Nowe trendy w indeksach selekcyjnych

Ogólną wartość hodowlaną zwierzęcia możemy wyrazić poprzez dodanie do siebie wartości hodowlanych dla pojedynczych cech i pomnożenie ich przez ustalone wagi. W ten sposób budowane są indeksy selekcyjne takie jak IE, PF czy TPI. Dla wielu jest oczywiste, że indeksy selekcyjne spełniają kilka ról. Pierwszą z nich jest opisanie wartości hodowlanej całego zwierzęcia za pomocą jednej liczby. Dzięki temu możemy porównywać zwierzęta między sobą i je szeregować. Tak powstają np. rankingi buhajów. Kolejną istotną sprawą jest wskazywanie kierunku doskonalenia populacji. Indeks bowiem wyraża cel hodowlany przyjęty w programie hodowlanym dla określonej rasy i konkretnego kraju. Dzięki różnym wagom dla poszczególnych cech zawartych w indeksie możemy określić, jak chcemy, aby wyglądała w przyszłości selekcjonowana za pomocą tego indeksu populacja. Działa to również w drugą stronę – znając średnią wartość indeksu dla zwierząt urodzonych w poszczególnych latach, możemy określić, jaki postęp został już dokonany.

tekst: Krzysztof Bączkiewicz

Cele tworzenia indeksów selekcyjnych praktycznie się nie zmieniają, jednak na przestrzeni lat ewoluują oczekiwania względem efektów ich używania. Dobrze obrazuje to tzw. światowy indeks selekcyjny opracowany w redakcji czasopisma „Holstein International”. Jest on tworzony poprzez uśrednienie wag dla poszczególnych cech w indeksach krajów liczących się w hodowli bydła rasy holsztyńsko-fryzyjskiej (Schneider S., World breeding index 2021, „Holstein International” 12/2021). Bazując na tych analizach, możemy stwierdzić, że na przestrzeni ostatnich 25 lat stosowane na świecie indeksy selekcyjne bardzo się zmieniły. W 1996 roku średni udział cech produkcyjnych w indeksach analizowanych krajów wynosił 79%, przy czym w wielu krajach, takich jak Francja, Holandia czy Niemcy, indeks selekcyjny zawierał tylko cechy z tej grupy. W 2021 roku udział cech produkcyjnych w światowym indeksie selekcyjnym wynosił już tylko 43%. Znacząco wzrosło za to znaczenie cech funkcjonalnych – z 6% do blisko 42%. Średni udział pokroju w światowych indeksach selekcyjnych prawie się nie zmienił i jest na poziomie ok. 15%.

Zmiany w indeksach
Dlaczego indeksy podlegają takim zmianom na przestrzeni lat? Podstawową przyczyną tego procesu jest osiągany postęp hodowlany. Gdy poziom doskonalonej przez lata cechy zaczyna być satysfakcjonujący, można zmniejszyć kładziony na nią nacisk. Częściej mamy jednak do czynienia z sytuacją odwrotną – cecha, na którą dotychczas nie zwracano większej uwagi, staje się istotna. Na powyższe trendy wpływają oczywiście nie tylko zmiana średniej wartości hodowlanej w populacji, ale także czynniki zewnętrzne. Należą do nich elementy ekonomiczne, prawne czy społeczne. Najczęściej są wzajemnie powiązane. Dobrym przykładem jest wzrost nacisku na produkcję tłuszczu mlecznego w ostatnich latach. Wpływ na to miały zarówno wzrost jego konsumpcji, połączony ze wzrostem cen, jak i zniesienie bazującego na tłuszczu systemu kwot mlecznych w Unii Europejskiej.

Innym czynnikiem sprzyjającym zmianom w indeksach selekcyjnych jest wprowadzanie nowości dotyczących samych metod prowadzenia oceny wartości hodowlanej. Prawdziwą rewolucją było wprowadzenie oceny genomowej. Dzięki temu znacznie skrócił się odstęp międzypokoleniowy, co oznacza szybszy postęp hodowlany. Selekcja genomowa zapewnia także wyższą dokładność oceny samic, co spowodowało wzrost ich znaczenia w doskonaleniu populacji dzięki tworzeniu tzw. żeńskich populacji referencyjnych. Składają się one ze zgenotypowanych krów posiadających fenotypy dla cech, które chcemy oceniać. Dzięki temu możliwe stało się prowadzenie oceny wartości hodowlanej dla cech, które jeszcze niedawno wydawały się nieosiągalne.

Bieżące trendy
Aktualnie obserwujemy kilka najważniejszych trendów, które będą warunkować cele hodowlane w najbliższej przyszłości. Wiele z nich wiąże się ze zmianami klimatu. Powtarzające się susze i gorące lata są standardem, do którego, niestety, wszyscy się przyzwyczajamy. Dla producentów mleka oznacza to między innymi problemy z bazą paszową i stresem cieplnym. Zmiany klimatyczne są też istotnym tematem debaty społecznej. Wskazuje się w niej hodowlę bydła jako jednego z największych emitentów gazów cieplarnianych. Stwierdzenie to zdążyło się już utrwalić w świadomości zbiorowej, mimo że w porównaniu z emisjami ze spalania paliw kopalnych wpływ hodowli nie jest tak duży. Przekłada się to też na konkretne zmiany w prawie, jak chociażby proponowany w Nowej Zelandii podatek od emisji gazów cieplarnianych przez bydło. Hodowcy, którzy nie chcą w przyszłości zostać przytłoczeni pojawiającymi się ograniczeniami, powinni już dzisiaj podejmować kroki, które pozwolą odpowiedzieć na nadchodzące wyzwania. Podjęcie działań bez zewnętrznego przymusu może z jednej strony ograniczyć wpływ hodowli na klimat, a z drugiej poprawić wizerunek hodowców wśród społeczeństwa.

Nowe cechy
Odzwierciedlenie trendów związanych z kryzysem klimatycznym widać szczególnie mocno, jeśli spojrzymy na cechy, które w ostatnim czasie są przedmiotem zainteresowania organizacji hodowlanych na świecie.
Pierwszą z nich jest wykorzystanie paszy, mówiące nam o tym, ile potrzebuje jej krowa na wyprodukowanie określonej ilości mleka. Lepsze wykorzystanie paszy wprost prowadzi do zmniejszonego korzystania z zasobów środowiska. Oczywiście każdy chciałby, aby jego krowy z możliwie małej ilości paszy produkowały możliwie dużo mleka. Do niedawna o selekcji bydła pod kątem tej cechy można było jedynie marzyć. Umieszczenie minimum kilkunastu córek każdego z setek testowanych corocznie buhajów w oborach wyposażonych w urządzenia pozwalające dokładnie zmierzyć masę pobranej przez każdą krowę paszy było poza zasięgiem finansowym nawet najbogatszych krajów. Wprowadzenie selekcji genomowej wiele zmieniło. Wprawdzie nadal zbieranie fenotypów wymaga specjalnie wyposażonych obór (choć metod pomiarowych też jest więcej niż kiedyś), to liczba zwierząt, które trzeba objąć kontrolą, jest o wiele mniejsza. Do prowadzenia oceny wartości hodowlanej wystarczą informacje fenotypowe od kilku tysięcy zgenotypowanych krów. Nadal nie jest to „tania” cecha, ale biorąc pod uwagę chociażby jej znaczenie ekonomiczne, jest to opłacalna inwestycja. Dodatkowym ułatwieniem jest szeroko rozwinięta współpraca międzynarodowa w zakresie oceny tej cechy. Dzięki temu kraj, który zgromadzi odpowiednią pulę fenotypów i zdecyduje się ją udostępnić, otrzyma w zamian dane z innych krajów. Pozwala to szybko zwiększyć dokładność prowadzonej oceny. Nie dziwi więc, że większość liczących się w produkcji mleka krajów, w tym Polska, podejmuje działania zmierzające do rozpoczęcia oceny dla tej cechy i włączenia jej do indeksu selekcyjnego. W krajach takich jak Dania, Holandia, USA czy Wielka Brytania to już miało miejsce.

Kolejną cechą, o której doskonaleniu myśli się w kontekście redukcji wpływu produkcji mleka na środowisko, jest emisja metanu. W hodowli bydła jest on produktem ubocznym procesów trawiennych, a jego wytwarzanie wiąże się ze stratami od 2% do nawet 12% energii pobranej przez krowę (Johnson i Johnson, Methane emissions from cattle, JAS 1995). Dodatkowo zmiana (zarówno wzrost, jak i spadek) emisji metanu wpływa na zwiększenie lub ograniczenie efektu cieplarnianego wielokrotnie mocniej niż najbardziej medialny dwutlenek węgla. Bydło odpowiada także za dużą część emisji gazów cieplarnianych pochodzenia rolniczego. Globalnie rolnictwu przypisuje się ok. 10% emisji wszystkich gazów cieplarnianych. Nie wydaje się to dużo, jednak należy wziąć pod uwagę trend do ograniczania emisji w każdej branży. Jeśli w obszarze hodowli bydła nie podejmiemy odpowiednich działań, to jej procentowy udział w emisjach będzie rósł. Z całą pewnością będzie to dodatkowy argument dla organizacji proekologicznych. Ich wpływ na kształtowanie postaw konsumenckich i zdolność, np. do rozpropagowania haseł nawołujących do unikania mleka w diecie, są przez wielu niedoceniane. Jedynie podjęcie odpowiednich działań może temu zapobiec. Biorąc pod uwagę powyższe, prowadzenie selekcji w kierunku ograniczenia emisji metanu niesie za sobą nie tylko korzyści środowiskowe czy ekonomiczne, ale przede wszystkim poprawia wizerunek producentów mleka wśród konsumentów. Krajowe ośrodki naukowe prowadziły już badania w zakresie tej cechy, stąd też mamy szanse być jednym z pierwszych krajów, który wprowadzi ją do oceny.

Kolejną interesującą cechą, która może znaleźć się w indeksach selekcyjnych w przyszłości, jest rezyliencja (ang. resilience). Sama nazwa jest stosunkowo nowa, ale kryje się pod nią bardzo istotna funkcjonalność. Otóż rezyliencja to odporność na czynniki stresowe, w tym choroby, oraz zdolność do szybkiego powrotu do optymalnej kondycji. Wyzwanie stanowi jednak określenie fenotypów dla tej cechy. Najczęściej wykorzystywanym sposobem jest kontrola zmian dziennej wydajności mleka oraz łączenie tej informacji z zarejestrowanymi zdarzeniami, typu choroby, warunki stresowe itp. Na to, że takie podejście może być efektywne, wskazują w szczególności doświadczenia związane z jedną z cech, która wchodzi w zakres szeroko rozumianej rezyliencji – jest to odporność na stres cieplny. Mówi nam ona o genetycznych predyspozycjach danej krowy do lepszego znoszenia upałów. W ostatnich latach tę cechę włączono do oceny wartości hodowlanej w Japonii i we Włoszech. Możemy się spodziewać, że odporność na stres cieplny wkrótce zostanie włączona do oficjalnych indeksów selekcyjnych w tych krajach.

Rejestracja fenotypów
Wyzwaniem, które powtarza się przy praktycznie każdej z opisywanych nowych cech, jest sposób zbierania informacji fenotypowych. Aby prowadzić ocenę wartości hodowlanej dla większości z nich, nie wystarczy rejestracja jakichś informacji przy okazji próbnego doju. Potrzebnych jest minimum kilka tysięcy zgenotypowanych krów, które będą podlegały ciągłej kontroli w zakresie wskaźników, jakie chcemy zmierzyć. Niezależnie od tego, czy potrzebujemy pełnego obrazu sytuacji (jak w przypadku masy pobranej paszy, wydajności mleka lub historii zdarzeń weterynaryjnych), czy też wystarczających będzie kilka (-dziesiąt) obserwacji na dobę (emisja metanu, temperatura powietrza), potrzebne są odpowiednie urządzenia oraz systemy do ich rejestracji. Stąd w oborach pojawiają się pedometry, mierniki przeżuwania, przewodności mleka, wagi, kamery 3D i różne inne sensory. Zazwyczaj zbierane przez nie informacje są wykorzystywane do bieżącego zarządzania stadem, a bycie źródłem fenotypów do oceny wartości hodowlanej jest tylko dodatkową opcją. Jednak użycie sensorów, które już są wykorzystywane w stadach bydła mlecznego, wiąże się z wieloma wyzwaniami. Pierwszym z nich jest samo określenie interesującego nas fenotypu. O ile np. ilość wyprodukowanych w ciągu dnia kilogramów mleka czy też liczba wykonanych kroków wydaje się czytelna, to już przełożenie tych informacji na wartość liczbową, mówiącą np. o odporności na stres cieplny, wymaga pracochłonnego opracowania metodyki. Żeby było jeszcze trudniej, musimy mieć na uwadze, że na rynku jest wielu producentów urządzeń pomiarowych, z których każdy informację o tym samym zapisuje w inny sposób. W wielu przypadkach oznacza to konieczność opracowania sposobu przetwarzania informacji z każdego typu urządzenia osobno. Kluczowe jest wtedy zapewnienie, że mimo różnych sposobów zbierania danej informacji ostatecznie można je ze sobą porównywać. Równie ważne są kwestie zapewnienia samego dostępu i przepływu danych. W końcu mówimy o danych z urządzeń wielu producentów, zainstalowanych w wielu stadach. Wyzwaniem samym w sobie jest też ilość informacji zbieranych przez poszczególne urządzenia. W niektórych przypadkach może to być nawet kilkaset rekordów na dobę dla jednej krowy! W skali populacji robią się z tego bardzo duże ilości danych do obsłużenia. Nie są to jednak czynniki, które blokują wykorzystanie sensorów. Informacje fenotypowe, rejestrowane za ich pomocą, stają się coraz ważniejsze w prowadzeniu oceny wartości hodowlanej.

Konstrukcje indeksów
Włączanie do oceny nowych cech jest oczywiście bardzo ważne. Aby jednak w sposób zrównoważony doskonalić populację, każda cecha, która może pomóc nam osiągnąć cel hodowlany, powinna być włączana do indeksu selekcyjnego. Kluczową kwestią staje się wtedy ustalenie jej optymalnej wagi. Tradycyjnie wagi te szacuje się biorąc pod uwagę subiektywne potrzeby hodowców. Uzyskujemy wtedy tak zwany indeks syntetyczny. Przykładami mogą być amerykański TPI czy nasz polski PF. Innym podejściem – może nie najnowszym, ale bardzo zyskującym na popularności w ostatnich latach – jest tworzenie indeksów ekonomicznych. Wymagają one wcześniejszego określenia znaczenia ekonomicznego każdej cechy, a także każdej zmiany jej wartości. Dzięki temu indeks można wyrazić w jednostce monetarnej obowiązującej w danym kraju. Oznacza to, że indeks ekonomiczny określa wartość hodowlaną zwierzęcia za pomocą oczekiwanej różnicy w zyskach, jakie spodziewamy się uzyskać od zwierzęcia w porównaniu ze średnią populacji bazowej. Przykładami indeksów ekonomicznych są amerykański NM$, kanadyjski Pro$, polski IE czy, najmłodszy w tym gronie, niemiecki RZ€. Więcej informacji o polskim Indeksie Ekonomicznym można znaleźć w osobnym artykule w tym numerze.

Jak wspomniano wcześniej, indeks selekcyjny powinien być dopasowany do potrzeb doskonalonej populacji. Pod pojęciem „populacja” zazwyczaj rozumiemy wszystkie zwierzęta danej rasy utrzymywane w jednym kraju. W takim przypadku indeks selekcyjny dopasowuje się do uwarunkowań przeciętnej hodowli. Czasem jednak w ramach jednego kraju możemy wydzielić grupę lub grupy hodowców, których cele hodowlane zauważalnie odbiegają od przyjętej średniej. Zazwyczaj jest to spowodowane innym systemem utrzymania stada, zarządzania nim czy też innym przeznaczeniem produkowanego mleka. Rozwiązaniem tego problemu jest stworzenie w danym systemie oceny dodatkowego indeksu, który różni się wagami dla poszczególnych cech od dotychczas używanego indeksu. Trend ten zyskuje na popularności w wielu krajach. Bardzo dobrym przykładem jest Wielka Brytania, w której od kilku lat funkcjonują aż trzy indeksy ekonomiczne. £PLI jest podstawowym indeksem, skierowanym do największej grupy gospodarstw, w których wycielenia odbywają się przez cały rok, a krowy utrzymywane są zazwyczaj alkierzowo. Dwa pozostałe indeksy są skierowane do mniejszej części stad, które stosują sezonowość wycieleń w celu lepszego wykorzystania pastwisk. Indeks £SCI przeznaczony jest dla stad, w których krowy mają cielić się wczesną wiosną, a szczyt laktacji powinien nastąpić przy żywieniu pastwiskowym. Nie dziwi więc, że w tym indeksie nacisk większy niż w £PLI kładzie się na płodność i efektywność, a mniejszy na produkcję. Do stad, które grupują wycielenia w okresie jesiennym, skierowany jest indeks £ACI. W nim również bardzo duży nacisk stawia się na poprawę płodności, ale istotna jest też m.in. długowieczność.

Indeksy w Polsce
Światowe trendy, o których wspomniano wcześniej, nie pozostają bez wpływu na nasze krajowe indeksy selekcyjne. W Polsce w ostatnich latach zwiększa się liczba ocenianych cech, głównie funkcjonalnych. Należy się spodziewać, że ten trend jeszcze przyspieszy. Dla cech takich jak subkliniczna ketoza, subkliniczne mastitis, wytrwałość laktacji czy zdrowotność racic dysponujemy odpowiednią liczbą fenotypów, a prace nad wdrożeniem części z nich do rutynowej oceny już trwają. Większych przygotowań wymaga opracowanie oceny dla, wspomnianych wcześniej, pobrania paszy i emisji metanu. PFHBiPM wspólnie z IZ PIB prowadzą aktualnie prace, których celem jest rozpoczęcie zbierania danych fenotypowych dla tych cech.

Oprócz dodawania nowych cech do systemu oceny, w krajowym programie hodowlanym nastąpi także aktualizacja samych indeksów selekcyjnych. W 2023 od hodowców i innych osób z branży hodowlanej będą zbierane informacje mające na celu uaktualnienie formuł indeksów IE oraz PF. Mamy nadzieję na szeroki odzew, gdyż dzięki temu zaktualizowane indeksy będą jeszcze lepiej odzwierciedlać krajowe potrzeby i realia.

Indeksy w dalszej przyszłości
Wszystkie opisywane wcześniej trendy powoli stają się teraźniejszością i obserwując dzisiejszy świat, możemy być prawie pewni, że powyższe zmiany wejdą w życie. Odnośnie do dalszej przyszłości możemy jednak nieco pospekulować. Prawdopodobnie trend wzrostu liczby ocenianych cech nie zostanie przez długi czas zatrzymany, a ich liczba sięgnie poziomu kilkuset. Jednocześnie możemy się spodziewać jeszcze większego nacisku na dostosowywanie zwierząt do środowiska, w jakim mają żyć i produkować. Być może wykorzystanie uczenia maszynowego sprawi, że rodzimy indeks selekcyjny oparty na twardych danych ekonomiczno‑środowiskowych stanie się na tyle szybki i tani do stworzenia, że każde stado będzie dysponować własnym. Istnieje też duże prawdopodobieństwo, że w ciągu kilkunastu lat wszystkie zwierzęta w polskiej populacji bydła mlecznego będą genotypowane.

Które z powyższych hipotez się urzeczywistnią? Tego nikt nie wie. Jedno jest pewne: przyszłość hodowli nie istnieje bez indeksów selekcyjnych. 