Hawajska petrel przez większość swojego wędrownego życia jest tajemnicą, podróżuje w tajemniczym miejscu. Po powrocie na ląd - na kilka wysp na Hawajach - tylko po to, by gniazdować i rozmnażać się, te ptaki pelagiczne, które znajdują się na liście gatunków zagrożonych wyginięciem od 1967 r., Są przede wszystkim włóczęgami z północnego Oceanu Spokojnego, rozległej przestrzeni między równikiem i Alaską Wyspy Aleuckie.
Jako takie są gatunkiem o szerokim zasięgu w ogromnym ekosystemie, który wymyka się naukowcom, którzy pracują nad zrozumieniem, w jaki sposób zmiany klimatu, przemysłowe praktyki połowowe oraz inne naturalne i ludzkie wpływy wpływają na Ocean Spokojny. Teraz kości tych ptaków - niektóre nawet 2000 lat - zapewniają naukowcom unikalne okno na ekologiczną przeszłość tego oceanu, a także podstawowe dane, dzięki którym można lepiej zrozumieć jego teraźniejszość i rozważyć przyszłość.
Wyniki ostatnich badań, opublikowanych w Proceedings of the Royal Society B, pokazują, w jaki sposób udoskonalone badanie chemii kości potwierdza zmianę w sieci pokarmowej północnego Pacyfiku - skomplikowanej, połączonej sieci łańcuchów pokarmowych, która utrzymuje każdy gatunek od najbardziej mikroskopijny plankton do gigantycznego płetwala błękitnego. Zasadniczo kości mówią naukowcom, że łańcuch pokarmowy petrelów w ciągu ostatnich 100 lat skrócił się.
Jak i dlaczego nie jest jasne, ale zrozumienie, gdzie gatunek je w łańcuchu pokarmowym, jest równie ważne - a w dłuższej perspektywie jeszcze ważniejsze - niż to, co je.
Tak więc ta informacja oraz nowe metody, których naukowcy używają do przesłuchania samych kości, zapewniają sposób na rozpoczęcie odpowiedzi na te pytania.
„Jeśli w tym ekosystemie zachodzą poważne zmiany, a my nie jesteśmy w stanie ocenić, jak szybko i jak duże są te zmiany, trudno jest nam zarządzać zasobami. Trudno nam przewidzieć, czy może istnieć punkt zwrotny, w którym mogłyby wystąpić nawet większe zmiany ”- mówi Helen James, zoolog badawczy i kustosz ptaków w Smithsonian's National Museum of Natural History, który jest współautorem badania .
Te kości, wiele z nich z Muzeum Historii Naturalnej i innych muzeów, a także z ostatnich ptaków, umożliwiają naukowcom opowiedzenie bezcennej, długofalowej historii sprzed tysięcy lat.
„Po uzyskaniu punktu odniesienia dla tego rodzaju danych kontynuacja próbkowania w przyszłości może być świetnym sposobem na wykrycie oznak stresu w ekosystemie” - mówi James.
Archeologiczne kości i czaszka (po lewej) i współczesna czaszka (po prawej) petrel z Hawajów przechowywane w zbiorach Narodowego Muzeum Historii Naturalnej Smithsona. Kości archeologiczne mają około dwóch wieków. (Brittany M. Hance) 
Sygnały biochemiczne w kościach i czaszkach 200-letnich Petrali (u góry) i współczesnych okazów (u dołu) mogą zapewnić cenny wgląd w zmiany na dużą skalę w sieciach pokarmowych oceanu w czasie. (Donald E. Hurlbert) 
„Te okazy muzealne są niezwykłe ze względu na informacje, które mogą dostarczyć na temat przeszłości”, mówi Helen James. (Donald E. Hurlbert) Łańcuchy żywnościowe wydają się raczej liniowe i proste; są specyficzną ścieżką żywieniową gatunku w sieci pokarmowej. Na przykład rekin zjada tuńczyka, który zjadł papugę, zjadł koralowiec, który zjadł fitoplankton. Ważne jest, aby wiedzieć, gdzie gatunki jedzą w łańcuchu pokarmowym, a naukowcy określają to na podstawie tak zwanych poziomów troficznych.
Poziom pierwszy to producenci, którzy wykorzystują światło do fotosyntezy i produkcji żywności; są to przede wszystkim fitoplankton, które stanowią fundament całej oceanicznej sieci pokarmowej i jej niezliczonych łańcuchów. Na drugim poziomie zwierzęta roślinożerne - małe pasące się zwierzęta, takie jak zooplankton, meduza, jeżowce, a także większe zwierzęta, takie jak papugi i zielone żółwie - przemieszczają się przez morze, pasąc się oportunistycznie. Poziom trzeci składa się z małych drapieżników, takich jak sardynki, menhaden i inne gatunki, które żywią się roślinożercami i służą przede wszystkim jako pokarm dla gatunku na poziomie czwartym, najwyższych drapieżników, w tym dużych ryb, ssaków i ptaków - jak hawajskie petrel - które jedz mniejsze zwierzęta mięsożerne.
Chociaż łańcuchy pokarmowe są różne dla każdego zwierzęcia, ponieważ są one połączone ze sobą w znacznie większej sieci pokarmowej, to, co dzieje się z łańcuchem pokarmowym jednego zwierzęcia, niezmiennie spowoduje przesunięcie w innym miejscu w sieci.
Jeśli na przykład praktyka płetw rekinów zubaża populację drapieżnika czwartego poziomu na danym obszarze, zwierzęta znajdujące się w dalszej części łańcucha pokarmowego rekinów staną się liczniejsze (mniej rekinów je zjada).
Nagle zjadają więcej zwierząt pod nimi. Gatunki styczne do łańcucha pokarmowego rekinów, które wydają się nie mieć nic wspólnego z rekinami, ale zależą od mniejszych zwierząt, które nagle znikają pod większą presją żywieniową, zobaczą, że ich źródła pokarmu są zakłócone i mogą być również zmuszone do jedzenia gatunków na niższych poziomach poziom troficzny. Jest to w efekcie przesunięcie troficzne - zmieniła się długość łańcucha pokarmowego gatunku.
I właśnie to ujawnia chemia kości hawajskich petrel na północnym Pacyfiku. W 2013 r. James i inni naukowcy po raz pierwszy podeszli do tego pytania, badając kości każdej populacji lęgowej gatunku - wykonalne, ponieważ rozmnażają się tylko na określonych wyspach na Hawajach.
„Każda petrel lata duże odległości nad północnym Oceanem Spokojnym, żerując po drodze i powoli wprowadzając azot z diety do białka w kościach” - mówi James. „Wyobraź sobie, że mieliśmy drona i wypuściliśmy go na ten rozległy obszar, a on przeleciał przez ocean, systematycznie pobierając próbki sieci pokarmowej. Po śmierci petrel (lub drona) informacje o jego nawykach żywieniowych są przechowywane w kościach przez setki lub tysiące lat. Jeśli uda nam się znaleźć te kości i wyodrębnić z nich białka, mamy nieoczekiwane źródło danych o tym, jak zmieniły się sieci pokarmowe oceanów na szeroką skalę, w miarę upływu czasu. ”
Naukowcy nie mogą dokładnie wiedzieć, co zjadły ptaki - tego konkretnego rodzaju informacji oczywiście nie można przechowywać w kościach. Ale badając chemię w kościach, mogą określić chemię pokarmów, które ptaki zjadły, i dzięki temu sprawdzić, czy nastąpiła zmiana.
„Patrząc na żywność na poziomie chemicznym, możemy uzyskać jedną liczbę chemiczną, która mówi coś o łańcuchu pokarmowym ptaków, czego nie można mieć, gdybyś miał tylko listę tego, co ptak zjadł wczoraj”, mówi James . „Więc patrzenie na tę sygnaturę chemiczną jest naprawdę korzystne, jeśli chcesz spojrzeć na długoterminowe trendy.”
W badaniu z 2013 r. Naukowcy zbadali azot, który jest włączany kumulatywnie i przewidywalnie, gdy jeden organizm zjada inny, i stwierdzili, że cały gatunek wykazał spadek izotopów azotu w ciągu ostatnich 100 lat. Oznaczało to, że łańcuch pokarmowy ptaków stał się krótszy; gdzieś w łańcuchu pokarmowym ptaków zwierzęta jadły na niższym poziomie troficznym.
W bieżącym badaniu naukowcy chcieli udoskonalić swoją metodologię, aby ustalić, że badanie z 2013 r. Rzeczywiście ujawniło zmianę w łańcuchu pokarmowym ptaków, a nie zmianę spowodowaną chemią azotu na dole łańcucha pokarmowego, podobnie jak inne kłócił się. Tym razem przyjrzeli się związkowi między dwoma specyficznymi aminokwasami i ich izotopami azotu, które razem wzięte mogą wskazywać na długość łańcucha pokarmowego tego konkretnego ptaka.
Ta dokładniejsza metoda potwierdziła, że współczesny łańcuch pokarmowy petrel jest krótszy niż starożytny, mówi James.
„Istnieje kilka kroków w łańcuchu pokarmowym prowadzącym do petrel i nie wiemy, na którym etapie nastąpiła zmiana”, mówi. „Można sobie wyobrazić, że jedzą ten sam gatunek jedzenia, ale te gatunki jedzą coś innego.”
Podobnie jak w pierwszym badaniu, nowe badanie sugeruje, że rybołówstwo przemysłowe, które rozpoczęło się na dużą skalę na Pacyfiku na początku lat pięćdziesiątych, należy uznać za możliwe źródło tej zmiany.
„Wiemy, że na wielu obszarach morskich szelfu kontynentalnego występuje zjawisko łowienia ryb w sieci pokarmowej - usuwanie dużej ilości drapieżnych ryb z oceanu. Mniejsze drapieżniki stają się liczniejsze i muszą jeść ”- mówi James. Tak więc średnia wielkość połowów staje się mniejsza, zarówno dla ludzi, jak i innych gatunków.
Nowe dane z kości petrel pomogą w prowadzeniu bieżących badań i monitorowaniu populacji ryb, aby lepiej zrozumieć, co stało się w ogromnym oceanie, który jest tak trudny do zbadania.
„To, co potrafimy wnieść do tej historii, to dobrej jakości dane historyczne, zwłaszcza dotyczące tam, gdzie ludzie nie mieli żadnego wpływu na ekosystem oceaniczny” - mówi James.
Idąc dalej, ona i inni naukowcy rozszerzają swoje badania i stosują metodologię chemiczną nowego badania do innych gatunków, w tym albatrosa Laysana i wód strzyżących Newella. Obaj, podobnie jak hawajska petrel, gniazdują na hawajskim archipelagu, ale żerują w różnych regionach oceanu, co dostarczy dalszych informacji w celu zbadania trendów na całym oceanie. Woda ścinająca Newella jest zagrożona, podczas gdy albatros Laysan jest uważany za „prawie zagrożony”.
„Te okazy muzealne są niezwykłe ze względu na informacje, które mogą dostarczyć o przeszłości” - mówi James. „Pozwalają nam poznać kilka naprawdę nieoczekiwanych rzeczy na temat ekologii oceanów”.
