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来源： 发布时间：2021-06-18
海洋科技
血蚶基因组揭示软体动物血红性状的起源和演化
中国海洋大学海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室包振民院士团队与浙江万里学院林志华研究员团队合作，在动物血红性状起源演化解析方面取得进展。相关成果发表于Molecular Biology and Evolution。蚶科贝类（俗称血蚶）是为数不多具有红色血液的软体动物类群，是研究无脊椎动物血红性状起源和演化的良好动物模型。该研究发现蚶科贝类Hb和脊椎动物Hb共同起源于单一祖先基因，突破了国际学界关于无脊椎动物血红性状为“独立起源演化”的传统认知。研究结果揭示了软体动物Hb基因簇的起源演化历程，也为理解动物血红性状的宏观起源演化提供了认知基础。
南海构造演化研究
南方科技大学海洋科学与工程系杨挺团队利用海底地震仪台阵观测数据，揭示了南海的扩张洋中脊在闭合前洋壳增生和岩浆活动的特征。相关成果发表于Geophysical Research Letters。在接近残留洋脊的站位，也就是洋脊扩张的最后阶段，地壳厚度显著减薄，生成新洋壳的岩浆供应量显著下降。在这种扩张速率下，沿着洋中脊，很容易形成裂隙和断层。通过这些断层和裂隙，海水进入地幔顶部并与之反应，形成了一种新的岩石类型，随着断层的演化而显露于海底。这些新岩石具有非常高的纵横波波速比。该研究提升了对于南海全程演化的认识水平，为理解全球洋中脊的演化过程和岩浆供给模式提供研究基础。
全球海洋变暖2020年度报告
中国科学院大气物理研究所、海洋大科学研究中心成里京、朱江，国家海洋环境预报中心于福江等全球13家单位研究者发布全球海洋变暖2020年度报告。相关成果发表于Advances in Atmospheric Sciences。这是国际第一份涵盖2020整年的全球海洋环境（温盐）变化研究报告。研究指出：2020年海洋升温持续，成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的一年；同时，海洋“咸变咸，淡变淡”的盐度变化态势加剧，海水垂向层化持续加强。研究团队同时发布了两个国际机构的2020年海洋热含量数据，以及2020年全球海洋盐度和层结IAP/CAS数据。
南海对中国降水变化的重要性研究
中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）王春在研究团队与合作者揭示了南海经向水汽输运对于中国降水，尤其是华南降水变化特性的影响及其物理机制。相关成果发表于Climate Dynamics。华南降水主要分为前后两个汛期：前汛期（4—6月）和后汛期（7—9月）。研究指出，在华南前汛期，西北太平洋副热带高压的位置较为靠南，当西太副高增强和西伸时，会在菲律宾海上空形成一个异常反气旋，导致南海可以向北输送更强的水汽到华南区域并辐合形成降水。后汛期时副高有减弱和东撤，会在华南上空形成一个异常气旋，阻碍水汽从北边界流出华南。
深海潜水器耐压舱用钛合金保载疲劳研究
中国科学院力学研究所孙成奇与合作者发现耐压舱钛合金的3种保载疲劳失效模式，即疲劳失效、延性失效以及疲劳与延性混合失效。相关成果发表于Journal of Materials Science & Technology。保载与疲劳载荷的相互作用不但加速了试样的失效，还导致了不同失效模式之间的竞争。保载疲劳寿命与第一周次累积最大应变有关，二者在双对数坐标下呈近似线性关系，间歇加载时间对钛合金的保载疲劳行为没有影响。实验结果和理论分析揭示了钛合金的保载疲劳机理，即保载产生的塑性变形增大了试样的实际应力，这促进了已形成裂纹或损伤的扩展，同时疲劳载荷部分导致的局部塑性应变增大了保载疲劳塑性应变的累积。
脊椎动物水生到陆生演化过程中的遗传创新基础
中国科学院水生生物研究所何舜平、中国科学院昆明动物研究所王文与合作者解析了肺鱼的全基因组序列，其高达400多亿对碱基（40Gb）的基因组，是人类（3Gb）的十多倍，为迄今人类所测序的最大的基因组序列。相关成果发表于Cell。肺鱼拥有5000多个超过1Mb的长基因，而人类只有91个。肺鱼最长基因长达18Mb，人类最长基因为2.8Mb。然而，肺鱼的这些超长基因表达水平与短基因和其他物种的同源基因相似，提示肺鱼进化出了高效转录这些超长基因的机制。结合组学和实验验证发现，脊椎动物从水生到陆生的演化经历了三步重要的遗传创新过程。
贝类基因组演化研究进展
中国科学院海洋研究所杨红生与国内外合作者完成了硬壳蛤Mercenaria mercenaria全基因组精细参考图谱的绘制，揭示了双壳纲贝类凋亡抑制因子IAP基因大规模扩张与分化现象。相关成果发表于BMC Biology。硬壳蛤，又称美洲帘蛤，其自然栖息地位于北美大西洋沿岸，具有肉质鲜美、生长快、抗逆性强等特点。硬壳蛤基因组存在较为显著的IAP基因家族大规模扩张现象，拥有159个拷贝，远超人类、模式动物的拷贝数（<10拷贝）。硬壳蛤IAP通过谱系特异性的串联重复和逆转录的方式发生扩张，并利用结构域的改组迅速发生结构和功能分化。
外源磷添加降低热带海岸带森林微生物残体对土壤有机碳库的贡献
中国科学院华南植物园生态中心李悦、刘占锋等基于小良热带海岸带生态系统定位研究站的长期养分添加实验平台（10年），研究了长期外源养分添加和土壤团聚体结构对微生物残体的影响。相关成果发表于Global Change Biology。热带森林生态系统通常受到磷的限制，氮沉降增加会加剧生态系统磷限制的程度，进而影响土壤碳循环过程。微生物残体不仅是土壤有机碳库的重要贡献来源，也可通过土壤团聚体结构的调控间接影响土壤有机碳库的稳定性。研究结果表明，在热带海岸带森林中，土壤微生物碳体响应土壤氮磷可获得性的驱动机制有所不同，外源磷添加对微生物残体积累的抑制作用不利于土壤有机碳库的稳定性。
气候环境
中国废塑料进口禁令减少了全球环境影响
清华大学环境学院温宗国教授团队在废塑料进口政策对全球环境可持续性影响的研究中取得进展。相关成果发表于Nature Communications。该研究定量化了由中国废塑料进口禁令引起的18个主要国家（地区）、6种塑料类别的贸易流动及处理模式变化所带来的环境影响及生态成本，并通过情景分析预判了出口量下降、回收率上升等长期的环境影响，为未来提高国际废塑料贸易的环境可持续性指明了方向。研究提示发达国家可通过政策激励和财政支持，加强废塑料的属地化管理、提升回收率，而发展中国家需要提高对处置外国废塑料潜在环境风险的认识，并及时制定有关限制性的政策，从而改善全球环境可持续性。
西风环流对喜马拉雅山大气边界层有显著影响
中国科学院青藏高原研究所地气作用与气候效应团队马耀明研究员与合作者研究了大尺度西风环流强迫对喜马拉雅山中段北侧绒布河谷边界层垂直结构、大气稳定度、地面风场和地表能量通量的影响。相关成果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。喜马拉雅山脉位于青藏高原南部，其高大山地地形在大范围的时空尺度上影响着高原上空大气的混合和传输。该研究证明了高原山地地形与西风大尺度环流的相互作用对大气边界层的增长起着关键作用，解释了冬季喜马拉雅山中段大气边界层发展的驱动机制，为深入理解青藏高原地表、边界层大气、对流层大气和西风环流的物质和成分的相互交换过程提供重要参考。
微塑料对土壤微生物群落结构和二氧化碳排放的影响
中国科学院城市环境研究所姚槐应团队研究了微塑料污染对菜地土壤微生物群落结构，土壤温室气体二氧化碳和氧化亚氮排放的影响，为土壤微塑料污染下微生物群落结构改变及碳氮元素循环提供了直接证据。相关成果发表于Environmental Toxicology and Chemistry。微塑料的添加显著促进了土壤二氧化碳的排放，但对土壤氧化亚氮的释放没有明显的促进作用。土壤PH值、可溶性有机碳、铵态氮、总磷脂脂肪酸（PLFA）含量、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌、饱和与单不饱和PLFA比值显著增加。该研究的结果表明，微塑料对菜地土壤微生物群落存在明显影响，并可能影响全球碳氮循环。
融合微生物-土壤属性-气候变化模型的理论框架
中国科学院生态环境研究中心环境生物技术院重点实验室邓晔研究团队联合国内外合作者，获得并分析了中国森林生态系统中1600多个样点的土壤微生物群落组成和土壤环境因子大数据。相关成果发表于Science Bulletin。通过分析发现不同生态集群分布在当前气候条件下的热点区域在空间上并不重叠；而在未来气候变化的背景下，这些不同的生态集群响应的敏感区域不同，进而产生一系列热点区域的迁移。这些变化一方面可以指示集群内微生物对未来气候变化的空间适应性，另一方面考虑到每一类生态集群所代表的环境偏好性，这些变化也可进一步用来预测未来的土壤生态效应，如土壤酸化、土壤有机碳库的变化等。
在有人居住的住宅中观察臭氧化学
北京大学环境科学工程学院刘颖君研究员与合作者揭示了室内臭氧反应机理与影响。相关成果发表于PNAS。该研究基于对一户住宅中室内空气组分为期八周的在线观测，观测期间保持正常生活状态。研究发现，即使观测期间臭氧浓度很低，臭氧氧化反应仍对室内空气中的一系列挥发性有机物产生显著贡献。这些有机物包括嗅味阈值极低的壬烯醛、具有刺激性的4-氧戊醛等，可能对人体健康产生不利影响。臭氧与人体皮脂反应生成的特征性氧化产物在住户外出5天后仍表现出较高浓度。结合其他定量证据，该结果表明臭氧不仅与住户身上的皮脂发生反应，而且很大一部分与住户散落在房间各处的皮脂皮屑发生反应。
高寒山区气候变化致灾效应研究
中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员邹强、崔鹏等围绕气候变化条件下区域泥石流堵江危险性方面取得研究进展。相关成果发表于Science of the Total Environment。该研究揭示了近60年藏东南气温和降水变化趋势以及气候变化条件下灾害效应。通过研究泥石流堵江灾害形成过程、影响因素和演化机制，建立了与泥石流堵江密切相关的物源量、地貌连通性、堵江系数等关键参数的定量计算模型，构建了区域泥石流堵江危险性预测方法。该研究为高寒区泥石流堵江分析及危险性评估提供了科学分析方法，为气候敏感地区的工程规划和灾害防治提供了科学依据。
中国工业部门空气污染物与二氧化碳协同减排潜力的微观机制研究进展
复旦大学经济学院吴力波课题组牵头，联合国内外研究机构，利用我国工业部门微观企业的能源消耗与空气污染物排放数据，对我国工业部门空气污染物与二氧化碳的协同减排潜力进行研究。相关成果发表于Nature Sustainability。研究结合中国工业企业环境统计数据库、中国企业税收调查数据库和中国6000千瓦以上电厂数据库这三大微观数据库，构建了一个微观工业企业数据库，并聚焦其中七大高能耗、高污染行业。研究结果表明，持续提升能源使用效率、合理布局并调整现有工业部门的生产结构、加快推进电气化水平以及大力发展非化石能源发电是实现我国工业部门协同减排效益的重要途径。
黄土原生垂直节理起源、发育和演化的新模式
中国科学院地球环境研究所金钊研究团队对黄土原生垂直节理的起源、发育和演化过程进行分析总结和实验验证，提出了黄土原生垂直节理起源、发育和演化的新模式，解答了长期以来未回答的黄土强烈结构性和水敏性问题。相关成果发表于Earth-Science Reviews。该研究总结了黄土原生垂直节理的成因机制、演化模式、理论模型、发育形态及其与黄土历史沉积过程的关系，构建了控制原生垂直节理起源和发育演化的理论框架，揭示了原生垂直节理受5种因素（内部因素、驱动因素、阻抗因素、演化因素和景观因素）的共同影响。研究结果对认识黄土高原土壤侵蚀过程、地下水文过程、沟谷演化、地质灾害发生等具有参考价值。
血蚶基因组揭示软体动物血红性状的起源和演化
中国海洋大学海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室包振民院士团队与浙江万里学院林志华研究员团队合作，在动物血红性状起源演化解析方面取得进展。相关成果发表于Molecular Biology and Evolution。蚶科贝类（俗称血蚶）是为数不多具有红色血液的软体动物类群，是研究无脊椎动物血红性状起源和演化的良好动物模型。该研究发现蚶科贝类Hb和脊椎动物Hb共同起源于单一祖先基因，突破了国际学界关于无脊椎动物血红性状为“独立起源演化”的传统认知。研究结果揭示了软体动物Hb基因簇的起源演化历程，也为理解动物血红性状的宏观起源演化提供了认知基础。
南海构造演化研究
南方科技大学海洋科学与工程系杨挺团队利用海底地震仪台阵观测数据，揭示了南海的扩张洋中脊在闭合前洋壳增生和岩浆活动的特征。相关成果发表于Geophysical Research Letters。在接近残留洋脊的站位，也就是洋脊扩张的最后阶段，地壳厚度显著减薄，生成新洋壳的岩浆供应量显著下降。在这种扩张速率下，沿着洋中脊，很容易形成裂隙和断层。通过这些断层和裂隙，海水进入地幔顶部并与之反应，形成了一种新的岩石类型，随着断层的演化而显露于海底。这些新岩石具有非常高的纵横波波速比。该研究提升了对于南海全程演化的认识水平，为理解全球洋中脊的演化过程和岩浆供给模式提供研究基础。
全球海洋变暖2020年度报告
中国科学院大气物理研究所、海洋大科学研究中心成里京、朱江，国家海洋环境预报中心于福江等全球13家单位研究者发布全球海洋变暖2020年度报告。相关成果发表于Advances in Atmospheric Sciences。这是国际第一份涵盖2020整年的全球海洋环境（温盐）变化研究报告。研究指出：2020年海洋升温持续，成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的一年；同时，海洋“咸变咸，淡变淡”的盐度变化态势加剧，海水垂向层化持续加强。研究团队同时发布了两个国际机构的2020年海洋热含量数据，以及2020年全球海洋盐度和层结IAP/CAS数据。
南海对中国降水变化的重要性研究
中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）王春在研究团队与合作者揭示了南海经向水汽输运对于中国降水，尤其是华南降水变化特性的影响及其物理机制。相关成果发表于Climate Dynamics。华南降水主要分为前后两个汛期：前汛期（4—6月）和后汛期（7—9月）。研究指出，在华南前汛期，西北太平洋副热带高压的位置较为靠南，当西太副高增强和西伸时，会在菲律宾海上空形成一个异常反气旋，导致南海可以向北输送更强的水汽到华南区域并辐合形成降水。后汛期时副高有减弱和东撤，会在华南上空形成一个异常气旋，阻碍水汽从北边界流出华南。
深海潜水器耐压舱用钛合金保载疲劳研究
中国科学院力学研究所孙成奇与合作者发现耐压舱钛合金的3种保载疲劳失效模式，即疲劳失效、延性失效以及疲劳与延性混合失效。相关成果发表于Journal of Materials Science & Technology。保载与疲劳载荷的相互作用不但加速了试样的失效，还导致了不同失效模式之间的竞争。保载疲劳寿命与第一周次累积最大应变有关，二者在双对数坐标下呈近似线性关系，间歇加载时间对钛合金的保载疲劳行为没有影响。实验结果和理论分析揭示了钛合金的保载疲劳机理，即保载产生的塑性变形增大了试样的实际应力，这促进了已形成裂纹或损伤的扩展，同时疲劳载荷部分导致的局部塑性应变增大了保载疲劳塑性应变的累积。
脊椎动物水生到陆生演化过程中的遗传创新基础
中国科学院水生生物研究所何舜平、中国科学院昆明动物研究所王文与合作者解析了肺鱼的全基因组序列，其高达400多亿对碱基（40Gb）的基因组，是人类（3Gb）的十多倍，为迄今人类所测序的最大的基因组序列。相关成果发表于Cell。肺鱼拥有5000多个超过1Mb的长基因，而人类只有91个。肺鱼最长基因长达18Mb，人类最长基因为2.8Mb。然而，肺鱼的这些超长基因表达水平与短基因和其他物种的同源基因相似，提示肺鱼进化出了高效转录这些超长基因的机制。结合组学和实验验证发现，脊椎动物从水生到陆生的演化经历了三步重要的遗传创新过程。
贝类基因组演化研究进展
中国科学院海洋研究所杨红生与国内外合作者完成了硬壳蛤Mercenaria mercenaria全基因组精细参考图谱的绘制，揭示了双壳纲贝类凋亡抑制因子IAP基因大规模扩张与分化现象。相关成果发表于BMC Biology。硬壳蛤，又称美洲帘蛤，其自然栖息地位于北美大西洋沿岸，具有肉质鲜美、生长快、抗逆性强等特点。硬壳蛤基因组存在较为显著的IAP基因家族大规模扩张现象，拥有159个拷贝，远超人类、模式动物的拷贝数（<10拷贝）。硬壳蛤IAP通过谱系特异性的串联重复和逆转录的方式发生扩张，并利用结构域的改组迅速发生结构和功能分化。
外源磷添加降低热带海岸带森林微生物残体对土壤有机碳库的贡献
中国科学院华南植物园生态中心李悦、刘占锋等基于小良热带海岸带生态系统定位研究站的长期养分添加实验平台（10年），研究了长期外源养分添加和土壤团聚体结构对微生物残体的影响。相关成果发表于Global Change Biology。热带森林生态系统通常受到磷的限制，氮沉降增加会加剧生态系统磷限制的程度，进而影响土壤碳循环过程。微生物残体不仅是土壤有机碳库的重要贡献来源，也可通过土壤团聚体结构的调控间接影响土壤有机碳库的稳定性。研究结果表明，在热带海岸带森林中，土壤微生物碳体响应土壤氮磷可获得性的驱动机制有所不同，外源磷添加对微生物残体积累的抑制作用不利于土壤有机碳库的稳定性。
气候环境
中国废塑料进口禁令减少了全球环境影响
清华大学环境学院温宗国教授团队在废塑料进口政策对全球环境可持续性影响的研究中取得进展。相关成果发表于Nature Communications。该研究定量化了由中国废塑料进口禁令引起的18个主要国家（地区）、6种塑料类别的贸易流动及处理模式变化所带来的环境影响及生态成本，并通过情景分析预判了出口量下降、回收率上升等长期的环境影响，为未来提高国际废塑料贸易的环境可持续性指明了方向。研究提示发达国家可通过政策激励和财政支持，加强废塑料的属地化管理、提升回收率，而发展中国家需要提高对处置外国废塑料潜在环境风险的认识，并及时制定有关限制性的政策，从而改善全球环境可持续性。
西风环流对喜马拉雅山大气边界层有显著影响
中国科学院青藏高原研究所地气作用与气候效应团队马耀明研究员与合作者研究了大尺度西风环流强迫对喜马拉雅山中段北侧绒布河谷边界层垂直结构、大气稳定度、地面风场和地表能量通量的影响。相关成果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。喜马拉雅山脉位于青藏高原南部，其高大山地地形在大范围的时空尺度上影响着高原上空大气的混合和传输。该研究证明了高原山地地形与西风大尺度环流的相互作用对大气边界层的增长起着关键作用，解释了冬季喜马拉雅山中段大气边界层发展的驱动机制，为深入理解青藏高原地表、边界层大气、对流层大气和西风环流的物质和成分的相互交换过程提供重要参考。
微塑料对土壤微生物群落结构和二氧化碳排放的影响
中国科学院城市环境研究所姚槐应团队研究了微塑料污染对菜地土壤微生物群落结构，土壤温室气体二氧化碳和氧化亚氮排放的影响，为土壤微塑料污染下微生物群落结构改变及碳氮元素循环提供了直接证据。相关成果发表于Environmental Toxicology and Chemistry。微塑料的添加显著促进了土壤二氧化碳的排放，但对土壤氧化亚氮的释放没有明显的促进作用。土壤PH值、可溶性有机碳、铵态氮、总磷脂脂肪酸（PLFA）含量、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌、饱和与单不饱和PLFA比值显著增加。该研究的结果表明，微塑料对菜地土壤微生物群落存在明显影响，并可能影响全球碳氮循环。
融合微生物-土壤属性-气候变化模型的理论框架
中国科学院生态环境研究中心环境生物技术院重点实验室邓晔研究团队联合国内外合作者，获得并分析了中国森林生态系统中1600多个样点的土壤微生物群落组成和土壤环境因子大数据。相关成果发表于Science Bulletin。通过分析发现不同生态集群分布在当前气候条件下的热点区域在空间上并不重叠；而在未来气候变化的背景下，这些不同的生态集群响应的敏感区域不同，进而产生一系列热点区域的迁移。这些变化一方面可以指示集群内微生物对未来气候变化的空间适应性，另一方面考虑到每一类生态集群所代表的环境偏好性，这些变化也可进一步用来预测未来的土壤生态效应，如土壤酸化、土壤有机碳库的变化等。
在有人居住的住宅中观察臭氧化学
北京大学环境科学工程学院刘颖君研究员与合作者揭示了室内臭氧反应机理与影响。相关成果发表于PNAS。该研究基于对一户住宅中室内空气组分为期八周的在线观测，观测期间保持正常生活状态。研究发现，即使观测期间臭氧浓度很低，臭氧氧化反应仍对室内空气中的一系列挥发性有机物产生显著贡献。这些有机物包括嗅味阈值极低的壬烯醛、具有刺激性的4-氧戊醛等，可能对人体健康产生不利影响。臭氧与人体皮脂反应生成的特征性氧化产物在住户外出5天后仍表现出较高浓度。结合其他定量证据，该结果表明臭氧不仅与住户身上的皮脂发生反应，而且很大一部分与住户散落在房间各处的皮脂皮屑发生反应。
高寒山区气候变化致灾效应研究
中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员邹强、崔鹏等围绕气候变化条件下区域泥石流堵江危险性方面取得研究进展。相关成果发表于Science of the Total Environment。该研究揭示了近60年藏东南气温和降水变化趋势以及气候变化条件下灾害效应。通过研究泥石流堵江灾害形成过程、影响因素和演化机制，建立了与泥石流堵江密切相关的物源量、地貌连通性、堵江系数等关键参数的定量计算模型，构建了区域泥石流堵江危险性预测方法。该研究为高寒区泥石流堵江分析及危险性评估提供了科学分析方法，为气候敏感地区的工程规划和灾害防治提供了科学依据。
中国工业部门空气污染物与二氧化碳协同减排潜力的微观机制研究进展
复旦大学经济学院吴力波课题组牵头，联合国内外研究机构，利用我国工业部门微观企业的能源消耗与空气污染物排放数据，对我国工业部门空气污染物与二氧化碳的协同减排潜力进行研究。相关成果发表于Nature Sustainability。研究结合中国工业企业环境统计数据库、中国企业税收调查数据库和中国6000千瓦以上电厂数据库这三大微观数据库，构建了一个微观工业企业数据库，并聚焦其中七大高能耗、高污染行业。研究结果表明，持续提升能源使用效率、合理布局并调整现有工业部门的生产结构、加快推进电气化水平以及大力发展非化石能源发电是实现我国工业部门协同减排效益的重要途径。
黄土原生垂直节理起源、发育和演化的新模式
中国科学院地球环境研究所金钊研究团队对黄土原生垂直节理的起源、发育和演化过程进行分析总结和实验验证，提出了黄土原生垂直节理起源、发育和演化的新模式，解答了长期以来未回答的黄土强烈结构性和水敏性问题。相关成果发表于Earth-Science Reviews。该研究总结了黄土原生垂直节理的成因机制、演化模式、理论模型、发育形态及其与黄土历史沉积过程的关系，构建了控制原生垂直节理起源和发育演化的理论框架，揭示了原生垂直节理受5种因素（内部因素、驱动因素、阻抗因素、演化因素和景观因素）的共同影响。研究结果对认识黄土高原土壤侵蚀过程、地下水文过程、沟谷演化、地质灾害发生等具有参考价值。
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