Для большей части своей блуждающей жизни гавайский буревестник - загадка, путешествующая в загадочном месте. Возвращаясь на сушу - к нескольким конкретным островам на Гавайях - только для того, чтобы гнездиться и размножаться, эти пелагические птицы, которые находятся в списке исчезающих видов с 1967 года, являются в основном бомжами северной части Тихого океана, обширного пространства между экватором и Аляской. Алеутские острова.
Как таковые, они представляют собой разнообразные виды в огромной экосистеме, в которую не входят ученые, работающие над тем, чтобы понять, как изменение климата, методы промышленного рыболовства и другие природные и антропогенные воздействия влияют на Тихий океан. Теперь кости этих птиц - некоторым из которых всего 2000 лет - предоставляют ученым уникальное окно в экологическое прошлое этого океана, а также исходные данные, из которых можно лучше понять его настоящее и рассмотреть его будущее.
Результаты недавнего исследования, опубликованного в Proceedings of Royal Society B, показывают, как изысканное исследование химического состава костей подтверждает изменение в пищевой сети северной части Тихого океана - сложную, взаимосвязанную сеть пищевых цепей, которая поддерживает все виды от самый микроскопический планктон гигантского синего кита. По сути, кости говорят ученым, что пищевая цепь буревестников за последние 100 лет сократилась.
Как и почему неясно, но понимание того, где виды питаются в пищевой цепи, столь же важно - и в долгосрочной перспективе даже более важно - чем то, что они едят.
Таким образом, эта информация и новые методы, которые ученые используют для опроса самих костей, дают возможность начать отвечать на эти вопросы.
«Если в этой экосистеме происходят серьезные сдвиги, и мы не можем определить, насколько быстры и масштабны эти сдвиги, нам трудно управлять ресурсом. Нам трудно предсказать, может ли быть переломный момент, когда могут произойти еще большие изменения », - говорит Хелен Джеймс, научный зоолог и куратор птиц в Смитсоновском национальном музее естественной истории, который является соавтором исследования.,
Эти кости, многие из них из Музея естественной истории и других музеев, а также из недавних птиц, позволяют ученым рассказать бесценную долгосрочную историю, насчитывающую тысячи лет назад и до наших дней.
«Если у вас есть базовые данные для такого рода данных, продолжение выборки в будущее может стать отличным способом обнаружения признаков стресса в экосистеме», - говорит Джеймс.
Археологические кости и череп (слева) и современный череп (справа) гавайского буревестника хранятся в коллекциях Смитсоновского национального музея естественной истории. Археологическим костям около двух веков. (Бриттани М. Хэнс) 
Биохимические сигналы в костях и черепах 200-летних петралов (вверху) и современных образцов (внизу) могут дать ценную информацию о масштабных изменениях в океанических пищевых сетях с течением времени. (Дональд Э. Херлберт) 
«Эти музейные экспонаты замечательны той информацией, которую они могут предоставить о прошлом», - говорит Хелен Джеймс. (Дональд Э. Херлберт) Пищевые цепочки кажутся довольно линейными и простыми; они являются специфическим видом пищи в пищевой сети. Например, акула ест тунца, который съел рыбу-попугая, который съел коралл, который съел фитопланктон. Важно знать, где питаются виды в пищевой цепи, и ученые определяют это, основываясь на так называемых трофических уровнях.
Первый уровень - производители, которые используют свет для фотосинтеза и производства продуктов питания; это в первую очередь фитопланктон, который составляет основу всей океанической пищевой сети и ее бесчисленных цепей. На втором уровне травоядные животные - крошечные пасущиеся животные, такие как зоопланктон, медузы, морские ежи, а также более крупные животные, такие как попугаи и зеленые черепахи, - перемещаются по морю, выпасаясь оппортунистически. Третий уровень состоит из мелких плотоядных животных, таких как сардины, менхаден и другие виды, которые питаются травоядными животными и в основном служат пищей для видов на четвертом уровне, главных хищников, включая крупных рыб, млекопитающих и птиц, таких как гавайские буревестники, которые есть меньшие плотоядные животные
Хотя пищевые цепи различны для каждого животного, потому что они взаимосвязаны внутри гораздо большей пищевой сети, то, что происходит с пищевой цепью одного животного, неизбежно вызовет сдвиг в другом месте в сети.
Если, например, практика плавания акул истощает популяцию этого хищника четвертого уровня в определенной области, животные, находящиеся дальше по пищевой цепи акул, станут более многочисленными (меньше акул съедят их).
Внезапно они едят больше животных под ними. Виды, имеющие отношение к пищевой цепи акул, которые, по-видимому, не имеют ничего общего с акулами, но зависят от мелких животных, которые внезапно исчезают из-за повышенного кормового давления, увидят, что их источники пищи нарушены, а также могут быть вынуждены питаться видами при более низких трофический уровень. По сути, это трофический сдвиг - длина пищевой цепи вида изменилась.
И это то, что химия костей гавайских буревестников раскрывает в северной части Тихого океана. В 2013 году Джеймс и другие ученые впервые подошли к этому вопросу, изучив кости каждой размножающейся популяции видов - выполнимо, потому что они размножаются только на определенных островах на Гавайях.
«Каждый буревестник летит на большие расстояния над северной частью Тихого океана, питаясь по пути и медленно внедряя азот из своего рациона в белок в костях», - говорит Джеймс. «Представьте, что у нас был беспилотник, который мы выпустили на этой обширной территории, и он полетел через океан, систематически отбирая образцы пищевой сети. После смерти буревестника (или дрона) информация о его привычках питания сохраняется в течение сотен или тысяч лет внутри его костей. Если мы сможем найти эти кости и извлечь из них белки, у нас будет неожиданный источник данных о том, как пищевые сети океана изменились в широких масштабах с течением времени ».
Ученые не могут точно знать, что съели птицы - такая конкретная информация, конечно, не может храниться в костях. Но, опрашивая химию в костях, они могут определить химический состав пищи, которую съели птицы, и через это посмотреть, произошло ли изменение.
«Глядя на пищу на химическом уровне, мы можем найти единственное химическое число, которое говорит о пищевой цепочке птиц, чего у вас не было бы, если бы у вас был только список того, что птица съела вчера», - говорит Джеймс., «Таким образом, есть реальное преимущество в том, чтобы смотреть на эту химическую подпись, если вы хотите посмотреть на долгосрочные тенденции».
В исследовании 2013 года ученые изучили азот, который включается кумулятивно и предсказуемо, когда один организм питается другим, и обнаружили, что у целых видов наблюдается снижение содержания изотопов азота в течение последних 100 лет. Это указывало на то, что пищевая цепь птиц стала короче; где-то в пищевой цепочке птиц животные ели на более низком трофическом уровне.
В текущем исследовании ученые хотели усовершенствовать свою методологию, чтобы определить, что исследование 2013 года действительно выявило сдвиг в пищевой цепи птиц, а не изменение, вызванное химическим составом азота в нижней части пищевой цепи, как другие спорил. На этот раз они рассмотрели взаимосвязь между двумя конкретными аминокислотами и их изотопами азота, которые, взятые вместе, могут указывать на длину пищевой цепи этой конкретной птицы.
Этот более точный метод подтвердил, что современная пищевая цепочка буревестников короче древней, говорит Джеймс.
«В пищевой цепи есть несколько шагов, ведущих к буревестнику, и мы не знаем, на каком этапе произошли изменения», - говорит она. «Вполне возможно, что они едят одни и те же виды пищи, но эти виды едят что-то другое».
Как и в первом исследовании, новое исследование предполагает, что в качестве возможного источника этого сдвига следует рассматривать промышленный промысел, начавшийся в больших масштабах в Тихом океане в начале 1950-х годов.
«Мы действительно знаем, что во многих морских районах континентального шельфа существует такое явление, как вылов рыбы по пищевой сети - удаление большого количества хищных рыб из океана. Маленькие хищники становятся более многочисленными, и им приходится есть », - говорит Джеймс. Таким образом, средний размер улова становится меньше как для человека, так и для других видов.
Новые данные о костях буревестника помогут информировать текущие исследования и мониторинг популяций рыб, чтобы помочь лучше понять, что произошло в огромном океане, который так сложно исследовать.
«То, что мы можем привнести в эту историю, это исторические данные хорошего качества, особенно возвращаясь туда, где люди не оказывали никакого влияния на экосистему океана», - говорит Джеймс.
В дальнейшем она и другие ученые расширяют свои исследования и применяют химическую методологию нового исследования к другим видам, включая альбатроса Лайсан и буревестник Ньюэлла. Оба, как и гавайский буревестник, гнездятся на Гавайском архипелаге, но добывают их в разных частях океана, что даст дополнительную информацию для изучения тенденций в океане. Shearwater Newell находится под угрозой исчезновения, в то время как альбатрос Laysan считается "почти под угрозой".
«Эти музейные экспонаты замечательны той информацией, которую они могут предоставить о прошлом», - говорит Джеймс. «Они позволяют нам узнать некоторые действительно неожиданные вещи об экологии океана».
