Bagi sebagian besar kehidupannya yang mengembara, petrel Hawaii adalah sebuah misteri, bepergian di tempat yang misterius. Kembali ke daratan — ke beberapa pulau tertentu di Hawaii — hanya untuk bersarang dan berkembang biak, burung pelagis ini, yang telah masuk dalam daftar spesies terancam sejak 1967, sebagian besar adalah gelandangan di Samudra Pasifik utara, bentangan luas antara garis khatulistiwa dan Alaska. Kepulauan Aleut.
Dengan demikian, mereka adalah spesies yang luas dalam ekosistem besar yang menghindari ilmuwan yang bekerja untuk memahami bagaimana perubahan iklim, praktik penangkapan ikan industri, dan pengaruh alami dan manusia serta pengaruh lainnya mempengaruhi Samudera Pasifik. Sekarang, tulang-tulang burung-burung ini — beberapa berumur 2.000 tahun — memberi para ilmuwan jendela unik ke masa lalu ekologis lautan ini, serta data dasar yang darinya lebih memahami masa kini dan mempertimbangkan masa depannya.
Hasil sebuah penelitian baru-baru ini, yang diterbitkan dalam Prosiding Royal Society B, menunjukkan bagaimana pemeriksaan yang cermat terhadap kimia tulang mengkonfirmasi perubahan dalam jaring makanan Pasifik utara — jaringan rantai makanan rumit dan saling berhubungan yang menopang setiap spesies dari plankton paling mikroskopis untuk paus biru raksasa. Intinya, tulang memberi tahu para ilmuwan bahwa rantai makanan petrels telah, dalam 100 tahun terakhir, tumbuh lebih pendek.
Bagaimana dan mengapa tidak jelas, tetapi memahami di mana spesies makan dalam rantai makanan sama pentingnya - dan dari perspektif jangka panjang bahkan lebih penting - daripada apa yang mereka makan.
Jadi informasi ini, dan metode baru yang digunakan para ilmuwan untuk menginterogasi tulang itu sendiri, menyediakan cara untuk mulai menjawab pertanyaan-pertanyaan itu.
“Jika pergeseran besar terjadi di ekosistem ini, dan kami tidak memiliki cara untuk mengukur seberapa cepat dan seberapa besar pergeseran itu, maka sulit bagi kami untuk mengelola sumber daya. Sulit bagi kita untuk memprediksi apakah mungkin ada titik kritis di mana perubahan yang lebih besar dapat terjadi, ”kata Helen James, ahli zoologi penelitian dan kurator burung di Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian, yang merupakan rekan penulis penelitian ini. .
Tulang-tulang ini, banyak dari mereka dari Natural History Museum dan museum lainnya, serta dari burung-burung baru-baru ini, memungkinkan para ilmuwan untuk menceritakan kisah jangka panjang yang tak ternilai sejak ribuan tahun yang lalu hingga saat ini.
“Setelah Anda memiliki data dasar seperti ini, melanjutkan sampel ke masa depan dapat menjadi cara yang bagus untuk mendeteksi tanda-tanda stres ekosistem, ” kata James.
Tulang dan tengkorak arkeologis (kiri) dan tengkorak modern (kanan) dari petrel Hawaii yang disimpan dalam koleksi Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian. Tulang arkeologis berusia sekitar dua abad. (Brittany M. Hance) 
Sinyal biokimia di tulang dan tengkorak Petrals (atas) berusia 200 tahun dan spesimen modern (bawah) dapat memberikan wawasan berharga tentang perubahan skala besar dalam jaring makanan laut dari waktu ke waktu. (Donald E. Hurlbert) 
"Spesimen museum ini luar biasa untuk informasi yang mereka dapat berikan tentang masa lalu, " kata Helen James. (Donald E. Hurlbert) Rantai makanan tampak agak linier dan sederhana; mereka adalah jalur makan spesifik spesies dalam jaring makanan. Sebagai contoh, seekor hiu memakan tuna, yang telah memakan ikan kakatua, yang memakan karang, yang telah memakan fitoplankton. Di mana spesies makan dalam rantai makanan penting untuk diketahui, dan para ilmuwan mendefinisikannya berdasarkan apa yang disebut tingkat trofik.
Level satu adalah produsen, yang menggunakan cahaya untuk berfotosintesis dan memproduksi makanan; ini terutama fitoplankton, yang membentuk dasar dari seluruh jaring makanan samudera dan rantai segudang. Pada level dua, herbivora — binatang pemakan rumput kecil seperti zooplankton, ubur-ubur, bulu babi, serta hewan yang lebih besar seperti parrotfish dan penyu hijau — bergerak melintasi laut, merumput secara oportunistik. Tingkat tiga terdiri dari karnivora kecil seperti sarden, menhaden, dan spesies lain yang memakan herbivora dan terutama berfungsi sebagai makanan bagi spesies pada tingkat empat, predator teratas termasuk ikan besar, mamalia, dan burung — seperti pawai Hawaii — yang makan karnivora yang lebih kecil.
Meskipun rantai makanan berbeda untuk setiap hewan, karena mereka saling terhubung dalam jaring makanan yang jauh lebih besar, apa yang terjadi pada rantai makanan satu hewan akan selalu menyebabkan pergeseran di tempat lain di jaring.
Jika, misalnya, praktik menghukum hiu menghabiskan populasi pemangsa tingkat empat ini di daerah tertentu, hewan-hewan yang berada jauh di rantai makanan hiu akan menjadi lebih berlimpah (lebih sedikit hiu yang memakannya).
Tiba-tiba, mereka memakan lebih banyak hewan di bawah mereka. Spesies yang bersinggungan dengan rantai makanan hiu, yang tampaknya tidak ada hubungannya dengan hiu tetapi bergantung pada hewan kecil yang tiba-tiba menghilang di bawah tekanan makan yang lebih, akan melihat sumber makanan mereka terganggu dan mungkin juga dipaksa untuk makan spesies pada tingkat yang lebih rendah. tingkat trofik. Akibatnya, ini adalah perubahan trofik — panjang rantai makanan spesies telah berubah.
Dan inilah yang diungkapkan oleh kimiawi tulang-tulang kerang Hawaii di Pasifik utara. Pada 2013, James dan ilmuwan lain pertama-tama mendekati pertanyaan ini dengan mempelajari tulang-tulang dari setiap populasi spesies yang berkembang biak — bisa dilakukan, karena mereka hanya berkembang biak di pulau-pulau tertentu di Hawaii.
"Setiap petrel terbang jauh di atas Samudra Pasifik utara, memberi makan di sepanjang jalan dan perlahan-lahan memasukkan nitrogen dari makanannya ke dalam protein di tulangnya, " kata James. “Bayangkan kami memiliki sebuah drone dan melepaskannya ke daerah yang luas ini, dan ia terbang melintasi lautan mengambil sampel dari jaring makanan dengan cara yang sistematis. Setelah petrel (atau drone) mati, informasi tentang kebiasaan makannya dipertahankan selama ratusan atau ribuan tahun di dalam tulangnya. Jika kita dapat menemukan tulang-tulang itu dan mengekstraksi protein dari mereka, kita memiliki sumber data yang tidak terduga tentang bagaimana jaring makanan laut telah berubah dalam skala luas, melalui waktu. ”
Para ilmuwan tidak tahu persis apa yang dimakan burung-burung itu — informasi spesifik semacam itu, tentu saja, tidak dapat disimpan dalam tulang. Tetapi dengan menginterogasi kimia di dalam tulang, mereka dapat menentukan kimia dari makanan yang dimakan burung, dan melalui ini melihat apakah perubahan telah terjadi.
"Melihat makanan pada tingkat kimia, ada satu nomor kimia yang bisa kita dapatkan yang mengatakan sesuatu tentang rantai makanan burung, yang tidak bisa Anda miliki jika Anda hanya memiliki daftar apa yang dimakan burung itu kemarin, " kata James . "Jadi ada keuntungan nyata untuk melihat tanda tangan bahan kimia ini jika Anda ingin melihat tren jangka panjang."
Dalam studi 2013, para ilmuwan memeriksa nitrogen, yang dimasukkan secara kumulatif dan dapat diprediksi ketika satu organisme makan yang lain, dan menemukan bahwa seluruh spesies menunjukkan penurunan isotop nitrogen dalam 100 tahun terakhir. Ini menunjukkan bahwa rantai makanan burung menjadi lebih pendek; di suatu tempat dalam rantai makanan burung, hewan makan di tingkat trofik yang lebih rendah.
Dalam studi saat ini, para ilmuwan ingin memperbaiki metodologi mereka untuk menentukan bahwa studi 2013 memang mengungkapkan pergeseran dalam rantai makanan burung, bukan perubahan yang disebabkan oleh kimia nitrogen di bagian bawah rantai makanan, seperti yang lainnya. berdebat. Kali ini, mereka melihat hubungan antara dua asam amino spesifik dan isotop nitrogennya, yang, jika disatukan, dapat menunjukkan panjang rantai makanan burung tersebut.
Metode yang lebih tepat ini menegaskan bahwa rantai makanan modern dari petrels lebih pendek daripada yang kuno, kata James.
"Ada beberapa langkah dalam rantai makanan yang mengarah ke petrel, dan kita tidak tahu di mana langkah perubahan itu terjadi, " katanya. "Bisa dibayangkan mereka memakan spesies makanan yang sama, tetapi spesies itu memakan sesuatu yang berbeda."
Seperti dalam studi pertama, studi baru menunjukkan bahwa penangkapan ikan industri, yang dimulai dalam skala besar di Pasifik awal tahun 1950-an, harus dipertimbangkan sebagai sumber yang mungkin dari pergeseran ini.
“Kami tahu bahwa untuk banyak wilayah laut landas kontinen, ada fenomena memancing di jaring makanan — menghilangkan banyak ikan predator besar dari laut. Predator yang lebih kecil menjadi lebih banyak, dan mereka harus makan, ”kata James. Dengan demikian, ukuran tangkapan rata-rata menjadi lebih kecil, baik untuk manusia maupun spesies lainnya.
Data baru dari tulang petrel akan membantu menginformasikan studi yang sedang berlangsung dan pemantauan populasi ikan untuk membantu lebih memahami apa yang terjadi di lautan luas yang begitu menantang untuk penelitian.
“Apa yang dapat kami bawa ke dalam cerita itu adalah data historis berkualitas baik ini, terutama kembali ke tempat manusia tidak memiliki efek pada ekosistem laut, ” kata James.
Ke depannya, dia dan ilmuwan lain sedang memperluas penelitian mereka dan menerapkan metodologi kimia penelitian baru ini untuk spesies lain, termasuk elang laut Laysan dan burung penciduk Newell. Keduanya, seperti petrel Hawaii, bersarang di kepulauan Hawaii tetapi mereka mencari makan di berbagai wilayah lautan, yang akan memberikan informasi lebih lanjut untuk memeriksa tren luas lautan. Burung penciduk Newell terancam punah, sedangkan elang laut Laysan dianggap "hampir terancam."
"Spesimen museum ini luar biasa untuk informasi yang mereka dapat berikan tentang masa lalu, " kata James. “Mereka memungkinkan kita untuk mempelajari beberapa hal yang sangat tidak terduga tentang ekologi lautan.”
