Introducción
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.
Sin embargo, cuando se analiza su funcionamiento desde un punto de vista transitorio, esta conclusión cambia radicalmente. Se ha comprobado 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 ésta 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.
El análisis de estos fenómenos transitorios revelan una aerodinámica del vuelo de los insectos muy compleja, producido por torbellinos, que no estaban considerados por la teoría simplista de los entomólogos que llegaron a la conclusión de que el vuelo de las abejas era imposible. Tras casi 70 años de incertidumbre, gracias a las técnicas de medición moderna, no disponibles en aquella época, ahora ya entendemos y explicamos perfectamente la mecánica del vuelo de las abejas, por lo que se considera ya un problema resuelto. Aunque todavía sujeto a investigación por las ideas que pudiera proporcionar la naturaleza al diseño de microrobots voladores.
Aerodinámica del 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 realizan 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, consiguiéndose 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 ala, ya que la eficiencia aerodinámica se reduce con el tamaño. Los mosquitos, por ejemplo, alcanzan frecuencias de bateo de hasta 400 veces por segundo.
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).
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, video). A diferencia de otros insectos, que baten las alas con ángulos que van de los 145 a los 165º, las abejas lo hacen sólo con 90º, lo que parece insuficiente para que su rechoncho cuerpo vuele. Para compensar esta ineficiencia y poder volar, 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 forma significativa 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.
Esto hace que las abejas tengan seguramente el peor sistema de todos los seres vivos voladores. 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 sólo se puede justificar bajo la abundancia de sustancias nutritivas que la rodean (néctar, miel etc). Esto 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 capacidad de volar a velocidades de hasta 24 km/h y realizar maniobras más o menos complejas de aproximación a la flor o al panal.
Por otro lado, se ha comprobado que las alas de las abejas tienen una duración limitada, que se estima en alrededor de unos 800 km. Con el tiempo, los bordes de las alas comienzan a deteriorarse y a mermar su capacidad de vuelo, haciendo que sea necesaria más energía para poder mantenerse en el aire, precisamente cuando la abeja es más viejo. Esto parece que conduce al cambio en el rol de la abeja dentro del enjambre, donde pasaría a vivir las 2-3 últimas semanas de su vida realizando otras actividades.
El aterrizaje
Científicos de la Universidad de Queensland (Australia) han estudiado la técnica de aterrizaje de la abeja, comprobando que prefieren aterrizar sobre superficies inclinadas unos 60º, que 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 comprobado que cuando las abejas vuelan rápido, su cuerpo permanece horizontal, pero 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.
Sin embargo, si la superficie está muy inclinada o vertical, el procedimiento cambia. En esas circunstancias, las abejas utilizan 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 superfice y, lentamente, posa el resto de su cuerpo: primero las patas centrales y después, las traseras.
Conclusión
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.
De su análisis, podemos concluir que la técnica de vuelo de la abeja es muy ineficiente, lo que le obliga a batear sus alas a una frecuencia muy por encima de otros insectos de similar tamaño. Esta ineficiencia requiere que la abeja tenga que hacer un esfuerzo considerable para volar, que sólo justifica su acceso a sustancias altamente energéticas como es el néctar de las flores.
Su técnica de vuelo también es distinta al resto de insectos, ya que la frecuencia a la que bate sus alas es constante, lo que la obliga a incrementar o reducir el ángulo de dicho bateo entre los 90º y los 135º (muy por debajo del resto de los insectos) dependiendo de que se encuentre en vuelo horizontal o vuele cargada de néctar/polen.
Referencias:
Ref_1: https://beeinformed.org/2018/08/13/a-bit-about-wings/
Ref_2: https://www.pnas.org/content/pnas/102/50/18213.full.pdf
Ref₃: https://espace.library.uq.edu.au/data/UQ_246216/UQ246216_OA.pdf?dsi_version=6e46258f72672b59118f30b1482f1aff&Expires=1590296914&Key-Pair-Id=APKAJKNBJ4MJBJNC6NLQ&Signature=HQw7TjJg~TJseIvxBFrBshMt8j8JKCMeQ975Q8qHUHCddqzaqBnvjpV35s0BYDG7mzcbc-axuAEH-HQb~rwb-0LdRjSL9Sp2z2wpuD1C3bPeZQn4ESX3qidpsFU0CrXovuFOIPseamaJMQI4QCNXtMmKkFI-6CVQZZJHTD41oXOZSwqacu8-nXUo8a~BSsjD-sx3fCAJdE-Ffee~oOCHs60H69szyynRdX1mJJn6MAj86UhuxD7HOhdHM9eKvYkcacaxbE~sLjRCOcyZjHzzJBl~~bVhmA5drKlhp4qot9cDRJt6uCmV9ucH0tDwE9Lfm8lvxZ1EeJUr5OnPIMjvlg__