Bagi majoriti kehidupan yang mengembara, petrel Hawaii adalah misteri, yang mengembara di tempat yang misterius. Kembali ke daratan-ke beberapa pulau tertentu di Hawaii-hanya untuk sarang dan baka, burung-burung pelagis ini, yang telah berada dalam senarai spesies yang terancam sejak tahun 1967, adalah terutamanya wafat di Lautan Pasifik utara, luasnya di antara khatulistiwa dan Alaska Kepulauan Aleutian.
Oleh itu, mereka adalah spesies yang luas di dalam ekosistem yang besar yang menghalang para saintis yang berusaha memahami bagaimana perubahan iklim, amalan perikanan industri, dan alam semula jadi dan manusia dan pengaruh yang mempengaruhi Lautan Pasifik. Sekarang, tulang-tulang burung ini, yang berusia lebih kurang 2, 000 tahun, memberikan saintis satu tetingkap yang unik ke dalam masa lalu ekologi laut ini, dan juga data asas untuk memahaminya sekarang dan mempertimbangkan masa depannya.
Keputusan kajian baru-baru ini, yang diterbitkan dalam Prosiding Royal Society B, menunjukkan bagaimana pemeriksaan kimia kimia tulang menegaskan pergeseran dalam web makanan di utara Pasifik - jaringan rantai makanan yang saling terhubung dan saling berkaitan yang menopang setiap spesies dari plankton yang paling mikroskopik kepada ikan paus biru raksasa. Pada asasnya, tulang memberitahu saintis bahawa rantai makanan petrels telah, dalam tempoh 100 tahun yang lalu, berkembang lebih pendek.
Bagaimana dan mengapa tidak jelas, tetapi pemahaman di mana spesies makan dalam rantaian makanan sama kritikal-dan dari perspektif jangka panjang lebih penting daripada apa yang mereka makan.
Oleh itu, maklumat ini, dan kaedah saintis baru menggunakan untuk menginterogasi tulang sendiri, menyediakan cara untuk menjawab soalan tersebut.
"Jika perubahan utama berlaku dalam ekosistem ini, dan kita tidak dapat mengukur seberapa cepat dan seberapa besar perubahan itu, maka sukar bagi kita untuk menguruskan sumber itu. Sukar bagi kami untuk meramalkan sama ada terdapat titik tipikal di mana perubahan yang lebih besar boleh berlaku, "kata Helen James, ahli zoologi penyelidik dan kurator burung di Smithsonian National Museum of Natural History, yang merupakan pengarang bersama kajian .
Tulang-tulang ini, banyak dari mereka dari Muzium Sejarah Alam dan muzium-muzium lain, serta dari burung baru-baru ini, membolehkan saintis menceritakan kisah jangka panjang yang tidak ternilai sejak beribu-ribu tahun yang lalu hingga sekarang.
"Sebaik sahaja anda mempunyai garis dasar dalam data semacam ini, terus mencontohkan masa depan boleh menjadi cara yang baik untuk mengesan tanda-tanda tekanan ekosistem, " kata James.
Tulang arkeologi dan tengkorak (kiri) dan tengkorak moden (kanan) petrel Hawaii yang diadakan di koleksi Muzium Sejarah Alam Kebangsaan Smithsonian. Tulang arkeologi berusia sekitar dua abad. (Brittany M. Hance) 
Isyarat biokimia dalam tulang dan tengkorak Petrals berusia 200 tahun (atas) dan spesimen moden (bawah) dapat memberi gambaran yang berharga mengenai pergeseran besar-besaran di web makanan laut dari masa ke masa. (Donald E. Hurlbert) 
"Spesimen muzium ini luar biasa untuk maklumat yang dapat mereka berikan mengenai masa lalu, " kata Helen James. (Donald E. Hurlbert) Rantai makanan kelihatan agak linear dan mudah; mereka adalah laluan makan khusus spesies dalam web makanan. Sebagai contoh, seekor ikan hiu memakan tuna, yang telah memakan ikan parrotfish, yang telah memakan karang, yang telah memakan fitoplankton. Di mana spesies makan di rantai makanan adalah penting untuk diketahui, dan saintis menentukan bahawa berdasarkan apa yang dipanggil tahap trofik.
Tahap pertama adalah pengeluar, yang menggunakan cahaya untuk fotosintesis dan menghasilkan makanan; ini adalah terutamanya phytoplankton, yang membentuk asas keseluruhan web makanan laut dan rantaiannya yang pelbagai. Pada tahap kedua, herbivora-binatang kecil yang memakan seperti zooplankton, ubur-ubur, bulu burung laut, serta haiwan yang lebih besar seperti burung lumba-lumba dan penyu hijau-bergerak melalui laut, meragut secara opportunistically. Aras tiga terdiri daripada karnivor kecil seperti sardin, menhaden, dan spesies lain yang memakan herbivora dan terutamanya berfungsi sebagai makanan untuk spesies pada tahap empat, pemangsa teratas termasuk ikan besar, mamalia, dan burung-burung seperti hewan Hawaii-yang makan karnivor yang lebih kecil.
Walaupun rantaian makanan berbeza bagi setiap haiwan, kerana ia saling berkaitan dalam web makanan yang lebih besar, apa yang terjadi pada satu rantaian makanan haiwan akan selalu menyebabkan perubahan di tempat lain di web.
Sekiranya, contohnya, jerung sirip mengecut populasi populasi empat peringkat ini di kawasan tertentu, haiwan-haiwan di bawah rantaian makanan jerung akan menjadi lebih banyak (kurang banyak ikan hiu untuk dimakan).
Tiba-tiba, mereka makan lebih banyak haiwan di bawahnya. Spesies tangen kepada rantai makanan jerung, yang tampaknya tidak ada kaitan dengan jerung tetapi bergantung kepada haiwan yang lebih kecil yang tiba-tiba menghilang di bawah tekanan makan, akan melihat sumber makanan mereka terganggu dan juga boleh dipaksa untuk makan spesies di bawah tahap trofi. Ini, sebenarnya, peralihan trofi - panjang rantaian makanan spesies telah berubah.
Dan ini adalah apa yang dikatakan kimia tulang petrol Hawaii di Pasifik utara. Pada tahun 2013, James dan saintis lain mula-mula mendekati soalan ini dengan mengkaji tulang setiap populasi pembiakan spesies yang boleh dilakukan, kerana mereka hanya membiak di pulau-pulau tertentu di Hawaii.
"Setiap petrel terbang jauh di Lautan Pasifik utara, makan di sepanjang jalan dan perlahan-lahan memasukkan nitrogen dari dietnya ke dalam protein di tulangnya, " kata James. "Bayangkan kami mempunyai drone dan membebaskannya di kawasan luas ini, dan ia melintasi lautan mengambil sampel web makanan secara sistematik. Selepas petrel (atau drone) mati, maklumat tentang kebiasaan makannya dipelihara selama ratusan atau ribuan tahun di dalam tulangnya. Sekiranya kita dapat menemui tulang-tulang itu dan mengeluarkan protein dari mereka, kita mempunyai sumber data yang tidak dijangka tentang bagaimana web makanan laut telah berubah pada skala yang luas, dari masa ke masa. "
Para saintis tidak dapat mengetahui dengan tepat apa yang dimakan oleh burung-jenis maklumat tertentu, tentu saja, tidak dapat disimpan dalam tulang. Tetapi dengan menginterogasi kimia dalam tulang, mereka dapat menentukan kimia makanan yang dimakan oleh burung, dan melalui ini lihat sama ada perubahan telah terjadi.
"Melihat makanan di peringkat kimia, terdapat satu nombor kimia yang boleh kita dapati yang mengatakan sesuatu tentang rantaian makanan burung, yang anda tidak dapat mempunyai jika anda hanya mempunyai senarai apa yang makan burung semalam, " kata James. . "Jadi ada kelebihan sebenar untuk melihat tandatangan kimia ini jika anda mahu melihat trend jangka panjang."
Dalam kajian 2013, para saintis mengkaji nitrogen, yang diperbadankan secara kumulatif dan diramalkan apabila satu organisma makan yang lain, dan mendapati bahawa seluruh spesies menunjukkan penurunan dalam isotop nitrogen dalam tempoh 100 tahun yang lalu. Ini menunjukkan bahawa rantaian makanan burung telah menjadi lebih pendek; di suatu tempat di rantai makanan burung, binatang sedang makan di tingkat tropis yang lebih rendah.
Dalam kajian semasa, para saintis ingin memperhalusi metodologi mereka untuk menentukan bahawa kajian 2013 memang menunjukkan perubahan dalam rantaian makanan burung, bukan perubahan yang disebabkan oleh kimia nitrogen di bahagian bawah rantaian makanan, seperti yang lain telah berhujah. Kali ini, mereka melihat hubungan antara dua asid amino tertentu dan isotop nitrogen mereka, yang, apabila diambil bersama, dapat menunjukkan panjang rantaian makanan burung tertentu itu.
Cara yang lebih tepat ini mengesahkan bahawa rantaian makanan moden petrol adalah lebih pendek daripada yang kuno, kata James.
"Terdapat beberapa langkah dalam rantaian makanan yang membawa kepada petrel, dan kami tidak tahu di mana langkah perubahan itu berlaku, " katanya. "Ia difikirkan bahawa mereka memakan spesies makanan yang sama, tetapi spesies ini memakan sesuatu yang berbeza."
Seperti dalam kajian pertama, kajian baru menunjukkan bahawa perikanan industri, yang bermula pada skala besar di Pasifik awal tahun 1950-an, mesti dipertimbangkan sebagai sumber kemungkinan peralihan ini.
"Kami tahu bahawa untuk banyak kawasan lindung benua, terdapat fenomena memancing di bawah web makanan yang memusnahkan banyak ikan pemangsa besar dari lautan. Pemangsa yang lebih kecil menjadi lebih banyak, dan mereka perlu makan, "kata James. Oleh itu, saiz tangkapan purata menjadi lebih kecil, sama ada untuk manusia dan spesies lain.
Data baru dari tulang petrel akan membantu memaklumkan kajian berterusan dan pemantauan populasi ikan untuk membantu memahami dengan lebih baik apa yang telah terjadi di lautan yang sangat mencabar untuk penyelidikan.
"Apa yang dapat kita sampaikan dalam kisah itu adalah data sejarah yang berkualiti tinggi ini, terutamanya yang kembali ke mana manusia tidak mempunyai kesan ke atas ekosistem lautan, " kata James.
Melangkah ke hadapan, dia dan ahli sains lain memperluas penyelidikan mereka dan menerapkan metodologi kimia kajian baru kepada spesies lain, termasuk Laysan albatross dan air shear Newell. Kedua-duanya, seperti petrel Hawaii, sarang di kepulauan Hawaii tetapi mereka memakan di kawasan-kawasan yang berlainan di lautan, yang akan memberikan maklumat lanjut untuk mengkaji aliran laut yang luas. Air tawar Newell terancam, manakala Laysan albatross dianggap "hampir terancam."
"Spesimen muzium ini luar biasa untuk maklumat yang mereka dapat memberikan tentang masa lalu, " kata James. "Mereka membolehkan kita mempelajari beberapa perkara yang tidak diingini tentang ekologi laut."
