Como ingeniero aeronáutico, me intriga la forma de volar de la abeja Apis melifera…….

«Se han tardado más de 70 años en desvelar los mecanismos por los que vuela una abeja, debido a su compleja aerodinámica no estacionaria»

abeja volando

Introducción

Como ingeniero aeronáutico, no pude dejar de preguntarme ¿cómo es posible que las abejas vuelen? al acercarme al conocimiento sobre las abejas, te toca el corazoncito este comentario del curso de apicultura de Ecocolmena “Aerodinámicamente el cuerpo de una abeja no está hecho para volar

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. 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 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.

Imagen animada del vuelo de una abeja

La abeja vuela básicamente manteniendo una frecuencia constante de aleteo de aproximadamente 250 batidas de ala por segundo, aunque este valor puede variar en función de la temperatura del aire (que afecta a 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.

Abeja volando hacia una flor

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, consiguiendo la mayor fuerza de sustentación a medio recorrido, que es cuando las alas consiguen su mayor velocidad (véase video).

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.

Sorprendentes vuelos de abejas

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)

vuelo de abeja
La abeja alcanzan, de media, unos 230 bateos por segundo

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, 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 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.

Parámetros de vuelo de Apis mellifera
Parámetros de vuelo de Apis mellifera

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.

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 sólo 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 energétic. Pero que compensan con la abundancia de energía que les proporciona el néctar de las flores.

las abejas tienen el peor sistema de vuelo
Las abejas posiblemente tengan seguramente el peor sistema de todos los seres vivos voladores

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 nėctar.

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.

abeja en vuelo con polen
En vuelo horizontal, esa amplitud es de cerca de 90 grados pero se puede incrementar hasta los 135 grados cuando la abeja va cargada de polen y nėctar.

El aterrizaje

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

Han comprobando 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 comprobado 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.

Formas de volar y posarse de las abejas
En superficies planas o poco inclinadas, las abejas tienden a posarse con las patas traseras

Superficie inclinada y vertical

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 superficie y lentamente, posa el resto de su cuerpo: primero las patas centrales y después, las traseras.

Abeja transportando polen y volando a una flor
Cómo es posible que las abejas vuelen

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.

Referencias:

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