Aleksandr Gavrilychev / Shutterstock

Le api da miele sono sotto pressione estrema. Il numero di colonie di api da miele negli Stati Uniti è diminuito a un tasso medio di quasi 40% da 2010. Il principale contributo a questo declino sono i virus diffusi da un parassita, Varroa Destructor. Ma questa non è una situazione naturale. Il parassita è diffuso da pratiche di apicoltura, incluso il mantenimento delle api in condizioni molto diverse dalla loro dimora naturale di cavità degli alberi.

Alcuni anni fa, Ho dimostrato che le perdite di calore negli alveari artificiali delle api da miele sono molte volte maggiori di quelle dei nidi naturali. Ora, usando le tecniche di ingegneria più comunemente trovate per sondare problemi industriali, Ho mostrato che l'attuale progettazione di arnie artificiali crea anche livelli di umidità più bassi che favoriscono il Varroa parassita.

I nidi naturali all'interno delle cavità degli alberi creano alti livelli di umidità in cui le api da miele prosperano e che impediscono Varroa dall'allevamento. Quindi, se riusciamo a ridisegnare gli alveari dell'apicoltore per ricreare queste condizioni, potremmo aiutare a fermare il parassita e dare alle api da miele la possibilità di recuperare.

La vita della colonia di api da miele è intimamente intrecciata con la sua casa. Possiamo vedere questo dal modo sofisticato le api da miele scelgono nidi delle dimensioni e proprietà corrette e quanto duramente lavorano per modificarli. In effetti, il nido può essere visto come parte dell'ape del miele stesso, un concetto che in biologia è noto come un "fenotipo esteso", Che si riferisce a tutti i modi in cui i geni di una creatura influenzano il mondo.

Forse l'esempio più comune di un fenotipo esteso è quello del castoro, che modella il suo ambiente controllando il flusso di acqua con le dighe. I nidi consentono alle api da miele di regolare in modo simile il loro ambiente controllando il flusso di due fluidi - aria e vapore acqueo - più qualcosa che si comporta come un fluido - calore.

Le api da miele selezionano un albero cavo con un'entrata nella parte inferiore che rende meno probabile la fuoriuscita dell'aria calda in aumento all'interno del nido. Quindi lo modificano applicando un sigillante antibatterico ritardante il vapore della resina dell'albero sulle pareti interne e eventuali piccoli fori o crepe. Ciò impedisce inoltre eventuali perdite di aria calda e aiuta a mantenere il giusto livello di vapore acqueo. All'interno del nido, le api costruiscono un nido d'ape contenente migliaia di cellule, ognuna delle quali fornisce un microclima isolato per far crescere larve (api) o produrre miele.

Disegni innaturali

Nonostante l'importanza dei nidi per le api da miele, gli alveari che li costruiamo hanno poca somiglianza e hanno poche proprietà dei nidi di alberi naturali con cui le api europee si sono evolute. Nel 21st secolo, stiamo ancora usando gli alveari progettati negli 1930 e negli 1940, sulla base delle idee degli 1850. I nidi naturali erano solo scientificamente intervistato di recente come 1974 e ricerca nel loro le proprietà fisiche sono iniziate solo in 2012.

Gli alveari artificiali sono tozzi e squadrati (ad esempio 45cm di altezza), costruiti in legno sottile (sotto 2cm di spessore) con grandi ingressi (intorno a 60cm²) e spesso grandi aperture di rete metallica sotto. Sono stati progettati per essere economici e per gli apicoltori per accedere facilmente alle api e rimuovere il miele. Al contrario, le api europee si sono evolute con nidi di alberi naturali che sono mediamente alti (circa 150cm), stretti (20cm) con pareti spesse (15cm) e piccoli ingressi (7cm²).

Orticaria artificiale o nidi naturali. Derek Mitchell

Al fine di valutare in che modo gli alveari artificiali ricreano le condizioni dei nidi naturali, ho dovuto misurare il flusso di fluidi (aria, vapore acqueo e calore) che li circonda. Per fare ciò, mi sono rivolto a un aspetto della scienza fisica e dell'ingegneria chiamato thermofluids, lo studio di liquidi, gas e solidi della combustione e cambiamenti di movimento di stato, massa ed energia.

Nel nido delle api, questo significa "combustione" degli zuccheri nel miele e nel nettare, l'evaporazione e la condensazione dell'acqua e il flusso d'aria attraverso il nido. Include anche tutto ciò che viene trasportato dalle api attraverso l'ingresso o che perde attraverso le pareti.

Le varie barriere che creano i nidi di api possono essere utilizzate come convenienti contorni nei modelli matematici dell'energia necessaria e dell'umidità prodotta all'interno del nido. Il mio nuovo studio combina questi modelli con i dati di ricerca sperimentale sulle proprietà termiche dei nidi e degli alveari delle api da miele e studi comportamentali su come le api da miele ventilano il loro nido.

Ciò mi ha permesso di confrontare l'umidità media negli alveari e nei nidi di alberi artificiali con quella necessaria per le api da miele e i loro parassiti. Ho scoperto che la maggior parte degli alveari artificiali ha una perdita di calore sette volte maggiore e una dimensione dell'ingresso otto volte maggiore rispetto ai nidi di alberi. Questo crea livelli di umidità più bassi che favoriscono il parassita.

La mia ricerca mostra che il ruolo del nido delle api è chiaramente molto più sofisticato di un semplice rifugio. Semplici modifiche al design dell'alveare per ridurre la perdita di calore e aumentare l'umidità, ad esempio utilizzando ingressi più piccoli e pareti più spesse, potrebbero ridurre lo stress sulle colonie di api causate da Varroa Destructor. Lo sappiamo già che la semplice costruzione di alveari in polistirolo anziché in legno può aumentare significativamente il tasso di sopravvivenza e la resa del miele delle api. Ulteriori ricerche sulla complessità termofluidica dei nidi ci permetterebbero di progettare gli alveari ottimali che bilanciano le esigenze delle api da miele con i loro custodi umani.

Circa l'autore

Derek Mitchell, dottorando in ingegneria meccanica, Università di Leeds

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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