Dobra alpaka / Cechy włókna - Tajniki SD na prostych przykładach.

November 28, 2019

 

Tym razem w cyklu poświęconym jakości włókna bierzemy na warsztat SD, czyli standard deviation, czyli odchylenie standardowe w mikronach albo zmienność średnicy włókien.

 

Jeśli chcemy pracować nad delikatnym włóknem SD będzie dla nas jedną z cech kluczowych, bo im bardziej pojedyncze włókna są zbliżone do siebie średnicą, czyli są podobnej grubości (niskie SD), tym włókno jest bardziej jednorodne i w efekcie, czasem nawet mimo większej średniej grubości, przyjemniejsze w dotyku. Do tego alpaki o niskim SD w welonie zazwyczaj są bardziej jednorodne na całym ciele i nie skaczą w mikronach z upływem czasu. Co więcej SD jest w dużej mierze cechą dziedziczną.

 

Zwyczajowa definicja i interpretacja SD jest bardzo prosta (i nieco dalej będzie o tym, że zbyt prosta i odczytywana dosłownie może prowadzić do błędnych decyzji hodowlanych).

 

W wersji prostej: gdy poddamy analizie próbkę włókna otrzymamy numeryczny wynik SD opisujący jak bardzo poszczególne włókna w tej próbce różnią się wzajemnie grubością, a w zasadzie jak bardzo odbiegają grubością od wyliczonej matematycznie średniej grubości (FD).

 

Dla przykładu załóżmy, że nasza średnia grubość FD wychodzi 20 mikronów, a SD 5. Znaczy to, że wszystkie włókna w próbce bynajmniej nie są grubości 20 mikronów. W rzeczywistości grubość większości włókien w tej próbce waha się pomiędzy 15 a 25 mikronów, czyli mamy zakres od 20-5 do 20+5.

 

Ale tak jak w poprzednim artykule Cechy włókna - słynne mikrony poświęconemu FD, tzn. średniej grubości w mikronach starałam się pokazać, że podana przy histogramie wartość jest relatywna i może ulec zmianie zależnie od kontekstu, podobnie jest w przypadku SD. Gdy potraktujemy ten numerek dogmatycznie i nie wgryziemy się w pozostałe cyfry obok histogramu, możemy zajść na manowce i przegapić dobrą alpakę.

 

Wszystkie te algorytmy i matematyka w kontekście włókna mogą wydawać się dosyć abstrakcyjne dla początkujących hodowców. Jednak poprawne zrozumienie jest ważne, bo gdy nie możemy zwizualizować sobie tej sytuacji ujętej w liczby i właściwie zinterpretować wyników to badanie włókna wciąż niewiele nam powie o naszej alpace lub może nas doprowadzić do błędnych konkluzji.

 

Dlatego wybrałam i przetłumaczyłam dwa teksty, których autorzy genialnie wyjaśniają problem zmienności średnicy w całej jego złożoności, na przykładzie bardzo jasnych sytuacji. Właściwie obydwa teksty są dokładnie o tym samym, tylko opowiedziane w trochę inny sposób, żeby to sobie jeszcze lepiej zobrazować.

 

A na sam koniec przykład zastosowania w praktyce - przetłumaczona notka z facebooka hodowczyni Jenny MacHarg Fowberry, czyli jak można korzystać z tych narzędzi i na przykład, paradoksalnie, cieszyć się z grubszego włókna i wyższego SD u dorastających maluchów (notka będzie bardziej zrozumiała jeśli zajrzycie do wcześniejszego tłumaczenia artykułu Profile wzrostu włókna i ich zastosowanie).

 

W ramach wstępu jeszcze dodam, że jeśli chcemy odczytać rzeczywisty potencjał SD naszej alpaki potrzebne jest pełne badanie włókna - histogram oraz profil wzrostu, czyli analiza grubości włókna na całej jego długości. Pamiętajcie o tym wysyłając próbki do laboratorium.

 

I jako ciekawostka.

Z wykopalisk archeologicznych wiadomo, że alpaki w epoce prekolumbijskiej miały SD o wartości 1! 

 

 

Agata Raczyńska, Alpakarium

 

Tekst I

 

Nowy test włókna dla selekcji genetycznej.

 

(AAFT nie podaje niestety daty publikacji tego tekstu, ale z kontekstu można wywnioskować, że to już dość stary tekst pisany pewnie w okolicach 2010).

 

 

Niektórzy z pewnością powiedzą, że wybór alpak do hodowli pod kątem produkcji włókna to jak obstawianie kto wygra mistrzostwa Melbourne za trzy lata. Wielu hodowców potwierdza, próby przewidywania jakości potomstwa w oparciu o widoczne cechy ojca i matki potrafią być mocno frustrujące.

 

Największą przeszkodą w skutecznym przewidywaniu cech, które zostaną przekazane potomstwu może być oddziaływanie środowiska, bo czynniki zewnętrzne wpływają na jakość włókna ojca i matki równie mocno jak genetyka.

 

Wielu hodowców w dużym stopniu polega na badaniach włókna przy dokonywaniu selekcji alpak. Ale jak możemy odgadnąć które z cech włókna opisanych na histogramie są dziedziczne i zostaną przekazane potomstwu, a które z nich są zwyczajnie odzwierciedleniem tego, co alpaka ostatnio jadła?

 

Jest wyjście. Niedawne postępy w technologii badań włókna pozwalają teraz wyizolować genetyczne aspekty jednej z kluczowych cech - zmienności średnicy włókna.

 

I tu nasuwa się pytanie: dlaczego właśnie ta cecha włókna jest tak ważna?

 

Żeby skutecznie konkurować na dzisiejszych rynkach odzieżowych, naturalne włókno musi być bardzo delikatne w kontakcie ze skórą. Nawet lekkie drapanie i uczucie dyskomfortu oznacza niższą cenę, jeśli w ogóle byłoby tolerowane. Dotyczy to zwłaszcza dochodowego rynku odzieży wysokiej jakości. Ponadto duża zmienność średnicy może utrudniać proces przetwarzania włókna na różnych etapach. Ostatecznie może to doprowadzić do mało efektywnej produkcji wyrobów gorszej jakości.

 

Jeden z dużych przetwórców włókna niedawno potwierdził te spostrzeżenia i przyznał, że nie ma w sumie znaczenia czy to włókna pierwszorzędowe, czy drugorzędowe, czy rdzeniowe, okrywowe, czy cokolowiek innego - jeśli runo ma wysoki poziom grubszych włókien produkt będzie bezużyteczny.

 

I nieustannie potwierdza się, że to nie jest problem niewłaściwego sortowania włókna, lecz wynika z tego, że niepożądane pojedyncze grubsze włókna pojawiają się nawet w welonie. Wystarczy spojrzeć na bele włókna sklasyfikowanego jako ultra-cienkie. Mimo, że w założeniu to najdelikatniejsze, gorliwie sortowane w Australii włókno, wciąż znajdujemy w nim zbyt dużą liczbę grubszych włókien. Przesłanie jest oczywiste - by podnieść jakość wyrobów musimy wyeliminować grubsze włókna drogą pracy hodowlanej .

 

Najłatwiej zidentyfikować runo z grubszymi włóknami jeśli spojrzymy na stopień w jakim zmienia się średnica poszczególnych włókien w próbce welonu. Duża zmienność średnicy z reguły oznacza większą liczbę grubszych włókien.

 

Co więcej, badania (Vic DPI 2007) wskazują, że zwierzęta o niskiej zmienności średnicy mają tendencję do zachowywania tej właściwości w całym runie, czyli również na innych partiach ciała. Nasze własne doświadczenia mogą tę tezę potwierdzić. Inaczej mówiąc, jeśli zaczniemy selekcjonować do hodowli alpaki o niskiej zmienności średnicy to nie tylko samo włókno zacznie zyskiwać na wartości, ale też zaczniemy pozyskiwać więcej tego wartościowego włókna z jednej alpaki. Wiele wskazuje również na to, że takie alpaki w miarę starzenia mają mniejszą tendencję do skoku w mikronach (tzw. micron blow-out). Alpaki o niskiej zmienności średnicy oferują więc ogromny zakres możliwości w pracy nad poprawą wydajności genetycznej w produkcji włókna.

 

Jak zatem możemy zidentyfikować te ponadprzeciętne zwierzęta?

 

Na tym etapie powinienem wspomnieć, że do pomiaru zmienności średnicy używamy "odchylenia standardowego" czyli SD, bo współczynnik zmienności (CV) jest relatywny, rośnie lub maleje w zależności od średniej grubości włókna (FD).

 

I teraz dobra wiadomość - Matka Natura pracuje po naszej stronie.

 

Na szczęście zmienność średnicy jest cechą wysoce dziedziczną i dlatego stosunkowo łatwo możemy uzyskać poprawę genetyczną stada. W przypadku owiec stwierdzono dziedziczność SD na poziomie 40%, nie tak wysoko jak dziedziczność średniej grubości (FD) na poziomie 55%, ale to wciąż wysoki poziom porównując z wieloma innymi cechami (NSW DPI 1990).

 

Jak więc odróżnić składnik genetyczny naszego SD od efektu wpływów środowiska, żeby skutecznie korzystać z testów włókna przy selekcji alpak do hodowli?

 

Najłatwiej będzie to wyjaśnić jeśli popatrzymy na próbkę włókna i dwa różne typy zmienności średnicy.

 

Po pierwsze, mamy zmienność średnicy na całej długości włókna. Pojawia się ona w wyniku ciągłej zmiany poziomu odżywienia mieszków włosowych. Intensywne odżywianie np. podczas wiosny obfitej w trawę doprowadzi do zwiększenia grubości włókien, podczas gdy susza lub zarobaczenie poskutkują zmniejszeniem średnicy. Zmiana średnicy na długości włókna jest więc efektem wpływów środowiska. Różnica średnicy wynosi zazwyczaj pomiędzy 2 do 6 mikronów.

 

 

 

Drugi typ zmienności średnicy zachodzi pomiędzy poszczególnymi włóknami w obrębie jednego pasma. W zależności od jakości zwierzęcia jego włókna w jednym paśmie mogą się różnić grubością nawet o 20 mikronów. Ta różnica wynika przede wszystkim z różnic pomiędzy poszczególnymi mieszkami włosowymi. O ile pre i post-natalne żywienie ma wpływ na kształtowanie się i rozwój mieszków włosowych, to ich podstawowe właściwości są uwarunkowane genetycznie i to właśnie ten typ zmienności średnicy jest kluczem do wyboru materiału hodowlanego w kontekście produkcji włókna.

 

 

I teraz, wynik SD podany przy histogramie jest wartością, którą otrzymujemy po "zmieszaniu" obydwu typów zmienności - tej mierzonej wzdłuż włókna i tej mierzonej pomiędzy włóknami. Pojawia się więc "szum", bo przy obliczaniu wartości dodajemy zmienność na długości, czyli tę wywołaną wpływem środowiska, a to zmniejsza skuteczność z jaką moglibyśmy wykorzystać SD w selekcji zwierząt.

 

Na szczęście testy właśnie się poprawiły. Jesteśmy teraz w stanie odróżnić zmienność "wzdłuż" od tej "pomiędzy". Dane generowane przez program mogą oddzielić zmienność średnicy warunkowaną wpływem środowiska od tej warunkowanej genetycznie.

 

Żeby zilustrować taką formę badania przetestowano nowym sposobem 6 alpak. Wyniki znajdują się w tabeli.

 

Jak we wszystkich pomiarach SD, im wyższa jest wartość, tym większa zmienność średnicy. Trzeba też zaznaczyć, że akurat ten hodowca z powodzeniem pracował nad niskim SD już wcześniej, więc podane wartości mogą być nieco niższe od przeciętnej spotykanej w innych stadach.

 

 

Możemy zobaczyć, że alpaki 2, 3 i 4 doświadczyły większej zmienności w żywieniu, co przekłada się na wartość ich SD na długości włókna.

 

Alpaki 5 i 6 mają z kolei wyższe SD pomiędzy włóknami i prawdopodobnie większą zmienność średnicy w obrębie całego runa. Gdyby porównać te dwie alpaki do innych alpak o tej samej grubości włókna, miałyby zapewne znacznie więcej grubszych włosów, a co za tym idzie gorszą jakość włókna.

 

Na potrzeby naszej ilustracji nowej metody interesuje nas alpaka nr 4.

Ta alpaka miała najwyższą wartość ogólnego SD (i drugą najwyższą wartość CV). Normalnie, na podstawie takiego wyniku wykluczylibyśmy tę alpakę z hodowli. Jednak informacja, którą daje nam nowy program odkrywa całkiem inną historię.

 

Alpaka nr 4 miała wysokie ogólne SD z powodu dużych zmian w żywieniu. SD wzdłuż włókna o wartości 1.65 mikronów jest ewidentnie ponad normę. Jednak SD pomiędzy włóknami o wartości 3.07 to bardzo dobry wynik. Innymi słowy genetycznie ta alpaka jest świetna. Dzięki swojej niskiej zmienności pomiędzy włóknami z pewnością jest jednorodna, genetycznie zdolna do produkcji włókna dobrej jakości, a przede wszystkim - do produkcji takiego potomstwa. Rzeczywisty potencjał hodowlany tej alpaki pozostałby nieodkryty gdybyśmy zastosowali wcześniejszą metodę badania. I mogę dodać, że to niestety często się zdarza. Z pomocą nowej technologii jesteśmy w stanie zidentyfikować wiele ponadprzeciętnych zwierząt, które w innym wypadku najprawdopodobniej poszłyby do kastracji.

 

Powinienem też podkreślić, że metodologia i wartości pomiarów nie są "czarno-białe", dlatego potrzeba doświadczenia, by prawidłowo interpretować wyniki badania włókna.

 

Wspomnę jeszcze, że w niektórych stadach w Australii i Wlk. Brytanii wykorzystuje się już tę metodę jako jedno z kryteriów przy wyborze reproduktora. W przyszłości prawdopodobnie większość hodowców będzie rutynowo sprawdzać SD pomiędzy włóknami, zanim to jednak nastąpi niektóre z naszych najlepszych alpak być może przejdą niezauważone.

 

tekst w oryginale: New Fibre Test For Genetic Selection, AAFT

 

Tekst II

 

Hodowcy alpak w poszukiwaniu "prawdziwego" SD.

 

Paul Vallely, Australian Alpaca Fibre Testing, Jennifer Errey BSc Hons, Errydge Park Alpacas

 

 

Wykorzystanie SD (odchylenia standardowego) okazało się dla hodowców alpak przydatnym, obiektywnym narzędziem w pracy nad poprawą genetyczną stada i produkcją włókna wysokiej jakości.

SD to wynik statystyczny zawarty w każdym raporcie badania włókna, jest zatem łatwo dostępny dla wszystkich hodowców zainteresowanych jakością włókna.

 

 

Co to jest SD?

W naszych próbkach włókna mierzymy mikrony (czyli średnią grubość włókna, AFD). Ale tak jak dojrzałe alpaki są różnej wielkości, podobnie włókna rosnące w ich runie są różnej grubości. SD jest statystycznie obliczoną miarą zmienności grubości pojedynczych włókien wytwarzanych przez alpakę.

SD alpaki jest zależne od dwóch czynników:

- wpływy dziedziczne (genetyczne)

- wpływy środowiskowe

 

Alpaki, które wykazują niskie SD mają zazwyczaj niską liczbę grubszych włókien i ogólnie małą zmienność średnicy w całym runie. Włókno o takich właściwościach doskonale nadaje się do przetwarzania. Co więcej SD jest jedną z najbardziej dziedzicznych cech włókna, dlatego świetnie się sprawdza jako narzędzie selekcji hodowlanej. Ostatecznie, skoro alpaczy przemysł rozwija się w kierunku komercyjnej produkcji włókna, SD jest kluczowym kryterium dla przetwórców oraz hodowców rozważających zalety potencjalnych / aktywnych reproduktorów.

 

Przegląd rocznych statystyk badania włókna przez AAFT (Australian Alpaca Fiber Testing) za rok 2014 pokazuje, że dla huacaya średnie SD jest w okolicach 4.7 mikronów, podczas gdy dla suri to około 5.2 mikronów. Choć niektórzy hodowcy na przestrzeni lat obniżyli średnie SD dzięki dobrze zaplanowanej strategii poprawy genetycznej, w skali kraju średnie SD pozostało niezmienne przez ostatnich 5 lat. Było tak aż do sezonu 2013/2014.

 

Sezon 2013/2014 był w Australii okresem, którego producenci naturalnego włókna bardzo się obawiali. Wiosna (od września do listopada 2013) była najgorętszą w historii, podczas gdy opady spadły o 34% poniżej średniej. O ile północne tropiki cieszyły się jak zwykle dobrą ilością opadów, w stanach południowych to była wyjątkowo sucha wiosna (bardziej suche zdarzyły się tylko 15 razy przez ostatnich 115 lat). I ponieważ wiosna ma kluczowe znaczenie dla warunków żywienia w okresie letnim, wiadomo było, że duża część Australii będzie "spalonym obszarem" w okresie lata i wczesnej jesieni, czyli przez całą pierwszą fazę wzrostu włókna (od wiosennego strzyżenia).

 

Potem, w kwietniu 2014 przyszedł deszcz. Padało i padało, na całym Południu. Stany południowe były wprost przesiąknięte wodą, skala opadów przekroczyła średnią krajową o 40%. To był rekordowo mokry kwiecień. Nagle spalony obszar zmienił się w soczysty raj dla zwierząt gospodarskich (i jak się wkrótce okazało - również dla pasożytów).

 

 

ilustracja 1: Opady w mm: Wiosna (wrzesień 2013-listopad 2013) i średnia anomalia

 

 

ilustracja 2: Opady w mm: Jesień (kwiecień 2014-czerwiec 2014) i średnia anomalia

 

 

Powyższe mapki opadów pokazują wyraźny kontrast pomiędzy wiosną 2013 i jesienią 2014 na obszarze południowym, zwłaszcza w North Eastern Victoria i Southern NSW. Wiosną przez trzy miesiące opady były 200 mm poniżej średniej, a jesienią 200 mm powyżej średniej. Gdyby wziąć średni 6-miesieczny okres danych dla anomalii opadów mogłoby się wydawać, że to tylko trochę wyjątkowy okres wciąż mieszczący się w normie, a nie ekstremalna wariacja, która faktycznie miała miejsce.

 

Tak gwałtowne przejście od dotkliwych warunków suszy do bujnych pastwisk może jest ciekawe dla "Discovery", ale pozostaje pytanie "jak to się przekłada na zatrważające wyniki SD w badaniach włókna?".

 

 

Zmienność średnicy włókna a wpływ środowiska.

Genetyczne SD alpaki zostaje określone w momencie poczęcia, nie zmienia się wraz z rozwojem tej alpaki i pozostaje stałe przez całe jej życie. Ale... pre i post natalne żywienie będzie miało znaczący wpływ na rozwój jej mieszków włosowych (wytwarzających włókno pod skórą), innymi słowy żywienie w tym okresie zadecyduje o stopniu, w jakim potencjał genetyczny tej alpaki przełoży się na faktyczne cechy jej przyszłego włókna. Przez cały okres życia środowisko może silnie oddziaływać na SD, zwiększając je lub zmniejszając - zależnie od rodzaju i czasu trwania różnych czynników zewnętrznych.

 

Jak wiadomo, zwiększenie poziomu substancji odżywczych docierających do mieszków włosowych prowadzi do zwiększenia średnicy włókna wytwarzanego w tym okresie. I odwrotnie, zmniejszenie ilości substancji odżywczych objawia się cieńszym włóknem wytwarzanym w tym okresie.

Ewentualnie poziom substancji odżywczych i średnica włókna mogą pozostać stabilne w przeciągu całego roku.

 

W praktyce zwiększenie jakości lub ilości pożywienia naturalnie przełoży się na wzrost średnicy w mikronach. I odwrotnie, zmniejszenie jakości lub ilości pożywienia doprowadzi do zmniejszenia grubości włókna. Wzrost czynników stresujących również poskutkuje mniejszą średnicą, bo zadziała obronny mechanizm reakcji i substancje odżywcze wykorzystywane normalnie do wytwarzania włókna w mieszkach włosowych zostaną przekierowane do innych ośrodków organizmu. Czynniki, które mogą ograniczyć dostarczanie substancji odżywczych do mieszków włosowych to m.in. zarobaczenie, poważna kontuzja lub przewlekła choroba, zmiana warunków społecznych (odłączenie od grupy, konflikt z dominującą alpaką) jak również oczywisty dla zwierząt pastwiskowych stres na skutek zmian w dostępności pokarmu wywołanych zmianami klimatu.

 

Przykładem takiej  sytuacji była ekstremalna zmienność dostępności pastwisk w sezonie wzrostu włókna 2013/2014. W pierwszej połowie roku od października do kwietnia nastąpił ogromny spadek dostępnej paszy, a zaraz potem gwałtowny wzrost w drugiej połowie od kwietnia do września. I wielu hodowców ujrzało tę zmianę w SD, gdy pobrali próbki do badań w drugiej połowie 2014.

 

Zmienną średnicę na długości włókna w tym sezonie można zobaczyć na tym skrajnym przykładzie włókna alpaki ze stanu Victoria, po strzyżeniu w 2014. Pod mikroskopem zarys tej próbki wyglądałby mniej więcej tak:

 

ilustracja 3: Profil włókna pokazuje skrajną zmienność grubości na długości włókna. Zwężona część w kierunku środka to punkt, który będzie podatny na zerwanie podczas przetwarzania.

 

 

Profil pokazuje, że średnica włókna w czasie przed strzyżeniem (lewa część wykresu) była na poziomie 26.3 mikronów, spadła potem gwałtownie do 19.0 mikronów, po czym równie gwałtownie wróciła do około 24.0 mikronów. Potem średnica się unormowała. W miejscu strzyżenia (prawa część wykresu) włókno miało średnicę 23.3 mikronów. Zmienność średnicy na długości włókna w okresie roku wyniosła 26.3 - 19.0 = 7.3 mikronów.

 

A tu wspomniana próbka poddana badaniu OFDA2000 - typowy profil wzrostu włókna ze wszystkimi parametrami. Profil i towarzyszące mu dane z 2014 pokazują odchylenia na tyle znaczące, że skłoniły hodowcę do przyjrzenia się tym wynikom uważniej.

 

 

ilustracja 4: Profil średnicy włókna OFDA2000

 

 

Różnica średnicy na długości pokazuje wyraźny wpływ środowiska podczas całego okresu wzrostu włókna. Ponieważ próbka została pobrana już po czasie skrajnej zmienności opadów 2013/2014, można wnioskować, że to była alpaka wypasana na pastwiskach i początkowy, gwałtowny spadek w mikronach był skutkiem ostrej suszy w okresie wiosna/lato. Potem odwrotnie, gwałtowny wzrost w mikronach w drugiej połowie sezonu prawdopodobnie był efektem gwałtownego wzrostu ilości i jakości pożywienia. Ostatnie 25 mm z tego wykresu, gdzie SD wyraźnie się stabilizuje, to prawdopodobnie czas zimowy z wyrównanym dostępem do pożywienia.

 

 

Jak oblicza się SD w technologii OFDA2000

Zastanówmy się jaki to wszystko ma wpływ na wartość SD gdy stosujemy technologię OFDA2ooo.

 

Ogólne SD podawane w wynikach badań jest liczone z użyciem algorytmu przez maszynę OFDA2000, która skanuje włókno na całej długości próbki i wielokrotnie mierzy średnicę. Na wynik ogólnego SD składają się dwa komponenty:

- prawdziwe (genetyczne) SD

- zmienne (środowiskowe) SD

 

W normalnej sytuacji zmienne (środowiskowe) SD jest na tyle niskie, że ma niewielki wpływ na prawdziwe (genetyczne) SD. To znaczy, ogólne i prawdziwe SD wypadają podobnie. Jednak jeśli zmienne SD znacząco rośnie, np. w wyniku skrajnych zmian warunków żywieniowych, będzie to miało widoczny wpływ na wartość ogólnego SD.

 

Jak oblicza się te dwa komponenty? Gdy stosujemy metodę OFDA2000 średnica włókna w próbce jest badana na całej długości. Zmienność średnicy może pochodzić z dwóch źródeł:

1. Zmienność średnicy włókna na jego długości (zmienność o podłożu środowiskowym i żywieniowym)

2. Zmienność średnicy włókna pomiędzy pojedynczymi włóknami w paśmie (zmienność o podłożu genetycznym)