花垣生物群，解鎖5億年前的生命重啟密碼！

圖源 | 網(wǎng)絡(luò)

北京時間1月29日凌晨，全球最具影響力的頂級國際科學(xué)期刊《自然》(Nature)重磅官宣，距今5.12億年寒武紀(jì)軟軀體化石“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)與研究成果。

一時間，從湘西花垣縣引發(fā)的“蝴蝶效應(yīng)”傳遍世界各地，國內(nèi)各大新聞媒體紛紛宣傳推介。

該論文報道了距今約5.12億年前、時代緊接辛斯克事件之后的寒武紀(jì)軟軀體化石群“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)和研究成果，填補了辛斯克滅絕事件之后寒武紀(jì)第四期頂級軟軀體化石群缺失的空白，為人們認識顯生宙第一次大滅絕事件的規(guī)模和影響提供了重要證據(jù)。

01

全球頂級寒武紀(jì)特異埋藏化石寶庫

2021年，朱茂炎院士團隊來到“花垣生物群”發(fā)現(xiàn)地——花垣縣石蘭鎮(zhèn)磨子村仁枯坡，以釘釘子精神，歷時5年，有條不紊開展系統(tǒng)性野外化石發(fā)掘工作，常年日曬雨淋，風(fēng)雨無阻。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研人員 在發(fā)掘現(xiàn)場

圖源：曾晗

在長30米厚12米寬8米立體地層剖面單一采坑里，隊員們用地質(zhì)錘敲敲打打，與地層中古生物化石捉迷藏，采集5萬多件化石標(biāo)本。

研究團隊與巖石和化石凝視對話，研究甄別出16個門一級動物類群，153個動物物種，其中59%為新發(fā)現(xiàn)的全新物種，讓藏于大山深處、填補地球生命演化歷史空白的化石寶庫露出冰山一角。

花垣生物群中的代表性化石

圖源：曾晗

花垣生物群物種多樣性，達到國際公認頂級軟軀體化石群標(biāo)準(zhǔn)(高多樣性、高保真度、高豐富度)，已超過“澄江動物群”“布爾吉斯頁巖生物群”等經(jīng)典單一采坑產(chǎn)出物種數(shù)，再現(xiàn)寒武紀(jì)動物多樣性的完整圖譜。

深海相生物群是目前發(fā)現(xiàn)軟軀體動物門類種類，位居全球同一地質(zhì)時代生物群的第3位。浮游、游泳及海底俱全，高門類多樣性。涵蓋非兩側(cè)對稱古老動物類型中的固著多孔、開腔骨、浮游櫛水母、刺胞等動物；

亦有現(xiàn)代原口、后口2大動物主干系早期代表，原口動物有曳鰓、葉足、節(jié)肢、浮游毛顎、環(huán)節(jié)、腕足、軟體、軟舌螺，后口動物有古蟲、棘皮、半索、脊索及分類未定不明等動物。其被囊脊索動物，目前已知最早最古老動物。化石中，節(jié)肢、多孔、刺胞動物的物種和個體數(shù)量占比最高。

寒武紀(jì)物種大爆炸

圖源：網(wǎng)絡(luò)

國際權(quán)威學(xué)者羅伯特·蓋恩斯教授指出："花垣生物群"是與"澄江生物群""布爾吉斯頁巖生物群"齊名的全球頂級寒武紀(jì)特異埋藏化石群。

澄江生物群形成于距今5.18億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)時期，早于"辛斯克"滅絕事件。自1990年代末起，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所對該化石群展開系統(tǒng)研究。

澄江生物群復(fù)原圖

繪圖：楊定華

其突破性發(fā)現(xiàn)被譽為“20世紀(jì)最驚人科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一”，成為解密寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的關(guān)鍵證據(jù)，并于2012年7月1日作為中國首個化石類世界遺產(chǎn)列入《世界遺產(chǎn)名錄》，也是亞洲唯一獲此殊榮的化石遺址。

花垣5.12億年前寒武紀(jì)生物群

圖源：網(wǎng)絡(luò)

加拿大布爾吉斯頁巖生物群，寒武紀(jì)中期，距今5.05億年，1909年就被發(fā)現(xiàn)，處于國家公園里，歷時一個多世紀(jì)地質(zhì)考古研究，最后進入世界自然遺產(chǎn)序列。

02

軟軀體動物始祖的“早期原始部落”地標(biāo)

在地球46億年的生命史詩中，距今5.39億年前的隱生宙，地球生命由海洋微生物主導(dǎo)。

進入距今5.39億年寒武紀(jì)，地球海洋生態(tài)系統(tǒng)開始生命大爆發(fā)，如同太陽噴薄而出的萬道光芒，1%的時間窗口期誕生了當(dāng)今近乎100%的軟軀體動物門類始祖，海洋迎來盤古開天地以來的繁榮，致此地球生命由微生物靜謐時代進入動物始祖縱橫的樂園。

寒武紀(jì)和前寒武紀(jì)地層的對比

圖源：網(wǎng)絡(luò)

通過寒武紀(jì)軟軀體化石群物種多樣性大數(shù)據(jù)對全球寒武紀(jì)軟軀體化石群時空間分布、深水沉積學(xué)特征等綜合分析判斷，錨定花垣生物群為寒武紀(jì)早期，距今 5.12億年，即顯生宙第一次大滅絕(“辛斯克”)之后轉(zhuǎn)折期。

該生物群成為地球迎來新一輪生命演化“狂歡”的實證案例，軟軀體動物始祖原始部落地標(biāo)。此事件過去5000多萬年滄海桑田，至距今4.7～4.5億年前奧陶紀(jì)，海洋生物多樣性才爆發(fā)大輻射。

花垣生物群發(fā)現(xiàn)物種

圖源：網(wǎng)絡(luò)

花垣生物群，高化石豐富度、高物種多樣性、高軟軀體保真度，一個復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的深水動物群落，填補了寒武紀(jì)第4期頂級軟軀體化石群的空白。為研究解析動物門類起源和早期演化提供新的化石實物，同時，為寒武紀(jì)生物群遭遇“辛斯克”事件前后的災(zāi)難、復(fù)蘇、演化、全球擴散及其誘因等提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

03

研究“辛斯克”事件影響力的新視角新紀(jì)元

地球46億年史上的每一期生物滅絕事件，都會導(dǎo)致生物多樣性滅頂和生態(tài)系統(tǒng)重大改變。生物群發(fā)現(xiàn)地，寒武紀(jì)第4期處于華南揚子地臺外大陸架深水區(qū)，其軟軀體生物群屬于少見深水生物群。

開展花垣生物群化石發(fā)掘的中國科學(xué)院南京古生物所野外科考隊

圖源：網(wǎng)絡(luò)

南京古生物所澄江站站長、副研究員、《自然》發(fā)表論文第一作者曾晗介紹：“我們在‘花垣生物群’中發(fā)現(xiàn)了納羅蟲和原始管蟲，且它們在生物群中屬于優(yōu)勢動物分子，個體數(shù)量或生物量占絕對優(yōu)勢”。納羅蟲和原始管蟲，亦是“澄江動物群”代表性動物，但年代晚于“辛斯克”事件的滇東關(guān)山生物群沒有出現(xiàn)。

“辛斯克”生物大滅絕事件，與地學(xué)上“地球史上五次大滅絕”有別，它的時間更早，距今5.18～5.13億年之間，故稱之顯生宙第一次生物大滅絕。其叫停地球史上第一次生物大爆發(fā)的“生命狂歡”，改寫生命演化路徑。

寒武紀(jì)時期全球生物多樣性變化曲線顯示，分布花垣生物群的時代緊接顯生宙第一次生物大滅絕“辛斯克事件”之后 （圖源：網(wǎng)絡(luò)）

自上個世紀(jì)80年代提出以來，科學(xué)家對“辛斯克”事件研究主要聚焦淺海生態(tài)系統(tǒng)化石認知，包括最早建造礁體古杯動物、最早披上鎧甲小殼化石、以及寒武紀(jì)“明星”三葉蟲。

但這些骨骼化生物并不是海洋動物群落的全部，通常占比不足40%。據(jù)此推斷海洋生態(tài)系統(tǒng)變化，難免以偏概全，認同度不高，從而長期低調(diào)，尚未受到普遍關(guān)注。

但一些“辛斯克”事件經(jīng)典研究表明，其生物滅絕規(guī)模與寒武紀(jì)以后“五次大滅絕”規(guī)模相當(dāng)，地球生命史上最慘烈災(zāi)難悲劇之一，生物滅絕率達41～49%，僅次于二疊紀(jì)末生物大滅絕事件。大自然給地球第一次生命大爆發(fā)迎頭一棒，突如其來將這場輝煌生命爆發(fā)扼殺，無數(shù)早期原始動物悄然消失。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖 楊定華繪

圖源：中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

“辛斯克”事件，亦是全球寒武紀(jì)演化生物群“改組”“重置”始作俑者。研究團隊通過大數(shù)據(jù)收集“花垣生物群”在內(nèi)的45個寒武紀(jì)布爾吉斯頁巖生物群進行處理，并對整理出3149條物種產(chǎn)出信息、965個屬的生物多樣性數(shù)據(jù)集，進行非度量多維尺度分析，發(fā)現(xiàn)“辛斯克”事件前后全球生物群組成存在明顯差異，表明寒武紀(jì)生物群伴隨“辛斯克”事件發(fā)生重大演化轉(zhuǎn)變。

總之，花垣生物群印證了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)突然被“辛斯克”大滅絕事件浩劫中斷，但“辛斯克”事件對淺水軟軀體生物群致命，對深水生物群影響有限。

04

軟軀體動物

跨越大半個地球演繹“流洋移民海歸”

花垣生物群，發(fā)現(xiàn)了澄江生物群中的昆明關(guān)山蝦，又發(fā)現(xiàn)加拿大生物群中節(jié)肢動物，即北美加拿大布爾吉斯頁巖生物群中的典型節(jié)肢動物，見證“辛斯克”事件后海洋動物發(fā)生遠距離跨洋擴散。

關(guān)山蝦、馬爾蟲、西德尼蟲、莫里森蟲等成為花垣生物群大家族中的“海歸移民”。作為地球上最早最古老的巨型動物和頂級捕食者，多樣的奇蝦類節(jié)肢動物出現(xiàn)在花垣生物群，表明海洋生物復(fù)雜捕食食物網(wǎng)已形成。

昆明關(guān)山蝦化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

曾晗說：“我們在‘花垣生物群’中發(fā)現(xiàn)了‘昆明關(guān)山蝦’，是同時代滇東地區(qū)‘關(guān)山生物群’中占主導(dǎo)的奇蝦類，兩地距離長達750公里”。

花垣生物群與遠在北美加拿大寒武紀(jì)中期“布爾吉斯頁巖生物群”共同擁有塔卡瓦海綿、爬胃蟲、蘇魯斯蝦、馬爾蟲、頭盔蟲、西德尼蟲、莫里森蟲等代表性生物分子。

寒武紀(jì)部分生物圖繪

作者：江南拱橋夜

寒武紀(jì)時期，花垣所在華南板塊與北美勞倫大陸被泛大洋分開，兩者相距大半個地球，板塊漂移主導(dǎo)下難以自圓其說，唯有洋流搬運方能解釋全球生物跨越時空擴散，表明寒武紀(jì)海洋動物存在以幼蟲形態(tài)隨洋流跨越地理空間遠距離擴散機制，且在跨越大半個地球遷徙中不斷演化。

05

軟軀體動物化石，天造地設(shè)“時空膠囊”

特異埋葬是軟軀體化石形成先決前提。寒武紀(jì)處于生物進化演化初始階段，三葉蟲、古杯生物礁及小殼動物等個體偏小，保存化石概率大大高于軟軀體動物。而寒武紀(jì)普遍存在缺少硬體的軟軀體動物，正常沉積環(huán)境條件下保存化石概率幾乎為零。

三葉蟲化石

圖源：三葉蟲圖鑒

只有特異埋葬條件下，即深水海洋發(fā)生風(fēng)暴浪、密度流及火山爆發(fā)等異常情形，軟軀體才會瞬間或快速包裹密閉而保留。朱茂炎院士團隊借助顯微CT、掃描電鏡能譜分析等現(xiàn)代科技方法，進一步證實生物群系快速埋葬條件下保存的。

礦化、膜化令軟軀體動物“點石成金”。密閉軟軀體動物，通過硅化、磷酸鹽化、黃鐵礦化、小碳質(zhì)膜、碳質(zhì)壓膜、黏土礦物膜等地質(zhì)力，奇跡般將生命遺體柔軟組織器官系統(tǒng)完整封存固化，高保真度躍然印記在石頭上。

花垣生物群，典型布爾吉斯頁巖型化石群，化石主要以碳質(zhì)膜和黏土礦物膜形式保存。換句話說，花垣軟軀體特異埋葬化石群，宛若穿越時空隧道的膠囊，既保存包括奇蝦類在內(nèi)的完整動物個體，又保存柱頭蟲等多種全身軟體動物，同時呈現(xiàn)出高保真度的軟軀體生物結(jié)構(gòu)，甚至器官組織清晰可辨。

海洋生物起源圖

圖源：網(wǎng)絡(luò)

比如腸道、消化腺等消化系統(tǒng)，眼視神經(jīng)、腹神經(jīng)索在內(nèi)神經(jīng)組織，以鰓為代表呼吸器官等，為科學(xué)家復(fù)原遠古早期動物軀體結(jié)構(gòu)提供實證，對研究海洋生物起源具有重大意義。

06

復(fù)原海洋深水復(fù)雜“生物碳泵”生態(tài)系統(tǒng)

古地理沉積環(huán)境的重建，表明花垣生物群生活在遠離海岸外大陸架深水環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜食物網(wǎng)和類似現(xiàn)代海洋的生物碳泵，且具21個生態(tài)功能。

花垣生物群研究，證明海洋深水區(qū)絕非生命禁區(qū)，而是結(jié)構(gòu)復(fù)雜生命社區(qū)，海底爬行或固著、水中游弋及隨波逐流浮游等動物分布于海洋三維空間，彼此有各自生活空間，并存在多級捕食食物網(wǎng)。

花垣生物群保存軟軀體生物學(xué)結(jié)構(gòu)的化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代樽海鞘，如同海洋生物碳泵，將海洋中懸浮有機碳轉(zhuǎn)化成更大糞球粒，加速海洋有機碳埋藏，對全球碳循環(huán)發(fā)揮積極作用。

多種類似現(xiàn)代樽海鞘的浮游被囊動物發(fā)現(xiàn)，表明距今5.12億年前，海洋可能已出現(xiàn)類似當(dāng)今“生物碳泵”生態(tài)系統(tǒng)，影響地球碳循環(huán)。

海洋深水環(huán)境，生物庇護所與物種復(fù)蘇演化搖籃。花垣生物群，一部化石在關(guān)鍵地球地質(zhì)歷史節(jié)點寫就的“海洋深水檔案”。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖

繪圖：楊定華

“辛斯克”事件中，深水環(huán)境成雙重關(guān)鍵功能平臺，既為生物避難所，又是生命物種復(fù)蘇搖籃和新物種再爆發(fā)快速擴散策源地。

科學(xué)家通過淺水相與深水相對比研究，發(fā)現(xiàn)“辛斯克”事件對2種生物群影響具有明顯差異。“辛斯克”大滅絕前澄江動物群與滅絕后關(guān)山生物群，同為云南淺海古地理沉積環(huán)境，其物種組成發(fā)生劇變，澄江諸多代表性物種(納羅蟲和原始管蟲)沒有出現(xiàn)在關(guān)山生物群中。

　花垣生物群開腔骨動物化石圖（左）和復(fù)原圖

圖源：新華社

與澄江動物群同時期的牛蹄塘生物群中，納羅蟲和原始管蟲為“辛斯克”事件前優(yōu)勢物種。而距云南關(guān)山750公里的花垣生物群中納羅蟲和原始管蟲等，處于深水古地理沉積環(huán)境，則躲過“辛斯克”事件劫難，成之花垣生物群的優(yōu)勢動物分子。充分說明外大陸架海洋深水環(huán)境，庇護許多生物群躲過劫難，成為生命“避難所”和“孵化中心”。

花垣生物群與加拿大布爾吉斯頁巖生物群，同為深水古地理沉積環(huán)境，盡管相隔遙遠，但彼此存在異常緊密聯(lián)系。進一步證明海洋深水環(huán)境，讓生命得以存續(xù)、革新、重新擴散，保全傳遞著生命演化“血脈”。

07

湘西世界地質(zhì)公園增光添彩

目前，湘西世界地質(zhì)公園已擁有“排碧金釘子”“古丈金釘子”“列夕特異埋葬動物群”等具有世界意義的地質(zhì)遺跡。

湘西世界地質(zhì)公園古丈金釘子石碑

圖源：網(wǎng)絡(luò)

2001年和2010年，國際地層委員會和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會，先后將南京地質(zhì)古生物研究所彭善池老師創(chuàng)建的2個寒武系標(biāo)準(zhǔn)界線層型剖面和層型點命名為“金釘子”，即寒武系芙蓉統(tǒng)排碧階(第8階)剖面、中上寒武統(tǒng)古丈階(第7階)剖面。“排碧階”“古丈階”列入國際地質(zhì)地層年代表，成為寒武系地層劃分的全球標(biāo)準(zhǔn)。2枚“金釘子”通過三葉蟲和牙形刺化石物種等來進行全球比較確認。

其中，“排碧階”主要以距今4.97億年前網(wǎng)紋雕球接子三葉蟲化石的首現(xiàn)為界線標(biāo)志；“古丈階”主要以距今5.03億年前光滑光尾球接子三葉蟲化石的首次出現(xiàn)為界線標(biāo)志，剖面地層為寒武系敖溪組及其上覆花橋組下段暗色碳酸鹽濁積巖。

花垣西德尼蟲、馬爾蟲、頭盔蟲化石

圖源：曾晗

2022年7月13日，南京地質(zhì)古生物研究所方翔領(lǐng)銜，聯(lián)合湖南省博物院等機構(gòu)14名知名學(xué)者在國際著名學(xué)術(shù)期刊英國《皇家學(xué)會會刊B輯》發(fā)表《列夕動物群：華南下奧陶統(tǒng)新的特異埋葬化石庫》論文，在國際科學(xué)界引起強烈反響。

列夕動物群發(fā)現(xiàn)具有重大意義，標(biāo)志著寒武紀(jì)生命大爆發(fā)和“辛斯克”大滅絕事件后，進入新一輪“黃金繁育期”，即奧陶紀(jì)生物大輻射，海洋生物多樣性急劇增加，生態(tài)系統(tǒng)趨于修復(fù)。

湘西永順縣早奧陶紀(jì)列夕生物群

圖源：網(wǎng)絡(luò)

列夕動物群，奧陶紀(jì)早期重要多門類特異埋葬動物群，賦聚于永順列夕澤龍坪附近下奧陶系統(tǒng)馬刀峪組淺海相地層，涵蓋節(jié)肢、海綿、棘皮、鰓曳、環(huán)節(jié)、刺胞、軟體、腕足、苔蘚、半索及脊索等11門一級動物類群。發(fā)現(xiàn)許多特異埋葬型動物化石典型代表組合，如，腸道等軟體組織；

大量保存完整且具有吻部等細節(jié)構(gòu)造的鰓曳動物“古蠕蟲”，身體柔軟“奧托蟲”以及外形如身披盔甲“短劍蟲類”等；保存完整、身體由多邊形骨板包裹的棘皮動物“海林擒”“海囊盤”；以及保存精美、形態(tài)各異的三葉蟲化石等，比較完整還原彼時海洋生態(tài)系統(tǒng)，揭示奧陶紀(jì)生物大繁榮早期海洋生物輻射擴散特征。

通過牙形刺和筆石等化石組合分析判斷地質(zhì)時代為4.75億年，早于奧陶紀(jì)生物大規(guī)模繁榮時段500～1000萬年。距今4.85～4.7億年奧陶紀(jì)早期，學(xué)術(shù)界研究古生代動物群起源和奧陶紀(jì)生物輻射早期機制的關(guān)鍵時段和重要節(jié)點。

中國寒武紀(jì)生物地理分布圖

圖源：網(wǎng)絡(luò)

朱茂炎院士稱湘西至貴州云南一帶為“寒武紀(jì)王國”。地質(zhì)地層記錄完善完整，擁有云南澄江和關(guān)山、貴州凱里和翁安等多處生物群。

凱里生物群，距今5.1億年，介于距今5.05億年加拿大布爾吉斯生物群和距今5.18億年云南澄江生物群之間。

中寒武紀(jì)早期海洋生物群，涵蓋11門類120多屬動物化石，首次發(fā)現(xiàn)微網(wǎng)蟲、奇蝦類等，除娜羅蟲、微網(wǎng)蟲、奇蝦蟲、古蝠蟲、奧托也蟲等外，還發(fā)現(xiàn)節(jié)肢、水母狀、棘皮和軟軀體等動物化石。

花垣生物群仿佛全球海洋生物的“移民目的地”

圖源：網(wǎng)絡(luò)

甕安翁會生物群，距今5.8～6.1億年，元古代震旦紀(jì)陡山沱澡類生物群，發(fā)現(xiàn)藻類胚胎、細胞結(jié)構(gòu)，亦是磷礦、錳礦床層位。

武陵山區(qū)一帶，地質(zhì)神奇神秘，曾經(jīng)是古生代古生物樂園，除了湘西，還有重慶秀山志留紀(jì)生物群，湖北恩施大峽谷世界地質(zhì)公園見天壩晚二疊紀(jì)生物礁群等。

08

花垣生物群，未來湘西地標(biāo)

作為足以與澄江、布爾吉斯并列的全球頂級寒武紀(jì)化石寶庫，大自然恩賜湘西的一座世界級化石寶庫，人類解密解鎖5.12億年前地球生命星河的凝望窗口，其豐富多樣的化石組合、組織器官結(jié)構(gòu)、形態(tài)細節(jié)構(gòu)造及其背后驚奇故事，復(fù)活了一幅被忽視的海洋深水生物群及生態(tài)系統(tǒng)的生命全景。

花垣生物群代表性化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

花垣生物群的發(fā)現(xiàn)，揭開距今5.13億年前顯生宙第一次生物大滅絕(“辛斯克”事件)的神秘面紗，如同一束強光，穿透“辛斯克”事件之后長達數(shù)千萬年的“認知黑暗期”，填補了地球生命韌性張力故事至關(guān)重要一課，改寫了早期生命災(zāi)難與復(fù)蘇模式。

地球上的五次生物大滅絕

圖源：網(wǎng)絡(luò)

受全球氣候環(huán)境變化和人類活動影響，地球生物多樣性面臨諸多挑戰(zhàn)。花垣生物群揭示地球顯生宙第一次生物大滅絕的過程和機制等，科學(xué)審視當(dāng)今全球生態(tài)危機背景下人與自然和諧共生活動，對科學(xué)認識生物多樣性演化具有重要現(xiàn)實意義，或許能為生活在藍色地球上的人們，提供生存與適應(yīng)的深遠危機思考。

花垣生物群發(fā)現(xiàn)地，地理位置得天獨厚，位于花垣縣石蘭鎮(zhèn)磨子村，與“精準(zhǔn)扶貧”首倡地十八洞村，矮寨特大懸索橋，“排碧金釘子”及邊城茶峒為鄰。

花垣生物群，一部關(guān)于寒武紀(jì)古生物地質(zhì)傳奇的“無字天書”，蘊涵豐富遠古古生物“盲盒。花垣生物群官宣具有里程碑意義，南京地質(zhì)古生物研究所科研團隊只是邁開第一步，堅信后期驚奇更多，科學(xué)研究、科普、研學(xué)及網(wǎng)紅打卡等賦能“旅游+”，助推當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，指日可待。

作者：高文化

作者單位：湘西州人大常委會

本文轉(zhuǎn)載自：中新網(wǎng)湖南

責(zé)任編輯：高峰

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