Pour la majeure partie de sa vie errante, le pétrel d'Hawaï est un mystère, voyageant dans un lieu mystérieux. De retour à terre - sur quelques îles spécifiques à Hawaii - uniquement pour nidifier et se reproduire, ces oiseaux pélagiques, inscrits sur la liste des espèces en danger de disparition depuis 1967, sont principalement des vagabonds du nord de l'océan Pacifique, une vaste étendue située entre l'équateur et l'Alaska. Îles Aléoutiennes.
En tant que tels, ils forment une vaste espèce au sein d’un énorme écosystème qui échappe aux scientifiques qui cherchent à comprendre comment le changement climatique, les pratiques de pêche industrielle et d’autres influences naturelles et humaines affectent l’océan Pacifique. Les os de ces oiseaux, dont certains datent de 2 000 ans, offrent aux scientifiques une fenêtre unique sur le passé écologique de cet océan, ainsi que des données de base permettant de mieux comprendre son présent et d’envisager son avenir.
Les résultats d’une étude récente, publiée dans les Actes de la Royal Society B, montrent qu’un examen approfondi de la chimie des os confirme un changement dans la chaîne alimentaire du Pacifique Nord - le réseau complexe et interconnecté de chaînes alimentaires qui soutient chaque espèce de le plancton le plus microscopique à la gigantesque baleine bleue. En substance, les os disent aux scientifiques que la chaîne alimentaire des pétrels a été raccourcie au cours des 100 dernières années.
Pourquoi et comment ne sont pas clairs, mais comprendre où une espèce mange dans une chaîne alimentaire est tout aussi essentiel - et d'un point de vue à long terme encore plus important - que ce qu'ils mangent.
Ainsi, cette information et les nouvelles méthodes utilisées par les scientifiques pour interroger les os eux-mêmes fournissent un moyen de commencer à répondre à ces questions.
«Si des changements majeurs se produisent dans cet écosystème et que nous n'avons aucun moyen de mesurer la vitesse et l'ampleur de ces changements, il nous est alors difficile de gérer la ressource. Il est difficile pour nous de prédire s'il pourrait y avoir un point de basculement où des changements encore plus importants pourraient se produire », déclare Helen James, zoologiste chercheuse et conservatrice des oiseaux au Musée national d'histoire naturelle du Smithsonian, co-auteur de l'étude. .
Ces ossements, dont beaucoup proviennent du Muséum d'histoire naturelle et d'autres musées, ainsi que d'oiseaux récents, permettent aux scientifiques de raconter une précieuse histoire à long terme datant de plusieurs milliers d'années.
«Une fois que vous avez une base de référence dans ce type de données, continuer à échantillonner dans le futur peut être un excellent moyen de détecter les signes de stress écosystémique», déclare James.
Des os et un crâne archéologiques (à gauche) et un crâne moderne (à droite) du pétrel d'Hawaï, qui fait partie des collections du Musée national d'histoire naturelle du Smithsonian. Les os archéologiques ont environ deux siècles. (Brittany M. Hance) 
Les signaux biochimiques dans les os et les crânes de Petrals (en haut) et de spécimens modernes âgés de 200 ans (en haut) peuvent fournir des informations précieuses sur les changements à grande échelle de la chaîne alimentaire océanique au fil du temps. (Donald E. Hurlbert) 
«Ces spécimens de musée sont remarquables pour l’information qu’ils peuvent fournir sur le passé», déclare Helen James. (Donald E. Hurlbert) Les chaînes alimentaires semblent plutôt linéaires et simples; ils constituent une voie alimentaire spécifique à une espèce dans le réseau alimentaire. Par exemple, un requin mange un thon, qui a mangé un poisson perroquet, qui a mangé un corail, qui a mangé un phytoplancton. Il est important de savoir où les espèces mangent dans la chaîne alimentaire, et les scientifiques le définissent en fonction de ce qu'on appelle les niveaux trophiques.
Le premier niveau regroupe les producteurs qui utilisent la lumière pour la photosynthèse et la production d'aliments. il s’agit principalement de phytoplancton, qui constitue la base de tout le réseau trophique océanique et de ses myriades chaînes. Au niveau deux, les herbivores - de minuscules animaux au pâturage comme le zooplancton, les méduses, les oursins ainsi que les plus gros animaux comme les poissons-perroquets et les tortues vertes - se déplacent dans la mer en paissant de manière opportuniste. Le niveau trois est composé de petits carnivores comme les sardines, les menhaden et d’autres espèces qui se nourrissent d’herbivores et servent principalement de nourriture aux espèces du niveau quatre, les prédateurs supérieurs comprenant les grands poissons, les mammifères et les oiseaux, comme les pétrels hawaïens, qui manger les plus petits carnivores.
Bien que les chaînes alimentaires soient distinctes pour chaque animal, du fait qu’elles sont interconnectées au sein d’un réseau alimentaire beaucoup plus vaste, ce qui se passe dans la chaîne alimentaire d’un animal provoquera invariablement un déplacement ailleurs dans la chaîne.
Si, par exemple, la pratique du finning sharks épuise la population de ce prédateur de niveau 4 dans une zone donnée, les animaux plus bas dans la chaîne alimentaire des requins deviendront plus abondants (moins de requins pour les manger).
Soudain, ils mangent plus d'animaux sous eux. Les espèces tangentielles à la chaîne alimentaire des requins, qui semblent n'avoir rien à voir avec les requins mais dépendent des animaux plus petits qui disparaissent soudainement sous une pression alimentaire accrue, verront leurs sources de nourriture perturbées et pourront aussi être forcées de manger des espèces à un prix inférieur. niveau trophique. Il s'agit en fait d'un changement trophique: la longueur de la chaîne alimentaire de l'espèce a changé.
Et c’est ce que la chimie des os de pétrel d’Hawaï révèle dans le nord du Pacifique. En 2013, James et d'autres scientifiques ont d'abord abordé cette question en étudiant les os de toutes les populations reproductrices de l'espèce, ce qui est faisable, car elles ne se reproduisent que sur des îles spécifiques à Hawaii.
«Chaque pétrel vole sur de longues distances dans le nord de l'océan Pacifique, se nourrissant en cours de route et incorporant lentement l'azote de son alimentation dans la protéine de ses os», explique James. «Imaginons que nous ayons un drone que nous avons lancé sur cette vaste région et qui a survolé l'océan en prenant des échantillons de la chaîne alimentaire de manière systématique. Après la mort du pétrel (ou du drone), les informations relatives à ses habitudes alimentaires sont préservées pendant des centaines voire des milliers d'années dans ses os. Si nous pouvons trouver ces os et en extraire des protéines, nous disposons d’une source de données inattendue sur l’évolution des réseaux trophiques océaniques à grande échelle, au fil du temps. »
Les scientifiques ne peuvent pas savoir exactement ce que les oiseaux ont mangé - ce type d’information spécifique ne peut bien sûr pas être stocké dans des os. Mais en interrogeant la chimie dans les os, ils peuvent déterminer la chimie des aliments que les oiseaux ont mangé, et ainsi voir si un changement est survenu.
"En regardant la nourriture au niveau chimique, il y a un seul numéro chimique qui dit quelque chose sur la chaîne alimentaire des oiseaux, ce que vous ne pourriez pas obtenir si vous avez juste une liste de ce que l'oiseau a mangé hier", dit James. . "Il y a donc un réel avantage à examiner cette signature chimique si vous souhaitez examiner les tendances à long terme."
Dans l'étude de 2013, les scientifiques ont examiné l'azote, qui est incorporé de manière cumulative et prévisible lorsqu'un organisme en mange un autre, et ont découvert que l'espèce entière avait montré une diminution des isotopes d'azote au cours des 100 dernières années. Cela indiquait que la chaîne alimentaire des oiseaux était devenue plus courte; quelque part dans la chaîne alimentaire des oiseaux, les animaux mangeaient à un niveau trophique inférieur.
Dans la présente étude, les scientifiques ont voulu affiner leur méthodologie afin de déterminer que l'étude de 2013 avait en effet révélé un changement dans la chaîne alimentaire des oiseaux, et non pas un changement provoqué par la chimie de l'azote au bas de la chaîne alimentaire, comme d'autres avait argumenté. Cette fois, ils ont examiné la relation entre deux acides aminés spécifiques et leurs isotopes d'azote, qui, pris ensemble, peuvent indiquer la longueur de la chaîne alimentaire de cet oiseau.
Cette méthode plus précise a confirmé que la chaîne alimentaire moderne des pétrels est plus courte que l'ancienne, dit James.
«Il y a plusieurs étapes dans la chaîne alimentaire menant au pétrel, et nous ne savons pas à quelle étape le changement s'est produit», dit-elle. "Il est concevable qu'ils mangent la même espèce de nourriture, mais ces espèces mangent quelque chose de différent."
Comme dans la première étude, la nouvelle étude suggère que la pêche industrielle, qui a débuté à grande échelle dans le Pacifique au début des années 50, doit être considérée comme une source possible de ce changement.
«Nous savons que dans de nombreuses zones marines du plateau continental, il existe un phénomène de pêche sur le réseau trophique, qui consiste à extraire un grand nombre de gros poissons prédateurs de l'océan. Les plus petits prédateurs deviennent plus abondants et ils doivent manger », explique James. Ainsi, la taille moyenne des prises devient plus petite, tant pour l'homme que pour les autres espèces.
Les nouvelles données provenant des os de pétrel contribueront à éclairer les études en cours et la surveillance des populations de poissons afin de mieux comprendre ce qui s'est passé dans cet immense océan qui met la recherche à rude épreuve.
«Ce que nous pouvons inclure dans cette histoire, ce sont des données historiques de bonne qualité, qui remontent en particulier aux endroits où les humains n’avaient aucun effet sur l’écosystème océanique», déclare James.
À l'avenir, elle et d'autres scientifiques élargissent leurs recherches et appliquent la méthodologie chimique de la nouvelle étude à d'autres espèces, notamment l'albatros de Laysan et le puffin de Newell. Tous deux, comme le pétrel hawaïen, nichent dans l'archipel hawaïen, mais ils cherchent leur nourriture dans différentes régions de l'océan, ce qui fournira des informations supplémentaires pour examiner les tendances à l'échelle de l'océan. Le puffin de Newell est en voie de disparition, tandis que l'albatros de Laysan est considéré comme «presque menacé».
«Ces spécimens de musée sont remarquables pour les informations qu’ils peuvent fournir sur le passé», déclare James. "Ils nous permettent d'apprendre des choses vraiment inattendues sur l'écologie des océans."
