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El último hallazgo de un equipo de científicos
de Virginia Tech, la Academia China de Ciencias, la Universidad
de Educación de Guizhou y la Universidad de Cincinnati ha
revelado los restos de un microfósil que, muy parecido a un
hongo, surgió al final de una edad de hielo hace unos 635
millones de años.Al menos 3 veces más antiguo que los primeros
dinosaurios, se trata del fósil terrestre más antiguo jamás
encontrado y parece albergar más de un secreto que los científicos
ahora comienzan a desentrañar. Los resultados de la investigación
se publican esta semana en la revista especializada Nature
Communications bajo el titulo Cryptic terrestrial fungus-like
fossils of the early Ediacaran Period. Cuando se piensa en
un hongo lo más probable es hacerlo en términos culinarios
o en relación a la capacidad de estos de medrar entre la materia
orgánica en descomposición. Ahora, no obstante, la nueva investigación
dirigida Shuhai Xiao, profesor de geociencias de la Facultad
de Ciencias de Virginia Tech College, y Tian Gan, adjunto
en su laboratorio, acaba de destacar uno de los papeles más
importantes que pudieron haber desempeñado los hongos a lo
largo de la historia de nuestro planeta: ayudar a la Tierra
a recuperarse de una Edad de Hielo.
Shuhai Xiao dando el callo.
El fósil en cuestión fue encontrado en unas
pequeñas cavidades dentro la sección más profunda de un yacimiento
de rocas de dolomías sedimentarias bien estudiadas de la Formación
Doushantuo, en el sur de China. Aunque la Formación Doushantuo
ha proporcionado una plétora de fósiles hasta la fecha, los
investigadores no esperaban encontrar ningún fósil en la base
inferior de las dolomías, sin embargo, es aquí donde, contra
todo pronóstico, Gan encontró unos pequeños fósiles de aspecto
filamentoso, una de las características clave de los hongos.
"Fue un descubrimiento accidental", explica Gan. "En ese momento,
nos dimos cuenta de que este podría ser el fósil que los científicos
han estado buscando durante mucho tiempo. Si nuestra interpretación
es correcta, este descubrimiento resultará muy útil para comprender
el cambio paleoclimático y la evolución temprana de la vida",
añade.
Imagen microscópica de microfósiles filamentosos
parecidos a hongos
El descubrimiento podría resultar clave para
comprender múltiples puntos de inflexión a lo largo de la
historia de la Tierra entre los que se encuentran el período
Ediacárico y la terrestralización de los hongos. Cuando comenzó
el período ediacárico, el cual se desarrolló entre hace 635
y 542 millones de años aproximadamente, nuestro planeta se
encontraba recuperándose de una catastrófica edad de hielo,
también conocida como la "Tierra bola de nieve". La Tierra
bola de nieve es una hipótesis climática que sostiene que
nuestro planeta se vio inmerso en una glaciación global en
la que las temperaturas medias oscilaron sobre los -50ºC,
lo que produjo que tantos los océanos como los continentes
quedarán cubiertos por una gruesa capa de hielo. Se calcula
que en ese momento, las superficies del océano estaban congeladas
a una profundidad de más de un kilómetro; un ambiente increíblemente
duro para prácticamente cualquier organismo vivo excepto para
algunas formas de vida microscópica que lograron prosperar.
Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo
la vida volvió a la normalidad y cómo la biosfera pudo evolucionar
a partir de este momento para tornarse más compleja que nunca.
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Con este nuevo fósil en la mano, Tian y Xiao
están seguros de que estos habitantes de las cavernas microscópicas
y de bajo perfil desempeñaron numerosos papeles en el reacondicionamiento
del medio ambiente terrestre del periodo Ediacárico. Una de
las claves de esta afirmación se basa en en su formidable
sistema digestivo. Los hongos tienen un sistema digestivo
bastante singular que juega un papel enorme en el ciclo de
los nutrientes. Así, mediante el uso de enzimas secretadas
al medio ambiente, los hongos terrestres pueden descomponer
químicamente las rocas y otra materia orgánica resistente
que posteriormente puede reciclarse y exportarse al océano.
"Los hongos tienen una relación mutualista con las raíces
de las plantas, lo que les ayuda a movilizar minerales como
el fósforo" comenta Gan. "Pero más allá de su conexión con
las plantas terrestres y los importantes ciclos nutricionales,
los hongos terrestres tienen una influencia determinante en
la meteorización bioquímica, el ciclo biogeoquímico global
y las interacciones ecológicas".
Aunque los hongos pudieron haber surgido entre
hace unos 2400 y 900 millones de años, y pese a que la evidencia
anterior indicaba que las plantas terrestres y los hongos
formaron una relación simbiótica hace unos 400, este nuevo
descubrimiento retrasa el momento en la línea temporal en
que estos dos reinos colonizaron la tierra. "Antes la pregunta
solía ser: "¿había hongos en el ámbito terrestre antes del
surgimiento de las plantas terrestres?'", continua Xiao. "Nuestro
estudio sugiere que sí. Este fósil parecido a un hongo es
240 millones de años más antiguo que el registro anterior.
Este es, hasta ahora, el registro más antiguo de hongos terrestres",
afirma.
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Xiao está encantado de abordar los aspectos
ambientales de estos microorganismos. Hace sesenta años, pocos
creían que los microorganismos, como las bacterias y los hongos,
pudieran conservarse como fósiles. Ahora que el investigador
los ha visto con sus propios ojos, planea aprender más sobre
cómo han estado prácticamente congelados en el tiempo. Con
este mero descubrimiento, han surgido nuevas preguntas, y
dado que los filamentos fosilizados iban acompañados de otros
fósiles, Gan se ha propuesto explorar sus relaciones pasadas.
"Uno de mis objetivos es limitar las afinidades filogenéticas
de estos otros tipos de fósiles asociados con los fósiles
de hongos", afirma. "Siempre es importante comprender los
organismos en el contexto ambiental", declara Xaio al respecto.
"Tenemos una idea general de como estos microorganismos vivían
en pequeñas cavidades de rocas dolomías.
Pero se sabe poco sobre cómo vivieron exactamente
y cómo se conservaron. ¿Cómo pueden haber quedado conservados
en el registro fósil unos organismos parecidos a los hongos
que carecen de huesos o conchas?" Xiao se refiere a estos
explícitamente como "organismos parecidos a los hongos" ya
que no se puede afirmar con certeza que el fósil sea tal,
y aunque hay una gran cantidad de evidencia que respalde que
se trata de hongos, la investigación sobre estos extraños
microfósiles sigue en curso, por lo que habrá que esperar
a que esta termine para revelar con total seguridad su naturaleza
fúngica. “Por el momento afirmamos que puede tratarse de hongos
porque es la mejor interpretación de los datos que tenemos
en este momento” concluye Xiao dejando la puerta abierta a
toda posibilidad.
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La formación de Doushantuo es un Lagerstätte descubierto
en 1997 en la provincia de Guizhou, al sur de China,
y está caracterizado por ser uno de los yacimientos
de fósiles más antiguos y mejor preservados. El yacimiento
contiene fósiles de lo que parecen ser grupos de células
que pudieron ser parte de embriones de los animales
más antiguos que se hayan conocido hasta ahora y que
existieron dentro de un rango que va de los 635 a los
551 millones de años de antigüedad. Aún está en debate
si realmente sean embriones o colonias de bacterias
Thiomargarita. La formación es de especial interés pues
puede aclarar dudas sobre la misteriosa fauna de la
explosión de Avalon y establecer nexos con la fauna
de la explosión cámbrica, cuyos descendientes si son
reconocibles.
La Cueva Zhijin, una cueva kárstica también
conocida como Cueva Daji, en el condado de Zhijin, ciudad
de Bijie, provincia de Guizhou.
Guizhou es una provincia montañosa en el suroeste de
China. Es famosa por sus tradicionales villas rurales
donde habitan grupos minoritarios como los miao y los
dong. También es famosa por la cascada Huangguoshu de
74 m de altura. Cerca se encuentra la cueva del Palacio
del Dragón, un extenso sistema subterráneo con canales.
Las vastas cavernas de la cueva Zhijin albergan formaciones
de carsos. Fuera de Guiyang, la capital, se encuentra
la fortaleza y la ciudad de Qingyan, que data del siglo
XIV.
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Uno de los pasos más importantes en esa escalera
que es la historia de la evolución biológica tuvo lugar hace
aproximadamente 2.000 millones de años, con la aparición de
los primeros seres eucariotas: organismos unicelulares que
contienen un núcleo diferenciado. De este primer linaje eucariota
surgirían posteriormente todos los organismos superiores que
conocemos en la actualidad, incluidos los hongos, las plantas
y los animales. Sin embargo los orígenes y mecanismos que
dieron lugar a la vida compleja tal y como la conocemos hoy
en día, siguen velados por datos aún desconocidos para los
científicos. No obstante, hace algunos años, los microbiólogos
analizaron las secuencias de ADN de unos sedimentos marinos
que arrojaron nueva luz sobre la incógnita. Dichos sedimentos
fueron recuperados de un respiradero hidrotermal conocido
como el Castillo de Loki -bautizado así por el dios nórdico
del fuego- en el Océano Ártico. La secuenciación de las moléculas
de ADN allí halladas revelaron que estas derivaban de un grupo
de microorganismos previamente desconocido. Y aunque las células
de las que se originó el ADN no pudieron aislarse y caracterizarse
directamente, los datos mostraron que estaban estrechamente
relacionadas con las arqueas, por lo tanto, los investigadores
nombraron al nuevo grupo Lokiarchaeota.
Las arqueas, junto a las bacterias, son los
linajes más antiguos conocidos de organismos unicelulares.
Sorprendentemente, los genomas de la Lokiarchaeota indicaron
que podrían exhibir características estructurales y bioquímicas
específicas de los organismos eucariotas. Esto sugirió que
Lokiarchaeota podría estar relacionado con el último ancestro
común de los eucariotas. De hecho, lo que el análisis filogenómico
del ADN de Lokiarchaeota del Castillo de Loki sugería era
una fuerte evidencia de que este nuevo grupo podía estar emparentado
con uno de los descendientes de los últimos antepasados comunes
de los organismos eucariotas y de las arqueas a su vez.
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Las arqueas, a veces llamadas árqueas, son un gran
grupo de microorganismos procariotas unicelulares que,
al igual que las bacterias, no presentan núcleo ni orgánulos
membranosos internos, pero son fundamentalmente diferentes
a estas, de tal manera que conforman su propio dominio
o reino.
Científicos alemanes descubrieron en 2012
que este ser vivo puede recorrer en un segundo 500 veces
su tamaño, el guepardo solo lo hace 15 veces.
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El profesor William Orsi, del Departamento de
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la universidad
Ludwin-Maximilian de Munich, en cooperación con científicos
de la Universidad de Oldenburg y el Instituto Max Planck de
Microbiología Marina, han podido examinar directamente la
actividad y el metabolismo de la Lokiarchaeota. Y los resultados
de sus experimentos, los cuales se recogen en el artículo
titulado Metabolic activity analyses demonstrate that Lokiarchaeon
exhibits homoacetogenesis in sulfidic marine sediments publicado
en 2019 en la revista Nature Microbiology, apoyan la relación
sugerida entre Lokiarchaeota y eucariotas, y proporcionan
pistas sobre la naturaleza del entorno en el que evolucionaron
los primeros eucariotas.
El escenario más probable para el surgimiento
de eucariotas es que aparecieron resultado de una simbiosis
en la que el huésped era una arquea y el simbionte era una
bacteria. Según esta teoría, el simbionte bacteriano dio lugar
posteriormente a las mitocondrias: los orgánulos intracelulares
que son responsables de la producción de energía en las células
eucariotas. Esto significa que los antepasados de los eucariotas
surgieron, de facto, directamente de las arqueas y no formaron
un dominio separado en el árbol de la vida. De hecho Christa
Schleper, profesora de la universidad de Viena y una de las
autoras de los primeros estudios realizados sobre Lokiarchaeota,
declaraba en el momento de su hallazgo que: "es como si acabáramos
de descubrir los primates, es decir, los parientes más próximos
vivos de los seres humanos, que también nos dan ideas interesantes
sobre la naturaleza del último antepasado común. Sin embargo,
el antepasado común de Lokiarchaeota y Eucariotas data de
mucho más atrás, aproximadamente 2.000 millones de años".
Una hipótesis para explicar este paso evolutivo
propone que el huésped arquea dependía del hidrógeno para
su metabolismo, que el precursor -bacteriano- de la mitocondria
metabolizaba. Esta "hipótesis del hidrógeno" plantea que las
dos células asociadas presumiblemente vivían en un ambiente
anóxico que era rico en hidrógeno, y si se hubieran separado
de la fuente de hidrógeno se habrían vuelto más dependientes
entre sí para sobrevivir, lo que podría conducir a un evento
endosimbiótico. "Si los Lokiarchaeota, como descendientes
de este supuesto arqueón o célula primordial, también dependen
del hidrógeno, esto respaldaría la hipótesis del hidrógeno",
explicó Orsi. "Sin embargo, hasta ahora, la ecología
de estas arqueas en su hábitat natural era una cuestión especulativa".
Orsi y su equipo, ahora por primera vez, caracterizaron el
metabolismo celular de Lokiarchaeota basándose en la información
que se desprende de los núcleos de sedimentos obtenidos del
fondo marino de una extensa región anóxica -sin oxígeno- en
la costa de Namibia. Lo hicieron analizando el ARN presente
en estas muestras. Las moléculas de ARN se copian del ADN
genómico y sirven como planos para la síntesis de proteínas.
Por lo tanto, sus secuencias reflejan patrones y niveles de
actividad genética. Los análisis de las secuencia revelaron
que Lokiarchaeota en estas muestras superaba a las bacterias
entre 100 y 1000 veces. "Eso indica fuertemente que estos
sedimentos son un hábitat favorable para ellos, promoviendo
su actividad", comentó Orsi.
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El colémbolo fantasma no suele superar los 5
milímetros de longitud y apenas se mueve. Sin embargo,
prospera en todos los continentes del mundo y es una
de las especies terrestres más antiguas de las que se
tiene constancia. Ahora, además, sabemos que también
es de las más resistentes. Un estudio científico publicado
recientemente en la revista especializada Proceedings
of the National Academy of Sciences y liderado por el
biólogo Byron Adams, de la Universidad Brigham Young,
quien estudia las alteraciones de los ecosistemas terrestres
provocados por cambios en el clima, ha determinado que
estos diminutos hexápodos han soportado hasta 30 glaciaciones
desde el período cuaternario, sobreviviendo a cambios
drásticos a lo largo de unos 5 millones de años.
Un equipo de científicos dirigidos por Adams investiga
la historia y la distribución de estos artrópodos en
el suelo de la Antártida Occidental para determinar
cómo evolucionó la dinámica de la banquisa a lo largo
del tiempo y cómo esas variaciones climáticas afectaron
a los ecosistemas en el pasado. "La historia evolutiva
de los organismos biológicos puede corroborar las conclusiones
que los científicos inferimos de campos como la geología
y la glaciología, explica Adams en un comunicado- Al
hacerlo, podemos predecir mejor cómo la vida en la tierra
podría responder a este tipo de cambios en la actualidad".
Para realizar el estudio los investigadores han pasado
20 años recolectando muestras de seis especies de diferentes
microartrópodos en 91 localizaciones de la Antártida
Occidental. Estas diminutas criaturas viven en el suelo
y presentan una movilidad muy limitada. Además, solo
pueden colonizar áreas libres de hielo, lo que permite
a los científicos inferir los movimientos de las placas
de hielo a lo largo de los períodos históricos. Así,
durante las glaciaciones, el área de distribución se
reduce, mientras que a medida que retroceden con el
deshielo, sus poblaciones vuelven a dispersarse.
Los investigadores estudian estos artrópodos en el
suelo de la Antártida Occidental para determinar cómo
evolucionó la dinámica de la banquisa a lo largo del
tiempo y cómo esas variaciones climáticas afectaron
a los ecosistemas en el pasado.
Los colémbolos probablemente viajan largas distancias
y colonizan nuevas áreas solo cuando se encuentran frente
a aguas abiertas a lo largo del frente de las Montañas
Transantárticas, explica Adams a National Geographic
España. Esto es, cuando la capa de hielo de la Antártida
Occidental se encuentra en retroceso. En estos casos
estos organismos no encuentran obstáculo alguno para
moverse en cualquier dirección, formando largas comunidades
con muy pocas diferencias en su estructura genética.
Sin embargo, el avance del hielo, aclara el científico,
puede atrapar poblaciones que perviven durante largos
períodos de tiempo completamente aisladas que empiezan
a evolucionar de forma independiente. Estas son las
poblaciones de colémbolos más interesantes, pues podrían
determinar hasta qué punto estas criaturas han logrado
adaptarse a los cambios drásticos provocados por las
glaciaciones a lo largo de millones de años.
Las propiedades del suelo (el pH, la humedad, la presencia
de sales, fósforo…) son determinantes para determinar
qué tipo de organismos prospera en en distintos suelos.
Las regiones de las montañas Transatlánticas en las
que el hielo se funde periódicamente son más adecuadas
para la vida que aquellas zonas en las que se han acumulado
toxinas, sin que el agua líquida pueda eliminarlas,
explica el científico. En este sentido, durante los
períodos más cálidos producidos entre las numerosas
glaciaciones es probable que la vida microbiana fuese
más abundante y más diversa, mientras que a medida que
las capas de hielo iban ganando terreno se producía
un fenómeno inverso, detalla el científico.
Lo llamamos el "colémbolo fantasma" porque es blanco,
como nuestras representaciones de os fantasmas. Pero
también porque después de buscarlo arriba y abajo en
las Montañas Transantárticas y no encontrarlo en ninguna
parte, comenzamos a preguntarnos si realmente existían”,
explica Adams.
Pero esa regla de tres, alerta Adams, no es extensible
a todos los organismos, pues ‘parte de la microbiota
que hoy encontramos en la Antártida es capaz de entrar
en etapas inactivas, en una suerte de animación suspendida,
durante largos períodos de tiempo, y ‘revivir’ cuando
regresan las condiciones favorables. Ese es el caso
de algunos de los colémbolos estudiados, que demostraron
haber sobrevivido largos períodos de tiempo a la espera
de una nueva etapa de deshielo.
Los científicos analizaron las muestras obtenidas y
las cotejaron con los modelos climáticos de gelólogos
y glaciólogos para comprobar si estos encajaban. “A
través de aproximaciones moleculares demostramos que
tanto el momento como los patrones de colonización y
aislamiento de los colémbolos coincide con lo que los
geólogos y glaciólogos nos dicen sobre el aumento y
la disminución de la capa de hielo de la Antártida Occidental”,
asegura el biólogo. Unas conclusiones que, argumenta,
son realmente importantes, pues nos permiten conocer
de antemano qué magnitud ecológica la desaparición de
la banquisa de la Antártida Occidental, la cual se traduciría
en un aumento de 3 metros en el nivel del mar. Si queremos
predecir los cambios climáticos del futuro es fundamental
que entendamos cómo se comportó esta capa de hielo en
el pasado”, concluye el experto.
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Un grupo de científicos de la Universidad Virginia Tech (Estados
Unidos) descubrió a finales de2020 en China los microfósiles
de algas verdes más antiguos conocidos hasta ahora, que datan
de hace mil millones de años y podrían estar relacionados
con el antepasado de las primeras plantas y árboles terrestres.
El estudio, liderado por el profesor Shuhai Xiao, de la Facultad
de Ciencias de Virginia Tech, se publicó en la revista
Nature Ecology & Evolution. Los microfósiles de estas algas,
conocidas científicamente como Proterocladus antiquus, son
apenas perceptibles por el ojo humano, ya que tienen dos milímetros
de longitud y son aproximadamente del tamaño de una pulga
común. El profesor Shuhai destacó la importancia del hallazgo
al asegurar que se trata de los especímenes más longevos jamás
encontrados, ya que el primer registro fósil de alga verde
fue descubierto en rocas con aproximadamente 800 millones
de años de antigüedad. Los fósiles estaban impresos en rocas
de un área de tierra seca, donde anteriormente había un océano,
cerca de la ciudad de Dalian, en la provincia de Liaoning
(norte de China). Fue el estudiante de postdoctorado y colaborador
de Shuhai, Qing Tang, quien descubrió los microfósiles de
las algas marinas usando un microscopio electrónico y llamó
la atención de su mentor. Para poder estudiar con detalle
los fósiles, el equipo los bañó con aceite mineral para crear
así un fuerte contraste que permitiese un mejor análisis.
Un fósil de algas verdes que data de hace mil millones de
años.
Shuhai dijo que la hipótesis actual es que las plantas terrestres
(árboles, pastos, cultivos alimenticios, arbustos...) evolucionaron
a partir de algas verdes, que eran plantas acuáticas. A lo
largo del tiempo y tras millones de años, salieron del agua
y se adaptaron y prosperaron en la tierra seca, que se convirtió
en su nuevo entorno natural. "Estos fósiles están relacionados
con los antepasados de todas las plantas terrestres modernas
que vemos hoy", afirmó y agregó que toda la biosfera "depende
en gran medida de las plantas y las algas para la alimentación
y el oxígeno, pero las plantas terrestres no evolucionaron
hasta hace unos 450 millones de años". "Nuestro estudio muestra
que las algas verdes evolucionaron hace mil millones de años,
haciendo retroceder el récord de algas verdes en unos 200
millones de años", apuntó. Recordó, sin embargo, que no todos
los científicos coinciden en el origen de las plantas verdes,
ya que algunos consideran que este tipo de flora "se originó
en ríos y lagos, luego conquistó el océano y más tarde la
tierra". En su opinión, los nuevos fósiles "sugieren que las
algas verdes fueron actores importantes en el océano mucho
antes de que sus descendientes de plantas terrestres se mudaran
y tomaran el control de la tierra seca".
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Un microfósil es un fósil que sólo se puede estudiar
con lupa o mediante un microscopio óptico o electrónico
de barrido, cuyos tamaños oscilan entre algunos milímetros
(mm) y algunas decenas de micras (µm). Los microfósiles
pueden corresponder a organismos enteros, o microbiota
o a fragmentos de las partes duras de organismos de
mayor tamaño o macrobiota (por ej. dientes, otolitos,
espinas). Los microfósiles de animales o de sus partes
se conocen como microfauna (por ej. ostrácodos, molares
de micromamíferos) aunque también se emplea este término
para algunos microfósiles de protistas (por ej. foraminíferos).
Los microfósiles vegetales, habitualmente provenientes
de la fosilización del fitoplancton reciben el nombre
de microflora.
La ciencia que se encarga del estudio de los microfósiles
se denomina micropaleontología. Las técnicas de estudio
de los microfósiles son diversas, dependiendo del grupo
de que se trate y del sedimento o roca matriz (por ej.
caliza) en el que se encuentren, pero las más habituales
son, el estudio microscópico en lámina delgada con el
que se obtienen cortes bidimensionales de los organismos
fósiles, o el estudio de los microfosiles lavados y
levigados cuando se trata de organismos conservados
en sedimentos blandos (por ej. margas, lutitas). Algunos
grupos de microfósiles (por ej. foraminíferos, ostrácodos,
micromamíferos) tienen una gran importancia como fósiles
índice y marcadores en bioestratigrafía, tanto de series
sedimentarias marinas como continentales de diferentes
épocas. Existe un tamaño de fósil inferior al microfósil,
denominado nanofósil, que habitualmente se estudian
mediante la técnica de frotis o bien con microscopio
electrónico. El tamaño límite entre ambos se suele establecer
en torno a los 50 µm, si bien en los estudios de alta
resolución de detarminados grupos como los foraminíferos,
se estudia la fracción >38 µm del levigado con técnicas
"micro" y no "nano".
Dinoflagelado, cocolito, foraminífero
y diatomea.
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