Las sorprendentes capacidades numéricas de las abejas

Martín Giurfa quien se desarrolla en el Centro de Investigaciones de la Cognición Animal, el Centro de Biología Integrativa, el CNRS de la Universidad de Toulouse, Francia explica que según estudios recientes las abejas melíferas son capaces de contar y poseen otras habilidades numéricas. Esto demuestra que el sentido de los números es más común de lo pensado y es compartido por numerosas especies  ya que es vital para sobrevivir.

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Estudios recientes han demostrado que las abejas melíferas son capaces de contar y poseen además otras habilidades numéricas que incluyen la noción del cero, formas elementales de sustracción y adición y la capacidad de aprender a asignar símbolos a cantidades.  Estos resultados fueron obtenidos a partir de experimentos rigurosos realizados por varios equipos de investigación internacionales, incluido el nuestro, y no dejan lugar a dudas sobre la presencia de estos talentos insospechados de los pequeños cerebros de las abejas.   Demuestran además que, a pesar de los orígenes distantes de abejas y vertebrados, incluidos los seres humanos, ciertas capacidades como el sentido de los números son más comunes de lo que se pensaba y son compartidas por numerosas especies animales ya que son vitales para la supervivencia.

Una idea recurrente es que habilidades numéricas tales como la capacidad de realizar ejercicios de aritmética y otras operaciones matemáticas son un atributo exclusivo de los humanos, originado en su capacidad cerebral supuestamente superior. Sin embargo, este punto de vista ignora que la capacidad de contar, aún limitada a pocos números, existe en muchas especies animales entre las cuales se encuentran peces, aves y primates (1).  Si esto sorprende a ciertos lectores, más sorprendente resultará descubrir que estas especies no se limitan a los vertebrados; entre las especies capaces de contar se encuentran también las abejas domésticas. Varios estudios recientes han demostrado que estos insectos poseen esta capacidad, lo que plantea la pregunta de las semejanzas y diferencias entre su sentido numérico y el de los vertebrados, incluyendo el del ser humano. ¿Las abejas cuentan realmente como nosotros? Y si así fuese ¿en qué contexto utilizan esta capacidad? 

A pesar que sus cerebros miniaturizados alcanzan apenas un volumen de 1 mm cúbico, las abejas son conocidas por sus performances cognitivas notables que incluyen ciertos tipos de aprendizaje que durante mucho tiempo fueron considerados como una prerrogativa de ciertos vertebrados(2). Las abejas pueden aprender a categorizar objetos visuales diferentes en base a una característica visual común (por ejemplo, pueden aprender a responder exclusivamente a imágenes simétricas que difieren en muchas otras características, basándose en la presencia común de un eje de simetría).  Pueden también aprender a resolver problemas en base a reglas conceptuales(2), eligiendo, por ejemplo, siempre al más grande – o al más pequeño – de dos objetos, independientemente de sus tamaños, formas, colores, etc.  Sin embargo, el sentido numérico de las abejas permaneció inexplorado durante mucho tiempo hasta hace poco, a pesar que ciertos trabajos realizados en la década del 90 indicaban ya que las abejas poseían ciertas capacidades de conteo.

 

Conteo secuencial de elementos

Por ejemplo, un estudio pionero sobre la navegación de las abejas demostró en 1995 que las abejas podían contar objetos distintivos en su trayecto hacia una fuente de alimento y usar el número de objetos dejados atrás como criterio para decidir cuándo aterrizar (3). En este estudio, las abejas fueron entrenadas a volar a lo largo de un sendero en el cual habían sido dispuestas cuatro carpas amarillas idénticas espaciadas entre sí por la misma distancia. La fuente de alimento, apenas visible, se situaba entre la 3ª y la 4ª carpa (Fig. 1).  De este modo, el aterrizaje debía ocurrir después de pasar la 3ª carpa.  Después del entrenamiento, la distancia entre las carpas fue reducida por los experimentadores, creando asi un conflicto entre la distancia real recorrida anteriormente y el número de carpas dejadas atrás camino a la fuente de alimento.  Si las abejas usaban la distancia real conocida, el aterrizaje debía darse ahora entre la 4ª y la 5ª carpa. Sin embargo, si las abejas contaron el número de carpas a lo largo del camino, debían seguir aterrizando después de la 3ª carpa, aún cuando la distancia recorrida fuese en este caso considerablemente menor. La pregunta planteada en este trabajo fue justamente ¿qué información usarían las abejas para decidir dónde aterrizar? ¿La distancia real o el número de carpas dejadas atrás en su vuelo al alimentador? Los resultados de este trabajo mostraron que un porcentaje significativo de abejas (22%) aterrizó después de pasar la 3ª carpa, aun cuando la distancia recorrida fuese menor a la conocida, privilegiando así el número carpas como criterio de decisión (2).  No todas las abejas lo hicieron, pero el porcentaje importante de aquellas que sí lo hicieron, mostro que el recuento numérico era posible en estos insectos.

Figura 1.  Recuento secuencial del número de carpas dejadas atrás camino a un alimentador por abejas forrajeras (1). Las abejas fueron entrenadas a volar a lo largo de una línea imaginaria que conectaba la colmena y un alimentador con solución azucarada colocado entre la 3ª y 4ª carpa. La distancia entre las carpas se redujo más tarde para determinar si las abejas usarían la distancia correcta al alimentador o el número de carpas como criterio para decidir dónde aterrizar.  Foto cortesía de Lars Chittka.

Resultados similares fueron obtenidos en un experimento diferente en el cual las abejas fueron entrenadas a volar dentro de un túnel de madera en el cual se situaba un alimentador con solución azucarada, localizable a partir del número de rayas amarillas verticales mostradas en las paredes del túnel(4). A pesar de cambiar el ancho y la posición de estas rayas en el túnel, las abejas preferían aterrizar después del número correcto de rayas (hasta cuatro), independientemente de la distancia recorrida. Por lo tanto, ambos trabajos, uno a campo abierto y el otro en un túnel de vuelo, indican que las abejas son capaces de contar secuencialmente objetos de referencia cuando navegan hacia un objetivo en su entorno. Esta capacidad parece no exceder 4 o 5 objetos, pero está definitivamente presente.

 

Conteo simultáneo de elementos

Otros experimentos han demostrado que las abejas también pueden contar no solo secuencialmente sino también elementos percibidos simultáneamente en una imagen. Por ejemplo, las abejas fueron entrenadas a volar a un laberinto en Y en el que obtenían una recompensa de solución azucarada. La tarea a resolver en este caso consistía en entrar en el laberinto y elegir el brazo del mismo que presentaba una imagen con el mismo número de elementos que otra imagen presentada en la entrada del laberinto (Fig. 3). Así, si las abejas veían una imagen con tres ítems a la entrada (cuadrados, estrellas, círculos, etc.), Debian entrar y elegir el brazo que mostrara una imagen con tres ítems (diferentes a los originales) y no el brazo que mostrara una imagen con (por ejemplo) cuatro o dos ítems. Si su elección era acertada, se les daba una gota de agua azucarada. Si, por el contrario, elegían el brazo equivocado, es decir el número equivocado, eran penalizadas con ausencia de recompensa (5).

 Las abejas aprendieron a resolver exitosamente este problema, independientemente de variaciones en el tamaño, color, forma, etc. de los ítems presentados en las imágenes, mostrando así que prestaban atención al número de ítems vistos a la entrada. Sin embargo, su elección fallaba a veces cuando la imagen en la entrada contenía cuatro o cinco elementos, lo que sugiere que el límite de su capacidad de conteo se halla a ese nivel (5).

Figura 2.  Elección de imágenes en un laberinto en Y en función del número de ítems mostrados en una imagen a la entrada.  a)  Las abejas fueron entrenadas a entrar en un túnel que presentaba en la entrada una imagen con dos o tres elementos (en azul). Una vez que esta imagen era percibida, las abejas accedían a una cámara de decisión en la que veían dos imágenes (C1, C2) presentando distintos números de ítems. Solo la imagen cuyo número de ítems coincidía con el de la imagen de la entrada permitía el acceso a un alimentador oculto por una pared.  b)  La apariencia de los elementos y sus posiciones diferían entre la imagen de la entrada y las imágenes dentro del laberinto, por lo que las abejas tenían que centrarse exclusivamente en el número de elementos y no en otras claves visuales. El cuadrado puntillado rojo indica la elección correcta. El círculo blanco en los paneles indica el orificio de paso al compartimiento siguiente. c) En los tests realizados dentro del laberinto, las abejas seleccionaron correctamente las imágenes en base a su correspondencia numérica con la imagen de entrada, siempre que el número de elementos de las imágenes no excediera cuatro o cinco. 

 

La noción de cero en el sentido numérico de las abejas

El sentido numérico de las abejas también incluye la noción de cero, es decir, la existencia de una cantidad nula por debajo de una serie continua de números positivos (0, 1, 2, 3, 4 …) que representa la ausencia de elementos(6). Esto se demostró al entrenar a las abejas a recolectar solución azucarada en una pared vertical donde se mostraban cuatro imágenes: dos mostraban un cierto número de elementos (por ejemplo 3) y las otras dos mostraban un numero diferente (por ejemplo 4) (Fig. 3a).  Sólo las dos imágenes que mostraban la cantidad más pequeña (en este caso 3) presentaban siempre solución azucarada.  La regla que los insectos debían aprender era elegir constantemente la cantidad menor, cualesquiera fuesen los números presentados, y a pesar que estos números variaban de visita en visita de la abeja al dispositivo. Asi, si en la visita siguiente se presentaba 2 contra 1, la elección correcta era 1; sin embargo, si se presentaba 3 contra 2, la elección correcta era 2, y así sucesivamente.

Figura 3. (a) Dispositivo para estudiar la existencia del concepto de cero en el sentido numérico de las abejas. Las abejas fueron entrenadas a volar hacia un panel vertical que mostraba dos números diferentes a partir de cuatro imágenes de círculos negros (en este caso, 3 contra 4). Las imágenes fueron controladas para impedir que las abejas se guiasen por otras claves que no fueran el numero mismo (por ejemplo, el área de los círculos, su densidad, contorno, etc.). En el ejemplo mostrado, el número 3 fue recompensado con una solución de sacarosa (indicado con un signo + en rojo para el lector).   b) Entrenamiento y tests. Las abejas fueron entrenadas con pares de números variables; debían aprender a elegir estos números en función de una regla constante: elegir siempre la cantidad más pequeña (indicada por un signo rojo +). Cuando lograron un % de elecciones correctas superior a 80 %, fueron confrontadas a una situación jamás vista anteriormente: un elemento único contra una imagen vacía. Otras tests novedosos opusieron la imagen vacía a dos, tres, cuatro, cinco y seis elementos. c) Resultados de los tests novedosos. Las abejas entrenadas a elegir el número más pequeño preferían siempre la imagen vacía (ausencia de estímulos) a cualquier otra cantidad. Su rendimiento (elecciones correctas) mejoraba a medida que la diferencia entre los números presentados aumentaba (0 contra 6 mejor que 0 contra 1). Este efecto es consistente con el efecto de distancia numérica típico de nuestra capacidad de distinguir números: nos resulta más fácil distinguir números alejados entre sí que números muy cercanos. 

 

Después de este entrenamiento, los experimentadores presentaron a las abejas una situación novedosa, jamás vista: una imagen con un solo elemento contra una imagen con un simple fondo blanco, es decir sin ningún elemento (Fig. 3b).  Las abejas nunca habían visto una imagen ‘vacía’ durante el entrenamiento y la pregunta planteada era si la ausencia de elementos (el equivalente de cero) se interpretaría como una cantidad menor a 1, llevando entonces a su elección a pesar de la novedad. En esta nueva situación, las abejas prefirieron la imagen vacía que trataron por lo tanto como una cantidad inferior a 1 (Fig. 3c).  Esto se confirmó en otros tests en los cuales las abejas debían elegir entre la imagen vacía y 2, 3, o 4, etc. (6).  En estos casos, las abejas siguieron prefiriendo la imagen vacía a estas cantidades mayores y además su rendimiento (elecciones correctas) mejoró a medida que aumentaba la diferencia entre 0 y el número presentado simultáneamente (0 vs. 6 más fácil que 0 vs. 1; Fig. 3c). Esta mejoría muestra por un lado que su sentido numérico integra la noción de cero en tanto que valor menor que 1, y menor aún que números crecientes superiores a 1.  Por otro lado, se muestra también que las abejas reproducen el «efecto de distancia numérica» existente en los vertebrados, incluyendo los seres humanos, es decir, el hecho que la capacidad de discriminar entre dos números mejora a medida que aumenta la distancia numérica entre ellos (20 contra 30 más fácilmente distinguible que 20 contra 21).

 

Sentido numérico relativo y absoluto

Dado que el estudio anterior se basó en la capacidad de las abejas para usar un juicio de numeración relativa (las abejas usaban la regla «menor que» y no aprendían una cantidad específica, realizamos otro estudio para determinar si poseían un sentido absoluto de los números, es decir, si podían aprender números por sí mismos, más allá de evaluarlos en forma relativa (7). En este caso entrenamos un grupo de abejas a elegir la cantidad 3 en una situación en la que 3 siempre era opuesto a 2 (grupo denominado ‘3 mayor’) mientras que otro grupo de abejas fue entrenado a elegir también 3, pero en una situación en la que 3 siempre era opuesto a 4 (grupo denominado ‘3 menor’). Las abejas fueron luego testeadas con nuevas imágenes que mostraban el número previamente recompensado (3) contra una situación novedosa para cada grupo: asi, el grupo ‘3 mayor’ veía por primera vez 3 contra 4, y el grupo ‘3 menor’ veía por primera vez 3 contra 2. Si las abejas poseían un sentido absoluto de los números, debían preferir en ambos casos 3 ya que ése fue el número recompensado en forma constante. Si, por el contrario, sólo utilizaban una numeración relativa («elegir el número mayor » o «elegir el número menor”), el grupo ‘3 mayor’ debía cambiar su preferencia de 3 a 4 mientras que el grupo ‘3 menor’ debía cambiar su preferencia de 3 a 2. En estos tests, las abejas prefirieron siempre la imagen con tres elementos, mostrando así que no sólo pueden evaluar cantidades en forma relativa, sino que también pueden aprehender cantidades en forma absoluta (7).

 

Aritmética en las abejas

Sorprendentemente, las abejas también pueden realizar operaciones aritméticas elementales como lo demostro un trabajo reciente en el que el color (azul o amarillo) de una serie de elementos presentados en una imagen a la entrada de un laberinto en Y indicaba la operación a realizar (8). Si los objetos de la imagen eran azules, las abejas que entraban en el laberinto tenían que elegir la imagen que mostraba un elemento más que la imagen en la entrada (adición) para obtener la recompensa de solución azucarada (Fig. 4a).  Por ejemplo, después de ver 1 objeto azul en la imagen de entrada, tenían que elegir 2 y no 3 dentro del laberinto. Si por el contrario los objetos de la imagen en la entrada eran amarillos, las abejas debían elegir la imagen que contenía un elemento menos que la imagen en la entrada (sustracción). Por ejemplo, si veían 4 elementos amarillos en la imagen de entrada, tenían que elegir 3 y no 2 o 5 una vez en el laberinto. Las abejas aprendieron bien la tarea y fueron entonces confrontadas con el numero 3 a la entrada, que no había sido utilizado durante el entrenamiento (Fig. 4b). Dependiendo del color de los 3 elementos que determinaba la operación a realizar, las abejas respondieron correctamente a los nuevos números (Fig. 4c). Estos resultados indican que la  aritmética elemental puede ser dominada por las abejas (8).

Figura 4. Aritmética elemental en abejas. (a) Esquema del laberinto en Y utilizado para estudiar las habilidades de resta y suma en las abejas. Las abejas fueron entrenadas a recolectar solución azucarada en el laberinto, que podría mostrar una imagen con elementos amarillos o azules en la entrada. Si los elementos eran amarillos (laberinto superior), la abeja tenía que elegir dentro del laberinto la imagen con un elemento menos que la imagen de la entrada (resta); si los elementos eran azules (laberinto inferior), la abeja tenía que elegir dentro del laberinto la imagen con un elemento más que la imagen de entrada (suma). (b) En los tests, se presentó una imagen de entrada que mostraba 3 elementos, un número nunca utilizado durante el entrenamiento. Los números correctos en el laberinto se indican mediante un círculo rojo. Las dos alternativas el test mostraban números más grandes (o más pequeños) que la imagen de referencia (misma dirección) o un número más pequeño y un número mayor que la imagen de referencia (dirección opuesta). (c) Resultados de los tests con en los que se presentaban imágenes de referencia con 3 elementos amarillos o azules. Las abejas respondieron correctamente y eligieron en función de resta cuando los elementos en la entrada eran amarillos, y en función de suma cuando eran azules, independientemente de la dirección de las alternativas presentadas en el test.

 

Simbolismo numérico

Otro resultado interesante se refiere al ‘simbolismo de los números’, es decir a nuestra capacidad de asignar símbolos a cantidades y considerar estos símbolos por analogía, como equivalentes de las cantidades representadas y como portadores de significado numérico (por ejemplo, el símbolo «3» significa tres objetos, independientemente de los objetos considerados). Esta capacidad se ha demostrado parcialmente en las abejas en experimentos recientes (9). Por supuesto, las abejas son incapaces de escribir símbolos, pero la pregunta planteada por este trabajo era si podían sin embargo establecer un vínculo entre un símbolo arbitrario y una cantidad de elementos. 

En este trabajo, diferentes grupos de abejas fueron entrenados a asociar un signo a una cantidad (N 2 o T 3) o viceversa (2 N o 3 T) (9). Es decir que, por ejemplo, el grupo ‘N 2’ aprendía que al ver N era necesario elegir una imagen con dos elementos (y no otra cantidad) para obtener la solución azucarada. Los diferentes grupos de abejas aprendieron su asociación respectiva y respondieron correctamente en situaciones novedosas en las que las cantidades eran representadas por elementos que cambiaban de color, forma y configuración. Por lo tanto, una abeja que esperaba la cantidad 2 luego de ver N, siempre elegía imágenes con 2 elementos después de visualizar N, incluso si ambos elementos en la imagen tenían colores o formas nunca antes vistas. Sin embargo, las abejas no logran una representación simbólica plena como la del ser humano ya que no fueron capaces de revertir la asociación aprendida (es decir, cambiar de número a signo si habían sido entrenadas a una asociación de signo a número, y viceversa). Así, las abejas del grupo ‘N 2’ no fueron capaces de responder correctamente si la imagen de entrada era ‘2’ seguida de una elección entre ‘N’ y ‘T’. Al ver ‘2’, se hubiese esperado una elección de ‘N’ (asociación reversible); sin embargo, la elección fue azarosa (9). Esto significa que la capacidad de relacionar símbolos arbitrarios con números es limitada en estos insectos.

 

Conclusión: ¿cómo, dónde y por qué?

A pesar de la fascinación que estos resultados producen, dejan muchos interrogantes abiertos (de hecho, ésa es precisamente la función de la investigación científica: aportar conocimientos novedosos, generando al mismo tiempo nuevas preguntas). Por ejemplo, estos trabajos no responden a la pregunta esencial de cómo cuentan las abejas. ¿Tienen acaso áreas específicas en su cerebro para esta capacidad? En el cerebro de monos y cuervos, se han podido identificar neuronas que responden a cantidades específicas, independientemente de los colores, forma, etc. de los elementos usados para representar esas cantidades (10) ¿Las abejas tienen el mismo tipo de neuronas en sus cerebros? Responder a esta pregunta resulta difícil ya que todos los experimentos descritos en este articulo acerca del sentido numérico de las abejas han utilizado abejas en libre vuelo, es decir insectos que volaban libremente de la colmena a los dispositivos en los que debían resolver problemas para obtener una recompensa de solución azucarada. Por ende, es imposible acceder al cerebro de un insecto en libre vuelo y conocer las propiedades de las neuronas que intervendrían durante la resolución de problemas numéricos.  Ciertas regiones del cerebro de la abeja son conocidas por almacenar memorias visuales (11) y podrían intervenir en la representación neuronal de cantidades. Los estudios futuros que planeamos abordarán la participación de esta región del cerebro en el sentido numérico de las abejas.

Estos estudios nos permiten sacar una conclusión importante: finalmente, en lo que a números respecta, el cerebro de los vertebrados no sería tan excepcional y superior, tal como muchos tienden a considerarlo.  Las semejanzas en el sentido numérico de las abejas y de los vertebrados pueden parecer sorprendentes pero un análisis cuidadoso permitirá entender que el sentido de los números es vital para la supervivencia de la mayoría de los animales vivos. Saber dónde hay más o menos predadores y más o menos alimento es crucial para la mayoría de los animales, incluyendo al ser humano. La supervivencia de las abejas depende de habilidades de navegación que les permiten regresar a la colmena y de su capacidad para tomar decisiones eficientes durante el forrajeo. Por lo tanto, para este insecto, estimar el número de objetos dejados atrás durante el trayecto a una fuente de alimento, o el número de flores en un área de explotación, puede desempeñar un papel crucial para la supervivencia individual y de la colmena. La evolución puede haber favorecido el desarrollo de capacidades numéricas en las abejas, de la misma manera que en los vertebrados. Ciertamente, las abejas poseen un sentido numérico más limitado que el nuestro y no llegan a dominar el álgebra o la trigonometría. Sin embargo, cuentan. Y aunque sean pocos números, es ya de por sí fascinante.

 

Referencias

1. A. Nieder, The evolutionary history of brains for numbers. Trends Cogn Sci 25, 608-621 (2021).
2. M. Giurfa, La Inteligencia Conceptual de las Abejas. Gaceta del Colmenar 644, https://sada.org.ar/la-inteligencia-conceptual-de-las-abejas/ (2021).
3. L. Chittka, K. Geiger, Can honeybees count landmarks? Anim Behav 49, 159-164 (1995).
4. M. Dacke, M. V. Srinivasan, Evidence for counting in insects. Animal cognition 11, 683-689 (2008).
5. H. J. Gross et al., Number-based visual generalisation in the honeybee. Plos One 4,  (2009).
6. S. R. Howard, A. Avargues-Weber, J. E. Garcia, A. D. Greentree, A. G. Dyer, Numerical ordering of zero in honey bees. Science (New York, N.Y.) 360, 1124-1126 (2018).
7. M. Bortot et al., Honeybees use absolute rather than relative numerosity in number discrimination. Biol Lett 15, 20190138 (2019).
8. S. R. Howard, A. Avarguès-Weber, J. E. Garcia, A. D. Greentree, A. G. Dyer, Numerical cognition in honeybees enables addition and subtraction. Sci Adv 5, eaav0961 (2019).
9. S. R. Howard, A. Avargues-Weber, J. E. Garcia, A. D. Greentree, A. G. Dyer, Symbolic representation of numerosity by honeybees (Apis mellifera): matching characters to small quantities. Proc Biol Sci 20190238,  (2019).
10. A. Nieder, Evolution of cognitive and neural solutions enabling numerosity judgements: lessons from primates and corvids. Phil Trans R Soc Lond B 373,  (2018).

 

 

Martín Giurfa. Centre de Recherches sur la Cognition Animale, Centre de Biologie Intégrative, CNRS, Université de Toulouse, F-31062 Toulouse Cedex 09, Francia