Per la maggior parte della sua vita errante, il petrel hawaiano è un mistero, viaggiando in un luogo misterioso. Ritornando a terra - in alcune isole specifiche delle Hawaii - solo per nidificare e riprodursi, questi uccelli pelagici, che sono stati nella lista delle specie in via di estinzione dal 1967, sono principalmente vagabondi dell'Oceano Pacifico settentrionale, una vasta distesa tra l'equatore e l'Alaska Isole Aleutine.
In quanto tali, sono una specie ad ampio raggio all'interno di un enorme ecosistema che sfugge agli scienziati che stanno lavorando per capire come i cambiamenti climatici, le pratiche di pesca industriale e altri fattori naturali e umani e le influenze influenzano l'Oceano Pacifico. Ora, le ossa di questi uccelli - alcuni vecchi fino a 2000 anni - stanno fornendo agli scienziati una finestra unica sul passato ecologico di questo oceano, oltre a dati di base da cui comprendere meglio il suo presente e considerare il suo futuro.
I risultati di un recente studio, pubblicato negli Atti della Royal Society B, mostrano come un raffinato esame della chimica delle ossa confermi uno spostamento nella rete alimentare del Pacifico settentrionale: l'intricata rete interconnessa di catene alimentari che sostengono ogni specie dal il plancton più microscopico alla gigantesca balena blu. In sostanza, le ossa dicono agli scienziati che la catena alimentare dei petrels è diventata più corta negli ultimi 100 anni.
Come e perché non è chiaro, ma capire dove una specie mangia in una catena alimentare è altrettanto critico - e da una prospettiva a lungo termine ancora più importante - di ciò che mangiano.
Quindi queste informazioni, e i nuovi metodi che gli scienziati stanno usando per interrogare le ossa stesse, stanno fornendo un modo per iniziare a rispondere a queste domande.
“Se in questo ecosistema si stanno verificando cambiamenti importanti e non abbiamo modo di misurare la velocità e la portata di tali spostamenti, è difficile per noi gestire la risorsa. È difficile per noi prevedere se ci potrebbe essere un punto di non ritorno in cui potrebbero verificarsi cambiamenti ancora più grandi ”, afferma Helen James, zoologa di ricerca e curatrice di uccelli presso il National Museum of Natural History di Smithsonian, che è coautore dello studio .
Queste ossa, molte delle quali provenienti dal Museo di storia naturale e da altri musei, nonché da uccelli recenti, consentono agli scienziati di raccontare una preziosa storia a lungo termine che va da migliaia di anni a oggi.
"Una volta che hai una base di riferimento in questo tipo di dati, continuare a campionare nel futuro può essere un ottimo modo per rilevare segni di stress dell'ecosistema", afferma James.
Ossa e teschio archeologici (a sinistra) e un teschio moderno (a destra) della petrella hawaiana custodito nelle collezioni del Museo Nazionale di Storia Naturale di Smithsonian. Le ossa archeologiche risalgono a circa due secoli fa. (Brittany M. Hance) 
I segnali biochimici nelle ossa e nei crani delle petroliere di 200 anni (in alto) e dei campioni moderni (in basso) possono fornire nel tempo preziose informazioni sui cambiamenti su larga scala nelle reti alimentari oceaniche. (Donald E. Hurlbert) 
"Questi esemplari di museo sono straordinari per le informazioni che possono fornire sul passato", afferma Helen James. (Donald E. Hurlbert) Le catene alimentari sembrano piuttosto lineari e semplici; sono un percorso alimentare specifico di una specie all'interno della rete alimentare. Ad esempio, uno squalo mangia un tonno, che ha mangiato pesce pappagallo, che ha mangiato un corallo, che ha mangiato un fitoplancton. È importante sapere dove le specie mangiano in una catena alimentare e gli scienziati lo definiscono in base a quelli che vengono chiamati livelli trofici.
Il primo livello sono i produttori che usano la luce per fotosintetizzare e produrre cibo; questi sono principalmente fitoplancton, che costituiscono la base dell'intera rete alimentare oceanica e delle sue innumerevoli catene. Al secondo livello, gli erbivori - piccoli animali al pascolo come zooplancton, meduse, ricci di mare, nonché animali più grandi come pesci pappagallo e tartarughe verdi - si muovono attraverso il mare, pascolando opportunisticamente. Il terzo livello è costituito da piccoli carnivori come sardine, menhaden e altre specie che si nutrono di erbivori e servono principalmente come cibo per le specie al livello quattro, i predatori più importanti tra cui grandi pesci, mammiferi e uccelli, come le petroli hawaiane, che mangia i carnivori più piccoli.
Sebbene le catene alimentari siano distinte per ogni animale, poiché sono interconnesse all'interno della rete alimentare molto più grande, ciò che accade alla catena alimentare di un animale causerà inevitabilmente uno spostamento altrove nella rete.
Se, ad esempio, la pratica di allevare gli squali impoverisce la popolazione di questo predatore di livello quattro in una determinata area, gli animali più in basso nella catena alimentare degli squali diventeranno più abbondanti (meno squali per mangiarli).
Improvvisamente, stanno mangiando più animali sotto di loro. Le specie tangenti alla catena alimentare degli squali, che sembrano non avere nulla a che fare con gli squali ma dipendono dagli animali più piccoli che stanno improvvisamente scomparendo sotto una maggiore pressione alimentare, vedranno le loro fonti di cibo interrotte e potrebbero anche essere costrette a mangiare specie a un livello inferiore livello trofico. Questo è, in effetti, uno spostamento trofico: la lunghezza della catena alimentare della specie è cambiata.
E questo è ciò che la chimica delle ossa delle petrelle hawaiane sta rivelando nel nord del Pacifico. Nel 2013, James e altri scienziati hanno affrontato per la prima volta questa domanda studiando le ossa di ogni popolazione riproduttiva della specie - fattibile, perché si riproducono solo su isole specifiche delle Hawaii.
"Ogni petrel vola a grandi distanze sull'Oceano Pacifico settentrionale, nutrendosi lungo la strada e incorporando lentamente azoto dalla sua dieta nelle proteine nelle sue ossa", afferma James. “Immagina di avere un drone e di rilasciarlo su questa vasta area, che ha sorvolato l'oceano prelevando campioni della rete alimentare in modo sistematico. Dopo la morte della petrel (o drone), le informazioni sulle sue abitudini alimentari sono conservate per centinaia o migliaia di anni all'interno delle sue ossa. Se riusciamo a trovare quelle ossa ed estrarre proteine da esse, abbiamo una fonte inaspettata di dati su come le reti alimentari oceaniche sono cambiate su larga scala, nel tempo. ”
Gli scienziati non possono sapere esattamente cosa hanno mangiato gli uccelli: quel particolare tipo di informazione, ovviamente, non può essere immagazzinato nelle ossa. Ma interrogando la chimica all'interno delle ossa, possono determinare la chimica dei cibi che gli uccelli hanno mangiato, e attraverso questo vedere se è successo un cambiamento.
"Guardando il cibo a livello chimico, c'è un solo numero chimico che possiamo ottenere che dice qualcosa sulla catena alimentare degli uccelli, che non potresti avere se avessi un elenco di ciò che l'uccello ha mangiato ieri", dice James . "Quindi c'è un vero vantaggio nel guardare questa firma chimica se vuoi guardare le tendenze a lungo termine."
Nello studio del 2013, gli scienziati hanno esaminato l'azoto, che viene incorporato in modo cumulativo e prevedibile quando un organismo ne mangia un altro, e hanno scoperto che l'intera specie ha mostrato un declino degli isotopi di azoto negli ultimi 100 anni. Ciò indicava che la catena alimentare degli uccelli si era accorciata; da qualche parte nella catena alimentare degli uccelli, gli animali stavano mangiando a un livello trofico inferiore.
Nel presente studio, gli scienziati volevano perfezionare la loro metodologia per determinare che lo studio del 2013 aveva effettivamente rivelato un cambiamento nella catena alimentare degli uccelli, non un cambiamento causato dalla chimica dell'azoto sul fondo della catena alimentare, come altri aveva litigato. Questa volta, hanno esaminato la relazione tra due aminoacidi specifici e i loro isotopi di azoto, che, se presi insieme, possono indicare la lunghezza della catena alimentare di quell'uccello specifico.
Questo metodo più preciso ha confermato che la moderna catena alimentare di petroli è più corta di quella antica, afferma James.
"Ci sono diversi passaggi nella catena alimentare che portano alla petrel e non sappiamo in quale fase si è verificato il cambiamento", afferma. "È concepibile che stiano mangiando le stesse specie di cibo, ma quelle specie stanno mangiando qualcosa di diverso."
Come nel primo studio, il nuovo studio suggerisce che la pesca industriale, iniziata su larga scala nel Pacifico all'inizio degli anni '50, deve essere considerata come una possibile fonte di questo spostamento.
“Sappiamo che per molte aree marine della piattaforma continentale, esiste questo fenomeno della pesca lungo la rete alimentare, che rimuove molti grandi pesci predatori dall'oceano. I predatori più piccoli diventano più abbondanti e devono mangiare ", dice James. Pertanto, la dimensione media delle catture si riduce, sia per l'uomo che per altre specie.
I nuovi dati provenienti dalle ossa di petrel aiuteranno gli studi in corso e il monitoraggio delle popolazioni ittiche per aiutare a capire meglio cosa è successo nell'enorme oceano che è così difficile da ricercare.
"Ciò che siamo in grado di portare in quella storia sono questi dati storici di buona qualità, soprattutto risalenti a dove gli umani non avevano alcun effetto sull'ecosistema oceanico", afferma James.
Andando avanti, lei e altri scienziati stanno espandendo le loro ricerche e applicando la metodologia chimica del nuovo studio ad altre specie, tra cui l'albatro di Laysan e le acque di taglio di Newell. Entrambi, come il petrel hawaiano, nidificano nell'arcipelago hawaiano ma foraggiano in diverse regioni dell'oceano, che forniranno ulteriori informazioni per esaminare le tendenze a livello oceanico. L'acqua di taglio del Newell è in pericolo, mentre l'albatro di Laysan è considerato "quasi minacciato".
"Questi esemplari di museo sono straordinari per le informazioni che possono fornire sul passato", afferma James. "Ci consentono di imparare alcune cose davvero inaspettate sull'ecologia degli oceani."
