que llevar encima una reserva energética importante para poder completar el vuelo.

Esto solo se puede justificar bajo la abundancia de sustancias nutritivas que la rodean (néctar, miel, etc.)

También es característico de aves como el colibrí, que poseen una baja eficiencia aerodinámica y un alto esfuerzo energético. Pero que compensan con la abundancia de energía que les proporciona el néctar de las flores.

A pesar de ello, las abejas son capaces de volar a velocidades de hasta 24 km/h. Y realizar maniobras más o menos complejas de aproximación a la flor o al panal.

Vuelo muy ineficiente con un consumo muy alto de energía

La amplitud, del vuelo horizontal, es de cerca de 90 grados, pero se puede incrementar hasta los 135 grados cuando la abeja va cargada de polen y néctar.

La aerodinámica de su vuelo es muy compleja y se basa en interacciones transitorias o pulsos de presión que permiten crear sustentación y volar.

De ahí que no se entendiera su vuelo en los años 30, ya que no se disponía en aquella época de las técnicas de medición moderna.

El aterrizaje de vuelo de la abeja Apis mellifera

Científicos de la Universidad de Queensland (Australia) han estudiado la técnica de aterrizaje de la abeja.

Han comprobado que prefieren aterrizar sobre superficies inclinadas unos 60º. Curiosamente, coincide con la inclinación de muchas flores que utilizan a las abejas para su polinización.

En superficies planas o poco inclinadas, las abejas tienden a posarse con las patas traseras, dejando caer con suavidad el resto del cuerpo.  De hecho, se ha verificado que cuando las abejas vuelan rápido, su cuerpo permanece horizontal.

Cuando reducen su velocidad o realizan vuelo estacionario, inclinan su abdomen hacia abajo y las patas y las antenas cuelgan en un ángulo de 60º. Por ello, la abeja encuentra mucha facilidad para aterrizan en superficies con esta misma inclinación, como se puede apreciar en este vídeo.

Superficie inclinada y vertical

Sin embargo, si la superficie está muy inclinada o vertical, el procedimiento cambia. En esas circunstancias, las abejas emplean sus antenas, que son las primeras en tomar contacto con la pista de aterrizaje.

Después, cuando las antenas han evaluado el lugar de aterrizaje, la abeja se decide a posarse y lo hace con sus patas delanteras. Entonces se agarra a la superficie y lentamente, posa el resto de su cuerpo: primero, las patas centrales y después, las traseras.

Resumen

La abeja tiene una técnica de vuelo muy ineficiente comparada con la de los insectos o las aves en general. Pero que le permite tener una gran maniobrabilidad.

Esta ineficiencia le supone a la abeja un consumo muy alto de energía, que se puede permitir al tomar sustancias muy energéticas como el néctar.

Conclusiones

El complejo mecanismo de vuelo de la abeja ha sido un misterio por más de 70 años. Pero es un problema ya resuelto gracias a los ensayos en túnel de viento y la instrumentación avanzada que disponemos hoy en día. Aprende más de los sentidos de las abejas y como percibe la abeja su ambiente

Referencias:

• Flight Of The Bumble Bee Is Based More On Brute Force Than Aerodynamic Efficiency
• La importancia de las abejas es tal que incluso la NASA tiene una web sobre ella: NASA – HoneyBee Net
• A bit about wings
• Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight (PDF)

Artículo El Vuelo de la abeja por Alberto García Pérez, Ingeniero Aeronáutico y alumno del curso de apicultura de Ecocolmena