Honey Bees: the superorganism within the waggle dance behavior

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How do forager honey bees find out where the pastures are and how to reach them? For a long time this question has remained without answer, until the research of the biologist and ethologist Karl von Frisch [1] described honey bees’ system of signaling other bees about the location of pastures’ (and also water sources, or sites for new hive locations) through its intricate signalling via “waggle dances” [2].

The bee superorganism signals the position of flowers positions or any site of interest to the hive through an ensemble of behaviors.

For instance, as soon as a scout bee finds a source of nectar or pollen, the bee undertakes several exploratory flights so as to find the shortest and safest path to reach the location(s).. Only when this has been done, will the scout bee communicate the position to the other bees through the waggle dance behavior.

There are two different kinds of waggle dance: for close trophic sources (50-70 metres maximum from the hive), the bee realizes a circular dance, which gives information limited to area which is to be visited around the hive.

For major distances, bees have to give more precise indications about the position of the source of interest, so as to avoid a dispersion of energy for the superorganism ( in terms of time, resources, risks). This objective is reached through the waggle dance behavior.

The term refers to the waggle movement of the abdomen, which has been observed in bees on the honeycomb. This vibration is part of a movement that forms an sideways-oriented figure-eight, executed by the bee in very few seconds in a 2-5cm diameter area: the bee draws a rectilinear path – and it is during this path that she executes the waggle-, then she turns right, getting back to the starting point with a semicircular path, to start again along the previous rectilinear path  and to turn left, thus completing the figure-eight path.

This kind of behavior is executed by bees in an area close to the entrance of the hive, where forager bees are available to receive the message communicated by the dance’s stereotypical patterns.

It has been observed that it is the particular conformation of the honeycomb that enables the vibratory signals to be received by forager bees. They are attracted there and once there are availble to observe and decode the waggle dance.

 

The dance delivers to the other bees the information about the position of interest through two elements: the direction to be followed relative to the location of the existing beehive and the distance from the hive to the new location..

The direction of the dance executed on the honeycomb represents a geometric vector drawn with three elements: the position of the point, the position of the sun, the vector of gravity.

It was Karl von Frisch who observed how the signaling of the one same trophic source during the day happened with dance movements on the honeycomb on different directions. this happens because the orientation system of bees uses a solar compass, with which bees can read the position of the sun during the whole day (in case of cloudy days the position of the sun is individuated through the polarization of the rays that bees are capable of receiving). The angle between the site of interest and the position of the sun is the necessary information to situate the site in space, and is signaled with the angle between the dance direction and the gravity vector of the honeycomb. It is interesting to highlight that this signaling system is based on the perfect verticality of the axis of the honeycomb.

The length of the vector and the frequence of the oscillatory movement are indicative of the distance that has to be travelled by the bees to reach the trophic source from the beehive. It is not an absolute distance, but a relative one, based on the perception of the optical fluxus during the flight of the scout bee (through the optical odometer).

There are many aspects that we could describe here about the waggle dance behavior, as well as the mysterious or debated ones.  Elaboration of these additional aspects is available in the bibliography. We conclude by observing and describing how this system of signaling is a language with which the connective intelligence of bee superorganism realizes itself as a cybernetic process.

[1] For his studies on the mechanisms of communication of bees and in comparative phisiology, von Frisch was awarded with Nobel Prize in phisiology and medicine in 1973.

[2] Bibliography:

-Tautz, Jurgen, (2008) ‘The Buzz about Bees –Biology of a Superorganism’. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag.

-Contessi, Alberto (2010) ‘Le api –Biologia, allevamento, prodotti’.  Edagricole-New Business Media.

 

IT

 

Come fanno le api bottinatrici di un alveare a conoscere le posizioni dei pascoli e a raggiungerli? A lungo questa domanda non aveva trovato risposta, fino al lavoro dello scienziato, biologo ed etologo austriaco Karl von Frisch[1], che ha descritto il sistema con cui le api  segnalano all’alveare le posizioni dei pascoli , ma anche delle fonti d’acqua, o dei siti per i nuovi insediamenti al momento della sciamatura, nella sua teoria delle waggle dance[2].

La segnalazione delle posizioni dei fiori, dei siti di interesse per il superorganismo avviene tramite un insieme di comportamenti dispiegati tra le api.

Non appena un’ape scout scopre ad esempio una sorgente di nettare o di polline, l’ape compie una serie di voli di esplorazione per trovare il tragitto più breve e sicuro. Solo quando questo viene individuato, l’ape comunicherà la posizione del sito di interesse attraverso il comportamento di waggle dance.

Due sono le tipologie di danza per le api; per sorgenti trofiche più vicine (a una distanza massima di 50-70 metri dall’alveare), l’ape esegue una danza circolare, che fornisce indicazioni per localizzare la fonte limitate all’area da visitare intorno al nido, (oltre che al tipo di odore riportato nell’alveare dall’ape).

 

Per distanze maggiori occorre fornire indicazioni più precise della posizione di interesse per evitare una dispersione di energia per il superorganismo ape (in termini di tempo, risorse, nonché le perdite per i pericoli che si possono correre). Questo avviene attraverso il comportamento della Waggle Dance.

Il termine fa riferimento a un movimento di scuotimento dell’addome osservato eseguire da alcune api sul favo. Questa vibrazione fa parte di un movimento a forma di otto rovesciato lateralmente che si è visto eseguire dall’ape in pochi secondi in un’area compresa tra i 2 e i 5 cm di diametro: l’ape percorre un tratto rettilineo (più o meno lungo) – ed è durante questo tragitto che essa esegue per brevi istanti da ferma lo scuotimento waggle-, per girare a destra e tornare al punto di partenza disegnando col corpo un semicerchio, per ripartire quindi lungo il tratto rettilineo precedentemente percorso e girare questa volta a sinistra tornando alla posizione di partenza sempre lungo una traiettoria semicircolare che va a completare la figura dell’otto.

Questo tipo di comportamento viene eseguito in un’area vicina all’ingresso dell’alveare, dove le bottinatrici possono disporsi a riceverne il messaggio seguendone lo sviluppo danzando anch’esse secondo sequenze di movimenti stereotipici. Si è osservato inoltre che è la particolare conformazione del favo a consentire al segnale vibratorio di essere recepito dalle bottinatrici che quindi vengono lì attratte e possono disporsi a seguirlo per decifrarlo.

La danza veicola l’informazione circa la posizione della sorgente di interesse attraverso due elementi: la direzione da percorrere rispetto all’alveare e la distanza.

La direzione della danza eseguita sul favo rappresenta un vettore geometrico disegnato in base a tre elementi: il punto di interesse nello spazio, il vettore gravità e la posizione del sole.

Fu Karl von Frisch a osservare come la segnalazione di una stessa sorgente trofica nel corso di una giornata avvenisse con danze eseguite sul favo tuttavia lungo direzioni differenti. Questo accade perché il sistema di orientamento dell’ape nello spazio esterno avviene attraverso una bussola solare, con cui l’ape può leggere la posizione del sole nel corso della giornata (nel caso di giornate nuvolose la posizione del sole è individuata attraverso la polarizzazione della luce che l’ape è capace di recepire). L’angolo tra il sito di interesse e la posizione del sole è l’informazione necessaria per l’individuazione del sito e viene segnalato attraverso l’angolo di esecuzione della danza e il vettore gravità. Si osserva come questo sistema di segnalazione dei messaggi di direzione sia basato sulla perfetta verticalità dell’asse di costruzione del favo.

La lunghezza del vettore tracciato e la frequenza del movimento oscillatorio è indicativa invece della distanza che si deve percorrere dall’alveare per raggiungere la fonte.  Si tratta tuttavia di una distanza non assoluta, ma relativa, che si basa su una segnalazione della percezione del flusso ottico durante il volo per l’ape (attraverso l’odometro ottico dell’ape, sensibile non a caso al verde).

Ancora molti sono i dettagli che si potrebbero descrivere per quanto riguarda la waggle dance, nonché gli aspetti ancora controversi e dibattuti, per i quali rimandiamo il lettore alla bibliografia. Ci limitiamo ad osservare ancora come questo sistema di segnalazione sia un linguaggio con cui si esprime e si realizza l’intelligenza connettiva del Superorganismo ape.

1. Per i suoi studi dei meccanismi di comunicazione delle api e di altri insetti e di fisiologia comparata von Frisch fu poi insignito del premio Nobel in fisiologia e medicina nel 1973.

2. Riferimenti bibliografici:

-Tautz, Jurgen, (2008) ‘The Buzz about Bees –Biology of a Superorganism’. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag.

-Contessi, Alberto (2010) ‘Le api –Biologia, allevamento, prodotti’.  Edagricole-New Business Media.