Fusioni, torsioni e pentagoni: geometria a nido d’ape

Le api eseguono alcune imprese impressionanti. Non solo ricordano la posizione delle buone fonti di cibo, ma sono in grado di comunicare queste informazioni ai loro coetanei. Si prendono anche cura dei loro piccoli e organizzano attacchi contro gli intrusi.

Sono anche grandi costruttori. Quasi ogni nido d’ape nella cella è un esagono perfetto e ogni lato ha la stessa lunghezza. Questo nonostante il fatto che le api debbano costruire esagoni di diverse dimensioni per lavoratori e droni, e spesso vengano incorporati favi che sono iniziati su pareti opposte dell’alveare. Come gestiscono queste complicazioni?

Un nuovo documento utilizza un sistema di analisi delle immagini automatizzato per identificare i diversi modi in cui le api gestiscono queste trasformazioni. I ricercatori che hanno realizzato il sistema hanno scoperto che le api vedono i problemi in anticipo e iniziano a fare piccoli aggiustamenti, che, alla fine, aiutano a evitare la necessità di cambiamenti più grandi.

rimani regolare

Le api in questione sono api mellifere, sebbene un certo numero di altre specie creino strutture esagonali. La regolarità delle matrici esagonali delle api è stata osservata fin dal V secolo d.C. e misurazioni più recenti indicano una differenza molto piccola tra la maggior parte di esse: ciascun lato dell’esagono è solitamente molto vicino in lunghezza agli altri.

Questo accade nonostante una serie di grandi sfide. Innanzitutto molti lavoratori contribuiscono alla costruzione di ogni favo, quindi la regolarità non può essere spiegata solo dal coinvolgimento di un singolo lavoratore in una serie di movimenti istintivi. Inoltre, i nidi necessitano di due favi di dimensioni diverse, poiché utilizzano dimensioni distinte per i lavoratori (la maggior parte del nido) e i droni (maschi utilizzati per la riproduzione). Infine, i favi sono spesso costruiti come unità multiple, a partire da diverse aree dell’alveare e alla fine convergendo nel mezzo da qualche parte.

Per scoprire come gestire tutti questi problemi, lo specialista del comportamento animale (Michael Smith della Auburn University) ha incontrato due scienziati informatici della Cornell University: Nils Knapp e Kirsten Petersen, che stanno lavorando su robot simili a insetti. Hanno messo insieme un software di analisi delle immagini in grado di determinare i confini di ogni cella e hanno scoperto le statistiche di base delle celle: il numero di lati, la lunghezza di ciascun lato, ecc. La giusta dimensione per lavoratori, droni o se c’è qualcosa di insolito nel dungeon.

Trasferimenti organizzati e altro

La maggior parte delle cellule di un particolare favo era la prole che ne aveva più bisogno. Ciò significa lavoratori, che di solito sono più piccoli. Ma prima di iniziare a costruire celle per i droni, i lavoratori inizieranno a costruire celle leggermente più grandi, consentendo una transizione graduale delle dimensioni. Questa transizione richiedeva solo due celle per funzionare e copriva un’area più piccola della portata delle gambe di un lavoratore.

La gestione dell’integrazione dei diversi favi è stata notevolmente più difficile. Ciò accade quando le celle con un numero insolito di lati finiscono per essere necessarie. Il sistema di riconoscimento delle immagini ha identificato celle ovunque da quattro a nove pareti, piuttosto che il tipico esagono. Questi erano rari, rappresentando meno del 5% di tutte le cellule nel nido d’ape. Ma tende a verificarsi o ai bordi del pettine o in linee separate in cui due pettini sono fusi.

Anche quando non è stato possibile formare un alveare a sei lati, le api hanno cercato di avvicinarsi il più possibile, poiché il 93 percento delle anomalie erano a cinque o sette lati. Spesso i due sono stati accoppiati insieme; I confini tra celle a cinque e sette lati erano più frequenti che in coppie di due pentagrammi o due celle a sette lati.

Uno dei motivi principali per cui questi alveari individuali sono necessari è che le api inizieranno a costruire in luoghi diversi creando favi con orientamenti diversi. Pertanto, man mano che questi diversi segmenti crescono per incontrarsi, le matrici esagonali saranno orientate ad angoli incompatibili. Maggiore è l’angolo, maggiore è la necessità di utilizzare celle non esagonali. In casi estremi, più della metà delle celle lungo la linea in cui si fondono i favi hanno qualcosa di diverso da sei lati.

Ma le api sono state in grado di vedere il problema in arrivo e hanno iniziato a torcere gli esagoni prima che i diversi favi si incontrassero.

È questa realizzazione?

I ricercatori riassumono accuratamente ciò che hanno visto.

«Le api «rotolano» efficacemente le celle esagonali nello spazio quando i pettini vengono combinati», hanno scritto. «Se la differenza di inclinazione è piccola, queste cellule rotanti possono mantenere la loro forma esagonale, ma quando la differenza di inclinazione è grande, le api usano forme non esagonali per fondere i pettini». E ricorda, è tutto stratificato sulla complessità della gestione di due diverse dimensioni di celle.

Tutto questo, per gli autori, indica che il processo di costruzione del pettine non è puramente istintivo. Ci devono essere quelli che chiamano «processi cognitivi» coinvolti nella costruzione. Il cervello dell’ape è molto diverso da qualsiasi cosa comprendiamo molto bene (la specie più vicina che conosciamo da vicino è probabilmente il moscerino della frutta). Mosca della frutta). Questo fa capire come potrebbero apparire questi processi.

PNAS, 2021. DOI: 10.1073/pnas.2103605118 (Informazioni sui DOI).