描述
开 本: 32开纸 张: 纯质纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787521703023丛书名: 无
现代版的《物种起源》
美国知名进化生物学家乔纳森·洛索斯博士的倾心之作。
作者用各种充满冒险的野外实验，和多个来自科学研究前沿的有趣故事，带领读者探讨生命进化论究竟是可预测的，还是纯属偶然，用科学性与幽默感兼具的方式阐述进化机制。
《华盛顿邮报》《大众科学》《英国自然杂志》《出版商周刊》等多家知名媒体联袂推荐。
精彩好读，图文并茂。数十幅原创古今生物插图，直观展示自然界的生物多样性。
韦纳奇谷学院艺术讲师、插画师马林为本书绘制精美插画
生命以不可思议的方式改变着我们的思考和进化方式，在生物不断演进的历史中，每一种力量都在扮演着怎样的角色？现存的动植物，包括我们人类自己，究竟是进化的必然，还是偶发事件导致的进化形态呢？其他行星上的生命又能说明什么问题？
《不可思议的生命》揭示了进化生物学的*突破，作者乔纳森博士是生命科学领域的领导者，他带我们到世界各地，通过研究和实验揭示地球生命的奥秘。研究了孔雀鱼、果蝇、细菌、斑点蛾和变色蜥蜴是如何进行着快速而可预测的演变和进化。
乔纳森博士认为，地球的自然历史充满了引人入胜的趋同现象，他对于自然选择和人类生态系统的洞察力，也为我们提供了一个全新的角度，帮助我们认识自身在宇宙和自然世界中的角色和意义。
序 言 III
引 言 XI
第一部分 自然的幻象
第一章 趋同进化 003
第二章 复制的爬行动物 031
第三章 进化的怪癖 053
第二部分 野外实验
第四章 并不缓慢的进化变革 081
第五章 缤纷的特立尼达 093
第六章 失落的蜥蜴 123
第七章 从肥料到现代科学 147
第八章 池塘和沙盒中的进化 161
第三部分 显微镜下的进化
第九章 “重放磁带” 183
第十章 烧瓶中的突破 209
第十一章 点滴改变和醉酒的果蝇 223
第十二章 人类环境 243
结论篇 265
致 谢 287
关于插图 291
注 释 293
像许多孩子一样，我有段时间也曾非常迷恋恐龙。幼儿园时代的我是个传奇人物，每天都会拎着一整篮子各式各样的塑料恐龙向大家炫耀一番：异特龙、剑龙、甲龙、霸王龙等。那个时候的我至少拥有20种以上的恐龙玩具。当然，今天孩子们的玩具箱里可能远不止这些。
不过和多数孩子不同的是，我至今仍沉迷其中。我仍然有许多心爱的恐龙玩具，而今尤甚。我还能记得它们的名字，甚至能清晰地拼出诸如“副栉龙”的发音。但我的兴趣已经转移到更宽泛的爬行动物身上了，例如蛇、龟、蜥蜴和鳄鱼。
这种转变在很大程度上源于一部名为《天才小麻烦》（Leave it to Beaver）的电影，其中一段情节令人印象深刻，沃利和比弗邮购了一条小鳄鱼，并把它藏在了浴室中。结果可以想见，当管家密涅瓦发现它的时候，一场欢闹就开始了。当我知道那时候（20世纪70年代早期）宠物商店里有卖幼年凯门鳄（一种在中美和南美洲生存的鳄鱼）后，我欣喜若狂，便苦苦央求母亲豢养一条。幸运的是，她并没有随意否定我的想法，而是建议我们联系一位远房亲戚——在圣路易斯动物园任副主任的查理·赫赛尔，期望他能够挫败我的“妄想”。那段时间，每天当我父亲下班回家时，我便跑去问他：“你今天和赫赛尔先生聊了吗？”坦率地说，我天生没什么耐心（更别说当时只有10岁）。这件事随着时间的流逝，让我从烦躁到懊恼，再到生气。我在想问题出在哪儿？因为父亲并没有简单地和对方电话沟通，而是坚持选择要与赫赛尔在会议中见面时再提及此事。可是如果两人永远没有见面的机会怎么办？就当我想要放弃希望时，有天晚上父亲回到家告诉我，他已经和赫赛尔先生沟通过了。我充满希望却又紧张、坐立不安地问他：“结果如何？”结果让我异常兴奋，赫赛尔先生认为这个想法很棒，他当年就是以相同的方式对爬行动物产生了浓厚的兴趣！a我的母亲因此无话可说了。接下来，我家的地下室很快就被各种爬行动物占领。事实上，从那时起，我已悄然踏上了自己的职业生涯。
在我照料这些带鳞生物的同时，我还是美国纽约自然历史博物馆出版的月刊《自然历史》的忠实读者。我认为每期杂志的亮点是由学识渊博的哈佛古生物学家斯蒂芬·杰·古尔德所撰写的《生命观》专栏。专栏的标题源于达尔文的《物种起源》。这个专栏呈现了古尔德关于进化过程的一些怪异思想，常常强调不确定性和不可预知性的进化。在古尔德优美的文笔下，历史、建筑甚至棒球等各种小插曲夹叙其间，他用引人入胜的事例向人们展示他的世界观。
当我于1980年被哈佛大学录取时，我急切地想要学习古尔德的选修课程《地球和生命的历史》。他太让人着迷了，我感觉他本人比他在主要是两栖动物和爬行动物的研究。
出版物中的形象更有吸引力。但给我印象最深的教员是厄内斯特·威廉姆斯，他是哈佛比较动物学博物馆两栖动物和爬行动物馆的馆长（目前这个职位由我担任）。他虽然是一位上了年纪的古板科学家，但是却非常欢迎年轻人培养对于爬行动物的兴趣。不久我就发现，我研究的一个特殊种群的蜥蜴原来早就成了他工作生活的重点。
镜头下的变色龙蜥蜴总是显得娇小可爱，它们时而变为绿色，时而变为棕色，脚趾上有粘垫，喉咙下色泽绚丽的皮肤上有伸缩性的皮瓣。但真正让它们在科学家圈子里声名鹊起的是它们惊人的进化能力。目前已经确认物种的就有400多种，并且这个数目还伴随着每年的新发现而不断增加，由此安乐蜥属成了脊椎动物最大的属之一。许多具有繁杂种属的物种都有一个共同的特点，物种多样性的丰富度往往与区域的富饶度，以及局地的自然环境有着密切的关系，多数物种都局限于单独的岛屿或者如美洲热带大陆的局部地区。
20世纪60年代，威廉姆斯的研究生斯坦兰德撰文记叙了不同种群的变色龙适应不同的栖息环境而共生的情况。一些变色龙可以生活在高高的树上，而另一些则栖息在草丛中或者细小的枝杈上。威廉姆斯的过人之处就在于他意识到这种对于栖息地的适应情况可能会在大安的列斯群岛［古巴、伊斯帕尼奥拉（海地）、牙买加和波多黎各等］的每个岛屿上同时发生。也就是说，蜥蜴进化的多样性是独立的，它们在上述提及的这些岛屿的栖息地中也几乎是在同步进化的。
作为一名大学生，我只参与了这个故事中很小的一部分，我主持了一个关于多米尼加共和国两个物种相互作用的荣誉研究项目。毕业后，我前往加利福尼亚州参加了一个博士项目，并且发誓再也不从事蜥蜴方面的研究了，因为我觉得所有重要的东西都已经被威廉姆斯和他的实验室发现了。
只叹我当时是多么年少无知啊！任何人都知道，成功的科学项目往往是回答了一个问题，却会产生3个新的问题。在经历了两年的研究生学习时光，以及一系列失败的项目后，我最终才明白，岛上的这群变色龙才是研究物种进化多样性如何发生的最佳实验对象。
因此，我花了4年的时间遍历加勒比海，爬树、捉蜥蜴，偶尔还品尝一下飘香怡人的pin.a colada（椰林飘香，一种由朗姆酒、菠萝汁和椰子汁制成的鸡尾酒）。我最终发现，即便是利用最新的分析技术，威廉姆斯的有关论断也完全正确。生理和解剖结构相似的物种在不同的岛屿上确实是各自独立进化的。而关于蜥蜴如何跑、跳、攀爬，我从生物力学的角度进行了研究，并发现了生理结构变异的适应基础，从而解释了为何在特定的栖息环境下，物种会演化出诸如长腿或者大趾垫这样的特征。
当《奇妙的生命：伯吉斯页岩中的生命故事》（正文简称《奇妙的生命》）——这部可以说是斯蒂芬·杰·古尔德最伟大的作品——出现在书店的时候，我的论文还未完成。我如饥似渴地读着这本著作，觉得当中的论断十分令人信服。古尔德认为，进化的道路是离奇又难以预测的，重放生命这盘“磁带”，你就可能得到一个完全不同的结果。
不过我们在这里稍微停下来想一想，古尔德认为倒退时间和重放生命进化“磁带”的想法是不可能实现的（至少实际上是这样），但另一种测试进化重复性的方法是在多个地方播放相同的“磁带”。在加勒比群岛上，始祖变色龙的繁殖方式，本质上不都是一样地在重放生命的“磁带”吗？假设这些岛屿有或多或少相同的环境，这不就是进化重复性的检验吗？
的确如此，于是我发现自己陷入了一道智力难题。古尔德坚信进化不会重演，但我自己的研究表明，进化确实重演了。究竟是古尔德错了，还是我的研究成果以某种形式证明了这条规则的例外情况？我选择了后一种解释，接受了古尔德的观点，即使我自己的研究成果因此成了一个反例。
过去的25年里，古尔德的这一观点被不断挑战。一些观点与古尔德对不可预测性和不可重复性的强调形成了鲜明的对照。这些观点强调了适应性趋同进化的普遍性：生活在相似环境中的物种将进化出相似的特征，以适应它们所面对的共同的自然选择压力。我对安乐蜥的研究就是这种趋同性结果的一个例子。这种观点的支持者认为，趋同性表明了进化并不是怪异和不确定的，相反，它其实是可以被预见的：在自然界中谋生的方式是有限的，所以自然选择一次又一次地推动着有相同特征的进化。
自从《奇妙的生命》出版以来，进化生物学有了长足的进步，我也获得了博士学位。这期间各种新的想法、新的方法和新的数据收集方式不断地出现。研究进化的科学家数量也大大增加了。我们已经破译了基因组，绘制了生命树，了解了不断变化的微生物。一些壮观的化石的发现澄清了进化的许多历史问题。
有太多的实例和数据表明了进化的可预见性。我们对于这个星球上的生命的历史了解得越多，就会看到更多这种趋同行为的发生，非常相似的演化结果总在不断地重复发生。我的变色龙研究并不是个例外，古尔德的法则受到了更多的质疑。
但我们现在知道，除了记录历史上发生的事情，我们还有其他研究进化的方法。我们现在可以做到让进化的过程在我们眼前发生，从而展开相应的研究。也就是说，我们可以利用实验的方法实现生命的“倒带”，这是实验室科学用来解决进化预测性问题的标志。
实验是研究进化的一种有力工具。实验过程也充满了各种乐趣。这可能会让你想起高中时期化学课堂上做的各种实验。将各种化学试剂在烧杯中混合后倒入试管中，这个过程并不总是令人愉快的，至少对我来说是这样。但是，当你的试管是巴哈马群岛而你的试剂是各种蜥蜴的时候，情况就完全不同了。当然，有时候太阳是毒辣了点儿，而且没有什么比抓不到一只重要的蜥蜴而更让人沮丧的了，可能因为当时恰巧游过了一条海豚，分散了你的注意力。但实验性进化是进化生物学的前沿领域，它能够让我们在真实的大自然中，在真实的时间里，真实地检测我们关于进化的种种想法。还有比这更让人兴奋的吗？现在进化实验遍及全世界——从特立尼达的山地雨林到内布拉斯加的沙丘，再到大不列颠哥伦比亚省的池塘，这些地方让我们可以更直观地探究进化预测的可能性。
没错，我再次成了一名研究生。不得不说这是一个成为进化生物学家的辉煌时代。这是一个黄金年代。我们可以运用各种工具，从基因测序到野外实验，终于可以回答20世纪那个困扰人们已久的难题了。
围绕正在开展的工作，我准备着手写一本书，书中试图回答这样一个问题：进化究竟如何预测？但当我开始写的时候，我发现书中有太多的内容已经不是目前的科学能够解答的了。科学知识并不是偶然出现的，而是科学家们辛勤努力工作，利用他们的创造力和洞察力去了解自然界的结果。而这也正是研究进化预测性的那群人特别令人着迷之处。
正因如此，本书不单单描述了我们对于进化的了解，还告诉了我们应该怎样去认识我们所了解的这些内容。书中不光有对相关科学理论和技术的论述，还告诉了人们重要思想和理论的来源——研究者们是如何思考问题的，他们在野外实验中经受了怎样的磨炼，有多少科学发现就是由完全不同的想法的偶然碰撞而带来的意想不到的结果。此外，他们所研究的看似深奥的学术问题，实际上对我们理解我们自己在宇宙中的地位，以及我们周围的生物如何应对变化的世界都是至关重要的。因此，本书讲的是一个关于人与环境、动物与植物、重大问题和哲学命题的故事。怀着我对自然界的热爱，故事就这样开始了，一如那个迷恋恐龙的小男孩。
《不可思议的生命》是迄今为止关于进化生物学的*好的书籍之一。
——爱德华·O.威尔逊，哈佛大学名誉教授
洛索斯将明晰、幽默、学术严谨性，以及富有激情的感染力完美地结合在一起，向人们呈现了进化生物学如何在人类世界中展开一幅波澜壮阔的画卷，其中的每个细节都会带给人们惊喜。
——《华盛顿邮报》
这本书讲述了在野外捕捉蜥蜴的故事，探索了我们该如何看待从老鼠到微生物再到刺鱼等种群的进化和变异。你或许可以从这位亲切的生物学家这里找到答案。
——《大众科学》
深邃、广博、才华横溢、发人深省……洛索斯以令人震惊的清晰思维和引人入胜的叙事方式，向我们展示了在各种生物栖息地、实验室和博物馆中，科学家们冒着风险从事的非凡工作，以阐明令人叹为观止的进化机制……他是当今生物学界的重要作家之一。
——《自然》
洛索斯以一种易于理解和引人入胜的方式探讨了研究主题的科学性和哲学性……这本书内容丰富，读之令人愉悦。
——《出版商周刊》
第九章.“重放磁带”
我们来回顾一下研究进化的一些标志性地点：加拉帕戈斯群岛、奥杜瓦伊峡谷、澳大利亚、马达加斯加、兰辛等。令人惊奇的是，在最近几十年，关于进化方面最为重要的研究主要来自发生在五大湖国家中部的进化变化方面。
密歇根州立大学生物医学和物理科学大楼的6140室看起来和普通的生物实验室没什么两样。两张装有架子的大桌子摆在实验室中间，形成了3条通道。两张桌子的两边都是工作站，研究人员坐在那里，周围都是实验室科学装备：架子上摆放着装满了琥珀和透明化学药品的瓶子，成堆的培养皿，以及奇形怪状的桌面设备铺在桌子上。墙上挂满了各种各样的明信片、书虫科幻漫画、动物照片和科学名人肖像等。一块木头莫名其妙地悬挂在架子上，被两个弯曲的夹子夹住，水平悬挂着。各种小孩子的玩具和其他小玩意堆在角落里和电脑显示器后面。一个带有玻璃门的展列式冰箱里装满了化学药品和其他大型机器设备。另一面墙由延伸到天花板的大窗户组成，向外可以看到整个校园。
许多实验室都有自己的特质，这个实验室也有。屋子里的几扇窗户上贴着几张蓝色的纸，上面排列着几个大大的数字，每个窗格一个，几个数字连起来拼成“64000”。关于这个，我们稍后再讨论。
实验室里挤满了穿着休闲T恤和牛仔裤的科学家，他们大多是年轻人。但是有个年轻人显得很特别，他穿着一件不同深浅的蓝色衣服，这件衣服看起来像是实验室大衣和巫师长袍的结合体。我们也会在适当的时候再提到他。
门旁的一台笨重的设备作为实验室的焦点，同时也是实验室存在的理由。在尺寸和外观上，它类似于加油站迷你超市里的那种平开式冰柜，里面有冰激凌、三明治、克朗代克酒等。但这种设备肯定比你在服务站看到的更新奇、更有科技感，不过就算你发现里面真的有很多冰激凌和鸡腿也不足为奇。
最后，等待已久的时刻到来了，屋子主人打开了这个“伪冰柜”的盖子，让我看里面是什么。我向前倾了倾身，温暖的气体飘过我的脸，可以肯定的是，这个金属箱里绝对没有冰棍。取而代之的是两排（每排7个）小玻璃烧瓶，每个瓶子都紧紧贴在一个金属板上。这个金属平台前后左右慢慢地来回移动，轻轻地使每个烧瓶中的少量液体上下起伏着。
不得不承认，我多少有点儿意外，甚至有点儿失望。我现在正位于过去25年来从事进化生物学最重要的研究之一的地方，但这里真的称得上很简朴了。这里平淡无奇，也不会给人留下什么深刻的印象。只有装着清澈液体的容器，在一个发热的“冰激凌盒子”里缓慢地来回晃荡着。
这种小容器如何产生大轰动的故事并非始于密歇根州的实验室，而是源自40年前在北卡罗来纳州的阿巴拉契亚山脉。在那里，一个名叫里奇·伦斯基的年轻研究生正在使用久负盛名的陷阱方法调查甲虫种群。陷阱的机制就像它的名字本身一样简单。研究人员挖了个洞，等待动物掉进洞里。你可能会认为动物可没那么愚蠢，但事实证明它们确实不太聪明。动物走来走去，一不小心就突然掉进坑里出不来了。坑的大小取决于你想抓住什么，对于甲虫来说，纸杯大小的洞就可以了，但是对于蜥蜴和蛇则可能需要水桶一样大的坑。
伦斯基长期以来都为自然界深深着迷。这位北卡罗来纳州的本地人在俄亥俄州奥伯林学院主修生物学，奥伯林分校是俄亥俄州一所以音乐闻名的小学院，同时也是一个学习科学的好地方。在那里，他迷上了利用实验方法来研究科学问题。在实验室中做研究再平常不过，但是以实验方式研究自然界的体验则是少之又少了。
就在此时，生态学领域陷入了混乱。大多数研究都是以观察和对比的方式为基础的：在多个地点收集详细的数据，然后寻找变量之间的关联来解释相似性和差异性。可能蝴蝶比较多的某个地方，蜻蜓也更多。这也许意味着，蝴蝶的丰度决定了在给定地点可以出现多少只蜻蜓。如果蜻蜓吃蝴蝶，则这种关联性的暗示就有意义，但因果关系可能相反：也许蜻蜓的丰富程度决定了蝴蝶的数量——作为一种可能的解释，蜻蜓可能吃掉了蝴蝶捕食者，所以更多的蜻蜓意味着有更少的蝴蝶捕食者，从而也就有更多的蝴蝶。或者说蜻蜓和蝴蝶之间可能没有直接的联系，确切地说，二者的丰度是由第三个变量决定的：也许潮湿的地方对蝴蝶和蜻蜓都有积极的影响。在这种情况下，即使蝴蝶和蜻蜓不会相互影响，它们的丰度也会相互关联，因为它们都对湿度做出了反应。
这是一个由来已久的关联与因果关系的问题，最直接的方法是进行实验。如果蝴蝶种群的规模决定了蜻蜓的数量，那么改变前者的数量将会导致后者数量的变化。实验设计非常简单直观：去一些地方，增加或减少蝴蝶的数量，看看蜻蜓种群会做何反应。当然，你看到的任何变化可能只是侥幸的现象，因为这种变化可能是由天气或其他外部变量驱动的。为了排除这种情况，你需要一个对照区，在该对照区内，除了不改变蝴蝶的数量，其他操作都相同。如果你在实验区而不是对照区得到响应，你就有证据表明蝴蝶的数量影响蜻蜓的数量。然而，实际上，一对实验点是不够的，任何差异仍然可能造成随机波动。因此最好利用一组站点对蝴蝶种群进行操作，另一组站点用于控制，以确保任何趋势都是一致的。当然，你需要以同样的方式来随机地对待任何一组实验区，以免实验结果被任何偏见影响。
在20世纪70年代末，包括席尔伍德庄园的米克·克劳利在内的一群生态学家正在推行实验方法，他们认为几十年的观测性生态研究导向并不正确，需要找到一种更强有力的方法。他们认为，在自然界中进行实验可能是困难的，但这样做是必要的。这次运动的领导者之一是北卡罗来纳大学的纳尔逊·海尔斯顿，年轻的伦斯基在20岁大学毕业后被拉到他的实验室里。
海尔斯顿对需要解决的问题，以及解决问题的机制都有普遍的兴趣，他始终坚持实验方法是最重要的。伦斯基对生态系统是如何运转的有着浓厚的兴趣，而阿巴拉契亚山脉的甲虫是一个很好的研究对象。
伦斯基的博士研究集中在北卡罗来纳州森林中两种常见甲虫的丰度上。伦斯基有两个问题：物种是否为资源而竞争，人类行为是如何影响环境的，如甲虫群落会因森林被砍伐而受到怎样的影响？
伦斯基分两个阶段来探讨这些问题。他先采用了经典的比较的方法。他调查了多个地点并采集了甲虫。通过这些数据，他可以看出哪些因素与昆虫物种的丰度相关。然后，为了检验这些数据提出的假设，他建造了大型围栏进行实验。在实验中，这些因素（如甲虫密度、森林与开阔地等）都可以改变。
这种方法听起来简单，但工作量却非常大。通常需要挖一个4.5英寸深的洞穴，然后放入一个塑料杯，才能做成单个陷阱。听上去好像也不是很糟糕。但是有一项研究，共挖了192个这样的洞；在另一项研究中共挖了64个。两个月来，伦斯基每天都匆匆赶往研究地点，然后从一个杯子走到另一个杯子，核实里面的东西，取出来，仔细检查，然后释放杯子里面的生物。
设置和运行实验也是费力的。实验所需要的方形围栏规格不同，有的实验需要边长5英尺的围栏，而有的实验需要20英尺的——需要通过将铝埋入地下来建造。围栏内的甲虫受到定期监测，幸运的甲虫每次被捕获时都用手喂养，看看它们的大小和繁殖情况是否受到食物供应的限制。有些实验短则持续两周，长则3个月。
项目的两部分结合得很好，通过观测研究，实验总体上证实了提出的假设。结果表明，森林中的甲虫比伐木之后空旷地带的甲虫表现得更好，物种之间的食物竞争可能是调节其种群的重要因素。
和博士论文一样，伦斯基的研究取得了巨大的成功。整个研究过程共促成6篇论文发表，其中3篇发表在该领域的顶级期刊上，这充分表明这项工作的质量之高，伦斯基前景一片光明，未来可期。
然而，一切并没有想象中那么美好，伦斯基对他的研究计划并不感到兴奋。他的兴趣在研究生阶段发生了变化。关于进化论的一系列发人深省的课程，与志趣相投的研究生关于吃豆人游戏的讨论，还有星期五晚上的啤酒，激发了他对研究有机体如何适应环境的兴趣。因此，他着手寻找一种更适合研究进化变化的有机体，尤其是一种他比较欣赏的，能够经受得住实验方法验证的有机体。
在研究生院里，伦斯基了解了一个关于微生物遗传学的经典实验。a他说：“我认为，只要我打算研究一些新生或不熟悉的事物，微生物所具备的模型系统的优势，在其他领域也同样可以体现价值。”因此，一名鞘翅目学家就这样变成了微生物学家。
伦斯基加入了研究实验种群进化的科学家的大军。自20世纪初以来，他们已经进行了成千上万个这样的实验，而且实验结果惊人的一致。对于任何可以进入实验室并繁殖的生物体，对任何性状的倾向性选择几乎都将导致进化沿着预测的方向快速发生。这些研究不仅包括你期望的性状，如体形、颜色、果蝇屁股上的鬃毛数量，还包括许多其他性状，如老鼠对蛀牙的抗性、果蝇朝光飞行的倾向及对于酒精烟雾的耐受性等。在大多数情况下，一个种群中任何性状的变化或者施加较强的人工选择性干预，都会得到进化的响应。
其实同样的方法已被用于生产我们熟悉的农场动物和农业植物，但它们与其野生祖先几乎没有相似之处。例如，墨西哥类蜀黍是墨西哥高地玉米的始祖，有一只长4英寸的“耳朵”，也许有12粒玉米，且外皮坚硬，这与我们每年夏天享用的玉米棒上甜美无比且没有任何保护的玉米粒相去甚远。工厂饲养的鸡每年能产300多个蛋，远远超过它们的丛林鸡祖先。同样地，人工选择也从始祖狼身上培育出了大丹犬和吉娃娃。
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