I det meste av sitt vandrende liv er Hawaii-petrelen et mysterium som reiser på et mystisk sted. Tilbake til land - til noen få spesifikke øyer på Hawaii - bare for å hekke og avle, er disse pelagiske fuglene, som har vært på listen over truede arter siden 1967, først og fremst vagabonds i det nordlige Stillehavet, en stor vidde mellom ekvator og Alaskas Aleutian Islands.
Som sådan er de en vidtgående art innenfor et enormt økosystem som unngår forskere som jobber for å forstå hvordan klimaendringer, industriell fiskeripraksis og andre naturlige og menneskelige og påvirkninger påvirker Stillehavet. Nå gir disse fuglene bein - noen så gamle som 2000 år - forskere et unikt vindu inn i havets økologiske fortid, så vel som baseline-data for å bedre forstå dens nåtid og vurdere fremtiden.
Resultatene fra en fersk studie, publisert i Proceedings of the Royal Society B, viser hvordan en raffinert undersøkelse av knoklenes kjemi bekrefter et skifte i Nord-Stillehavets matvev - det intrikate, sammenkoblede nettverket av næringskjeder som opprettholder alle arter fra det mest mikroskopiske planktonet til den gigantiske blåhvalen. I bunn og grunn forteller beinene forskere at petrelens næringskjede de siste 100 årene har blitt kortere.
Hvordan og hvorfor er ikke klart, men å forstå hvor en art spiser i en næringskjede er like kritisk - og fra et langsiktig perspektiv enda viktigere - enn hva de spiser.
Så denne informasjonen, og de nye metodene forskere bruker for å forhøre beinene selv, gir en måte å begynne å svare på disse spørsmålene.
"Hvis det foregår store skift i dette økosystemet, og vi ikke har noen måte å vurdere hvor raskt og hvor stort disse skiftene er, er det vanskelig for oss å administrere ressursen. Det er vanskelig for oss å forutsi om det kan være et tippepunkt der enda større endringer kan skje, sier Helen James, en forskningszoolog og kurator for fugler ved Smithsonians National Museum of Natural History, som er medforfatter av studien .
Disse knoklene, mange av dem fra Natural History Museum og andre museer, så vel som fra nyere fugler, gjør det mulig for forskere å fortelle en uvurderlig langvarig historie fra tusenvis av år siden til i dag.
"Når du har en basislinje i denne typen data, kan det å fortsette å ta prøver inn i fremtiden være en flott måte å oppdage tegn på økosystemstress, " sier James.
Arkeologiske bein og hodeskalle (til venstre) og en moderne hodeskalle (til høyre) av den hawaiiske petrellen som ble holdt i samlingene til Smithsonians National Museum of Natural History. De arkeologiske beinene er omtrent to århundrer gamle. (Brittany M. Hance) 
Biokjemiske signaler i bein og hodeskaller til 200 år gamle Petrals (topp) og moderne prøver (bunn) kan gi verdifull innsikt i storskala skift i matvarebaner over havet over tid. (Donald E. Hurlbert) 
"Disse museumsprøvene er bemerkelsesverdige for informasjonen de kan gi om fortiden, " sier Helen James. (Donald E. Hurlbert) Matkjeder virker ganske lineære og enkle; de er en artsspesifikk matvei innen matveven. For eksempel spiser en hai et tunfisk, som har spist papegøyefisk, som har spist en korall, som har spist et planteplankton. Hvor arter spiser i en næringskjede er viktig å vite, og forskere definerer det basert på det som kalles trofiske nivåer.
Nivå en er produsentene, som bruker lys for å fotosyntes og produsere mat; dette er først og fremst planteplankton, som danner grunnlaget for hele den oseaniske matveven og dens utallige kjeder. På nivå to beveger planteetere - ørsmå beitedyr som dyreplankton, maneter, kråkeboller, samt større dyr som papegøyefisk og grønne skilpadder - seg gjennom sjøen og beiter opportunistisk. Nivå tre består av små rovdyr som sardiner, menhaden og andre arter som lever av planteetere og først og fremst tjener som mat for arten på nivå fire, de øverste rovdyrene inkluderer store fisk, pattedyr og fugler - som Hawaiian petrels - som spis de mindre rovdyrene.
Selv om matvarekjeder er forskjellige fra hvert dyr, fordi de er sammenkoblet innenfor den mye større matveien, vil det som skjer med et dyrs næringskjede alltid føre til et skifte andre steder på nettet.
Hvis for eksempel bruken av finningshaier tømmer befolkningen på dette nivået fire rovdyr i et bestemt område, vil dyrene lenger nede i haienes næringskjede bli rikere (færre haier å spise dem).
Plutselig spiser de mer av dyrene under dem. Arter som er tangensielle for haienes næringskjede, som ser ut til å ikke ha noe med hai å gjøre, men avhenger av at de mindre dyrene som plutselig forsvinner under mer fôringstrykk, vil se at matkildene deres blir forstyrret og kan også tvinges til å spise arter på et lavere trofisk nivå. Dette er faktisk et trofisk skifte - lengden på artenes næringskjede har endret seg.
Og dette er hva kjemien i Hawaii-benenes bein avslører i det nordlige Stillehavet. I 2013 henvendte James og andre forskere seg til dette spørsmålet ved å studere beinene til hver avlsbestand av arten - mulig, fordi de bare avler på bestemte øyer på Hawaii.
"Hver petrel flyr store avstander over det nordlige Stillehavet, fôrer underveis og tar langsomt inn nitrogen fra kostholdet i proteinet i beinene, " sier James. «Tenk at vi hadde en drone og slapp den ut over dette enorme området, og den fløy over havet og tok prøver av matveven på en systematisk måte. Etter at petrellen (eller dronen) dør, blir informasjon om fôringsvanene hans bevart i hundrevis eller tusenvis av år inne i beina. Hvis vi kan finne disse benene og trekke ut proteiner fra dem, har vi en uventet kilde til data om hvordan havmatvarene har endret seg i bred skala gjennom tid. "
Forskerne kan ikke vite nøyaktig hva fuglene har spist — den spesifikke typen informasjon, selvfølgelig, kan ikke lagres i bein. Men ved å avhøre kjemien i beinene, kan de bestemme kjemien til matvarene fuglene har spist, og gjennom dette se om det har skjedd en endring.
"Ser vi på mat på et kjemisk nivå, er det et enkelt kjemisk nummer som vi kan få til som sier noe om fuglenes næringskjede, som du ikke kunne ha hvis du bare hadde en liste over hva fuglen spiste i går, " sier James . "Så det er en virkelig fordel å se på denne kjemiske signaturen hvis du vil se på langsiktige trender."
I 2013-studien undersøkte forskerne nitrogen, som er inkorporert kumulativt og forutsigbart når en organisme spiser en annen, og fant ut at hele arten viste en nedgang i nitrogenisotoper i løpet av de siste 100 årene. Dette indikerte at fuglenes næringskjede var blitt kortere; et sted i fuglenes næringskjede spiste dyr på et lavere trofisk nivå.
I den nåværende studien ønsket forskerne å foredle metodikken sin for å fastslå at 2013-studien faktisk hadde avslørt et skifte i fuglenes næringskjede, ikke en endring forårsaket av kjemien til nitrogenet i bunnen av næringskjeden, som andre hadde kranglet. Denne gangen så de på forholdet mellom to spesifikke aminosyrer og deres nitrogenisotoper, som når de tas sammen kan indikere lengden på den spesifikke fuglens næringskjede.
Denne mer presise metoden bekreftet at den moderne næringskjeden med bensiner er kortere enn den gamle, sier James.
"Det er flere trinn i næringskjeden som fører opp til bensinen, og vi vet ikke på hvilket trinn endringen skjedde, " sier hun. "Det kan tenkes at de spiser den samme matarten, men de artene spiser noe annerledes."
Som i den første studien antyder den nye studien at industrielt fiske, som begynte i stor skala i Stillehavet tidlig på 1950-tallet, må betraktes som en mulig kilde til dette skiftet.
"Vi vet at for mange av de marine områdene på kontinentalsokkelen, er det dette fenomenet med fiske ned i matveven - å fjerne mange store rovfisk fra havet. Mindre rovdyr blir rikere, og de må spise, sier James. Dermed blir den gjennomsnittlige fangststørrelsen mindre, både for mennesker og andre arter.
De nye dataene fra petrelbenene vil bidra til å informere pågående studier og overvåking av fiskebestander for å bedre forstå hva som har skjedd i det enorme hav som er så utfordrende å forske på.
"Det vi er i stand til å bringe inn i historien, er denne historiske data av god kvalitet, spesielt når vi går tilbake til der mennesker ikke hadde noen innvirkning på havets økosystem, " sier James.
Fremover utvider hun og andre forskere forskningen og anvender den nye studiens kjemiske metodikk til andre arter, inkludert Laysan-albatrossen og Newells skjærvann. Begge, som Hawaiian Petrel, hekker i den hawaiiske øygruppen, men de fôrer i forskjellige regioner av havet, noe som vil gi ytterligere informasjon for å undersøke trender over hele havet. Newells skjærvann er truet, mens albatrossen i Laysan regnes som "nær truet."
"Disse museumsprøvene er bemerkelsesverdige for informasjonen de kan gi om fortiden, " sier James. "De gjør oss i stand til å lære noen virkelig uventede ting om havøkologi."
