Desde abejas en el espacio hasta sensores vivos: cómo interpretamos el estrés de las colonias

La primera colmena espacial: el experimento con abejas de la NASA de 1984

En 1984, la NASA envió una pequeña colonia de abejas melíferas al espacio. El Módulo de Encerramiento de Abejas (B.E.M., por sus siglas en inglés), la primera "colmena espacial" de su tipo, permitió comprobar si los insectos sociales podían funcionar en microgravedad ("ingravidez"). El objetivo del estudio era comprender cómo sobreviven y se comportan las abejas melíferas en microgravedad, y si pueden construir panales en dicho entorno.

Durante la misión STS-41-C, el transbordador espacial Challenger transportó el B.E.M., una pequeña colmena transparente con tres marcos y una pared hecha de vidrio acrílico para que los astronautas pudieran observar la colonia. La colonia constaba de unas 3500 obreras y una reina. Un segundo módulo idéntico con una colonia equivalente permaneció en la Tierra como grupo de control. También fue expuesto a condiciones simuladas de lanzamiento de transbordador en una centrifugadora, para que los científicos pudieran comparar las abejas que habían pasado siete días en órbita con las que permanecieron bajo gravedad normal en la Tierra [1].

Qué les ocurrió a las abejas melíferas en microgravedad

En la Tierra, las abejas reciben una información constante a lo largo de toda su vida: hacia dónde apunta la gravedad. La utilizan para orientarse y construir panales en su característica disposición hexagonal. Entonces, ¿qué ocurrió cuando esa información desapareció?

Las "abejas espaciales" se desorientaron al intentar volar y chocaron contra las paredes y entre sí. Aun así, tras unos cuatro días, algunas aprendieron a moverse y dejaron de chocar con los obstáculos. La colonia también siguió funcionando. Las obreras construyeron panales comparables a los de la colonia en la Tierra, con una diferencia en la inclinación de las celdas. Esto señala claramente el papel de la gravedad como referencia para la construcción de panales. La "reina espacial" también puso unos 35 huevos en órbita. Desafortunadamente, ninguno sobrevivió tras el regreso a la Tierra, y nunca se estableció la razón.

Quizás la observación más interesante se realizó en la Tierra. Se encontraron unas 120 abejas muertas en el grupo "espacial", mientras que el grupo terrestre tuvo casi el triple, unas 350. Los investigadores señalaron diferencias en la estructura de edad de las dos colonias, por lo que esto no puede interpretarse simplemente como un efecto del vuelo. Sigue siendo un buen ejemplo de lo difícil que es interpretar los datos de sistemas vivos y por qué necesitamos mediciones buenas y continuas en lugar de instantáneas ocasionales.

A pesar de su antigüedad, el experimento sigue siendo interesante por dos razones. Sigue siendo uno de los pocos estudios directos de una colonia de abejas melíferas en el espacio. También plantea una pregunta que aún no tiene una respuesta completa: ¿puede una colonia no solo sobrevivir, sino también reproducirse en condiciones muy diferentes a aquellas para las que la evolución la preparó?

La colonia de abejas como superorganismo

Una abeja individual no es nada destacable. Una colonia, en cambio, es un sistema de decenas de miles de individuos que responden al cambio como un todo. Una colonia no tiene un "cerebro" central. Las decisiones como elegir un lugar para anidar [2], cambiar el ritmo de búsqueda de alimento o reaccionar ante una amenaza [3,4] surgen de las interacciones y la comunicación entre las obreras. Por esa razón, una colonia de abejas se describe a menudo como un superorganismo, un sistema biológico inteligente que monitorea su propio estado y ajusta su comportamiento a las condiciones externas.

Debido a esto, la colonia "habla" constantemente por varios canales a la vez. Su sonido cambia con la actividad, la temperatura, los preparativos para la enjambrazón o la pérdida de la reina. Los apicultores suelen reconocer el sonido distintivo de una colonia que ha perdido a su reina, o el de una reina comunicándose con las obreras. A través de las vibraciones del panal durante la bien descrita danza de meneo, las exploradoras transmiten la dirección y la distancia de una fuente de alimento. Con señales químicas, como las feromonas de la reina y de alarma o el aroma de la cría y el alimento, las abejas coordinan la vida de la colonia.

Las abejas como sensores vivos

Para un investigador, todas estas señales son una gran oportunidad. Cuando las variables dentro de la colmena se miden de forma continua y no invasiva, la colonia se convierte en una fuente de datos, tanto sobre sí misma como sobre el entorno en el que vive. Nos dice mucho más de lo que pueden hacer las inspecciones ocasionales. En este sentido, las abejas funcionan como sensores vivos de su entorno.

En Apisense, partimos de la premisa de que entender la respuesta de una colonia al estrés no requiere enviarla al espacio. Basta con escuchar atentamente las señales biológicas que envía la colonia e interpretarlas correctamente. ¿Cómo cambia la temperatura a lo largo de la estación? ¿Se comportan las abejas de forma diferente durante las olas de calor? ¿Qué ocurre con los niveles de COV cuando aparece un avispón en el colmenar? Recopilamos dichos datos de unas 3000 colmenas en todo el mundo, y se entrenan modelos dedicados para reconocer diversos problemas mediante el reconocimiento de patrones. El sistema funciona, pero su precisión depende en gran medida de la cantidad de datos claramente descritos que tengamos. En pocas palabras, cuantos más datos, mejor será el sistema.

Hipergravedad: abejas reinas en una centrifugadora

Otro experimento relacionado con el espacio se llevó a cabo en 2019 en la centrifugadora del Instituto Militar de Medicina Aeronáutica de Varsovia. En un estudio del que uno de nosotros fue coautor [5], abejas reinas y sus acompañantes fueron expuestos al perfil de aceleración de un cohete en lanzamiento. Tras el experimento, todas las reinas de los grupos de prueba y de control fueron trasladadas a un colmenar experimental para su posterior observación.

Los resultados son cautelosos pero intrigantes. Tras la aceleración, la puesta de huevos de las reinas de prueba divergió en dos direcciones: algunas pusieron más huevos y otras menos, mientras que las reinas de control mantuvieron un ritmo similar. En las colonias de prueba, la cría de zánganos apareció antes y en mayor cantidad, lo que puede indicar problemas con el esperma almacenado. La invernada de las colonias no se vio alterada.

La aceleración es un estímulo de estrés claramente definido, y la respuesta al mismo puede seguirse en las señales de la colonia. Medir las señales dentro de la colmena durante un experimento de este tipo podría mostrar qué variables se ven más afectadas cuando las abejas melíferas se exponen a condiciones extremas. Sabiendo eso, podríamos interpretar mejor los datos de otras colonias. Al igual que en 1984, la pregunta no es solo cuántas abejas sobrevivieron, sino cómo respondió la colonia como sistema y si recuperó su equilibrio.

Inteligencia biológica: leer el estrés de la colonia antes de que aparezcan los síntomas

La Inteligencia Biológica es un enfoque en el que las señales producidas por un sistema vivo se tratan como datos sobre su estado, en lugar de depender únicamente de sensores que miden el entorno. Los sensores son solo el oído. El objetivo es aprender a leer lo que la propia colonia comunica: cambios en el sonido, la vibración y el aroma que preceden a los síntomas visibles de un problema.

¿Por qué es tan valiosa la respuesta al estrés? Una colonia sana tiene su propio "patrón de respuesta", una forma característica de reaccionar ante una perturbación y recuperar el equilibrio. Cuando una colonia está debilitada, enferma o falta de reservas, este patrón puede cambiar: la respuesta puede ser más fuerte, más larga o más caótica. Al comparar las respuestas al estrés controlado, como la aceleración en una centrífuga, con lo que sucede en los apiarios bajo frío, calor, pesticidas o enfermedades, se pueden entrenar algoritmos para reconocer señales tempranas de peligro.

Por qué la salud de las colonias es importante para la agricultura

Para la tecnología agrícola (AgTech), esto tiene un significado concreto. Las abejas polinizan cerca de tres cuartas partes de los cultivos alimentarios más importantes, al menos en parte [6], por lo que la salud de las colonias de abejas es también la salud de la cadena de suministro de alimentos. El monitoreo basado en señales biológicas puede acortar el tiempo entre la aparición de un problema y la reacción del apicultor, además de reducir el número de inspecciones innecesarias, que de por sí estresan a la colonia.

De la órbita de vuelta a la colmena: nuestros próximos pasos

Han pasado cuatro décadas desde el vuelo del Challenger, pero la pregunta sigue siendo la misma: ¿cómo se las arregla un sistema vivo cuando desaparecen las condiciones a las que se adaptó? La diferencia es que hoy podemos responderla no solo contando abejas muertas, sino siguiendo continuamente las señales a través de las cuales una colonia comunica su estado, se adapta y toma decisiones.

Este es el objetivo de nuestra investigación en Apisense: comprender cómo se comunican los sistemas vivos, cómo reaccionan y qué cambia bajo estrés. El espacio es un laboratorio de frontera, pero el verdadero campo de aplicación sigue siendo la colmena. Nuestros próximos pasos se derivan de ello:

• Ampliar y describir nuestro conjunto de datos. Cada caso bien documentado de calor, frío, enfermedad o presión de avispones de las 3,000 colmenas que monitoreamos ayuda a nuestros modelos a distinguir una respuesta normal al estrés de una peligrosa.
• Medir la colonia durante el estrés controlado, no solo después. Registrar las señales dentro de la colmena durante experimentos como el de la centrífuga mostraría qué variables reaccionan primero y con qué rapidez la colonia vuelve al equilibrio.
• Comparar el estrés controlado con apiarios reales. Hacer coincidir las respuestas de los experimentos con lo que vemos en el campo nos dará patrones de referencia de colonias sanas y debilitadas, la base para alertas más tempranas para los apicultores.

Y quién sabe, tal vez algún día nuestros experimentos con centrífugas ayuden en un apiario extraterrestre real, polinizando cultivos en un invernadero marciano.

Referencias

1. Vandenberg, J.D.; Massie, D.R.; Shimanuki, H.; Peterson, J.R.; Poskevich, D.M. Survival, Behavior and Comb Construction by Honey Bees, Apis Mellifera, in Zero Gravity Aboard NASA Shuttle Mission STS-13. Apidologie 1985, 16, 369-384.
2. Perdriau, B.S.; Myerscough, M.R. Making Good Choices with Variable Information: A Stochastic Model for Nest-Site Selection by Honeybees. Biol. Lett. 2007, 3, 140-143, doi:10.1098/rsbl.2006.0599.
3. Russell, S.; Barron, A.B.; Harris, D. Dynamic Modelling of Honey Bee (Apis Mellifera) Colony Growth and Failure. Ecol. Modell. 2013, 265, 158-169, doi:10.1016/j.ecolmodel.2013.06.005.
4. Khoury, D.S.; Barron, A.B.; Myerscough, M.R. Modelling Food and Population Dynamics in Honey Bee Colonies. PLoS One 2013, 8, 1-7.
5. Stasiowska, D.; Kolasa, M. Hypergravity Impact on Fertility of Apis Mellifera Carnica Queens - Case Study. Microgravity Sci. Technol. 2024, 36, doi:10.1007/s12217-024-10111-1.
6. FAO. Why Bees Matter. The Importance of Bees and Other Pollinators for Food and Agriculture. 2018.

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