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Pesquisadores da CU Boulder, pela primeira vez, usaram tomografia computadorizada de raios-X (também conhecida como tomografia computadorizada) para espiar dentro de enxames de abelhas.
As varreduras fornecem uma visão mais profunda desses insetos humildes: as abelhas, o grupo descobriu, não se aglomeram em um grupo aleatório. Em vez disso, eles parecem formar estruturas em forma de cúpula seguindo regras matemáticas surpreendentemente sofisticadas, ou o que os pesquisadores chamam de “lei de escala”. Os resultados podem um dia ajudar os engenheiros a projetar edifícios mais resistentes, ou mesmo enxames de pequenos robôs que se comportam muito como insetos, disse o autor sênior do estudo Orit Peleg.
E as abelhas conseguem tudo isso apesar de terem cérebros do tamanho de grãos de areia.
“Sou treinado em física e essas leis não são óbvias para mim”, disse Peleg, professor assistente do Instituto BioFrontiers e do Departamento de Ciência da Computação da CU Boulder. “Mas as abelhas de alguma forma sabem como se organizar para manter sua estabilidade mecânica.”
O grupo publicou seus resultados em 17 de outubro na revista Relatórios Científicos.
Fazer as abelhas ficarem quietas para seus raios-X deu algum trabalho, observou Olga Shishkov, principal autora do estudo e pesquisadora de pós-doutorado no Peleg Lab na BioFrontiers.
Primeiro, os pesquisadores confiaram nas rainhas das abelhas para persuadir milhares de abelhas operárias a se juntarem em enxames no laboratório – essas estruturas, que geralmente ficam penduradas de cabeça para baixo, parecem um pouco com um molde de gelatina. Em seguida, a equipe rodou esses enxames na frente de uma pequena máquina de tomografia computadorizada originalmente desenvolvida para hospitais veterinários.
O esforço foi um sucesso: o método do grupo é tão preciso que você pode identificar abelhas individuais nas digitalizações 3D. As imagens podem dar aos cientistas uma nova ferramenta para entender como as abelhas e outros insetos sociais criam esses “superorganismos” que mudam de forma.
“Uma coisa que queremos saber é como as abelhas respondem a diferentes temperaturas”, disse Shishkov. “Se está frio lá fora, como eles mantêm o interior do enxame aquecido? Se está quente, como eles se mantêm frios?”
Espiando por dentro
Começa com uma jornada intrépida: Peleg explicou que quando as colmeias de abelhas ficam muito cheias, as rainhas das abelhas voam para procurar outro lugar para morar. As rainhas trazem consigo milhares de abelhas operárias, que ocasionalmente se aglomeram ao redor da rainha para mantê-la segura – um detalhe de segurança ondulante e barulhento.
“Você pode encontrar esses enxames pendurados em quase qualquer tipo de superfície, de árvores a bancos e carros”, disse Peleg. “São pequenas montagens magníficas.”
Eles também são muito flexíveis. Em um estudo anterior, por exemplo, Peleg e seus colegas sacudiram enxames de abelhas para tentar imitar a força de uma rajada de vento. Em resposta, as abelhas se achataram em forma de panqueca, ajudando-as a permanecerem estáveis em meio ao tumulto.
Uma coisa, no entanto, escapou à equipe de Peleg: “Até agora, não conseguimos espiar dentro de um enxame e ver o que está acontecendo”.
Coloque o peso em mim
Para fazer isso, o grupo, incluindo Claudia Chen e Claire Allison Madonna, estudantes de graduação da CU Boulder, escaneou 11 enxames de abelhas contendo de 4.000 a 10.000 insetos.
Com base nos cálculos dos pesquisadores, um enxame de abelhas funciona um pouco como uma pirâmide de torcida. Mais abelhas se aglomeram ao redor da base do enxame, e então diminuem à medida que sobem. As abelhas também parecem se organizar para que nenhuma camada tenha que carregar mais do que seu quinhão de peso. Em termos matemáticos, a estrutura segue uma lei de escala na qual cada camada suporta um peso que equivale aproximadamente ao seu próprio peso à potência de um e meio.
“O que essa lei de escala significa é que cada camada acaba usando a mesma quantidade de sua força disponível que todas as outras camadas”, disse Shishkov.
No mesmo estudo, Shishkov e seus colegas testaram abelhas para calcular quanto peso uma única abelha poderia carregar. Uma abelha, ao que parece, pode levantar cerca de 35 outras abelhas, em média. As abelhas em um enxame só levantam no máximo cerca de quatro outras abelhas.
Leis de escala como a que a equipe descobriu são comuns na natureza, explicou o coautor do estudo, Kaushik Jayaram. Entre os levantadores de peso humanos, por exemplo, quantos halteres você pode levantar tende a variar com base em quanto você pesa – uma relação que segue uma fórmula matemática surpreendentemente consistente.
“O mesmo tipo de lei aparentemente se aplica às abelhas”, disse Jayaram, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady. “A existência dessa lei de escala sugere que pode haver princípios gerais de organização para estruturas como essas que ainda não conhecemos”.
Shishkov, por sua vez, gostava de trabalhar com as abelhas – sem nenhum suprimento de mel para proteger, os pequenos insetos não a picavam (muito).
“Eles são surpreendentemente amigáveis em um enxame”, disse Shishkov.
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