Estructuración del Protoplasma vivo

Estructuración del protoplasma de la Vida, uno de los muchos secretos que nos queda por desvelar y que la Naturaleza esconde con el celo propio de quién no quiere desvelar su intimidad más profunda y, al mismo tiempo compleja. ¿Qué podemos saber nosotros de tan maravilloso suceso?

En la Gran Nebulosa de Orión, también conocida como M42, y una de las nebulosas más famosas del cielo, podríamos encontrar ese Laboratorio natural en el que se cuecen los elemetos que dan lugar a las sustancias necesarias para la aparición de la vida. Este producto de una explosión supernova, contiene todos los ingredientes necesarios para ello y, de este conglomerado de gas y polvo en el que están presentes átomos y moléculas diversas, se encuentra la fuente, no sólo de nuevas estrellas y nuevos mundos, sino que, también están ahí los materiales necesarios para el surgir de la vida.

Muchas son las veces que aquí, en este lugar dedicado a distintas disciplinas de la Ciencia, hemos hablado de la Vida. Sin embargo, nunca nos hemos parado a explicar algunos de los procesos del origen de la vida, conociendo antes, aunque sea de manera sencilla y sin profundidad, aquellos principios básicos de la estructura del protoplasma, ese sustrato material que será la base de todos los seres vivos, sin excepción.  Para poder alcanzar nuestro objetivo y así poder responder a la cuestión de la evolución y al proceso del orgien de la vida, una de las fuentes que debemos conocer, es, sin duda alguna, el protoplasma y, la mejor explicación la encontré en el Libro de Alesandr Ivanovich Oparín, El Origen de la Vida que nos lo cuenta como como sigue:

A finales del siglo XIX y principios del XX, había científicos que creían que los organismos sólo eran “máquinas vivientes” especiales, de estructuras muy complejas y, aseguraban que la estructura del protoplasma era algo así como una máquina, construido conforme a un determinado plan y que estaba formado por “vigas” y “tirantes” como si de un puente se tratara y que, de manera similar a éste, los lazos de unión tenían unida toda la estructura que, de esta manera, se mantenía firme, y, esa estructura de tan estricto orden en la colocación recíproca de las distintas partes del protoplasma, era precisamente, según ellos, la causa específica de la vida.

        ¿Será nuestro planeta como una gran célula viva con sus propias reglas biológicas?

Pero el estudio concreto del protoplasma desmintió esta teoría mecanicista. Fue probado que no existía ninguna estructura parecida a una máquina ni siquiera a las de máxima precisión, en el interior del protoplasma.

Es bien conocido que la masa básica del protoplasma es líquida; nos hallamos ante un coacervado complejo, constituido por una gran cantidad de sustancias orgánicas de un peso molecular considerable, entre estas destacan las proteínas y los lipoides. Por esta razón, se encuentran flotando a su libre albedrío en esa sustancia coacervática fundamental, partículas filamentosas coloides, quizás enormes moléculas proteínicas sueltas, y muy probablemente, auténticos enjambres de esas moléculas. El tamaño de las partículas es tan diminuto que no se distinguen ni a través de los microscopios actuales más sofisticados. Pero encontramos otros elementos visibles en el interior del protoplasma. Cuando las moléculas proteínicas y de otras sustancias se unen formando conglomerados, destacan en la masa protoplasmática en forma de pequeñas gotas, captadas a través del microscopio, o en forma de coágulos, con una determina estructura denominados elementos morfológicos. El núcleo, las plastídulas, las mitocondrias, etcétera.

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares En estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones (10¹⁴), como en el caso del ser humano.. Las células suelen poseer un tamaño de 10 μm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

Estos elementos protoplasmáticos, observables a través del microscopio, son, esencialmente, una manifestación aparente y externa de determinadas relaciones de solubilidad, enormemente complejas, de las distintas sustancias que conforman el protoplasma y que se ha podido comprobar que tiene, un papel determinante, en el curso del proceso de la vida, que no se puede comparar de ningún modo con el papel que desempeña una máquina en su trabajo específico. Esto queda totalmente justificado por la sencilla razón de que una máquina y el protoplasma son dos sistemas distintos y contrarios.

Sin duda, lo que caracteriza la función de una máquina es el desplazamiento mecánico de sus diferentes partes en el espacio. Por esa razón hay que insistir que el elemento más importante de la estructura de una máquina es, precisamente, la colocación de sus piezas; mientras que el proceso vital tiene un carácter totalmente distinto. Se manifiesta esencialmente con el recambio de sustancias, o sea, con la interacción química de las diferentes partes que conforman el protoplasma. Por esto deducimos que el elemento primordial en toda la estructuración del protoplasma es el orden concreto que siguen los procesos químicos en el tiempo, la forma tan armónica en que se combinan, siempre con tendencia a conservar en su conjunto el sistema vital.

Es de vital importancia para la formación del protoplasma que exista una estructura interna determinada. Pero otro factor no menos decisivo es la organización en el tiempo, o sea, que los procesos que se dan en el protoplasma lo hagan en armonía. Cualquier organismo, tanto animal, planta o microbio, vive únicamente mientras pasen por él, de forma continuada y constante, nuevas partículas de sustancias, cargadas de energía. Distintos cuerpos químicos pasan del medio ambiente al organismo; y cuando están dentro, sufren unos determinados y esenciales trastornos, mediante los cuales acaban convirtiéndose en sustancias del propio organismo invadido y serán iguales que aquellos cuerpos químicos que antes formaban parte del ser vivo. Este proceso se conoce con el nombre de asimilación. Sin embargo, de forma paralela a este proceso se da la desasimilación, que se trata precisamente del proceso contrario, es decir, las distintas sustancias que forman la parte del organismo vivo son sensibles a los cambios del propio organismo, se desintegran a menor o mayor velocidad, y son sustituidas por los cuerpos asimilados. De esta forma, los productos de la desintegración se echan al medio envolvente.

¡Y pensar que todo está formado por esas partículas infinitesimales que llamamos Quarks y Leptones!

Es muy cierto que la sustancia del organismo vivo siempre se encuentra en movimiento, desintegrándose y volviendo a formarse de manera continua en virtud de la gran cantidad de reacciones de desintegración y síntesis, que se dan guardando una fuerte relación entre ellas. Ya Heráclito, aquel gran dialéctico de la antigua Grecia, nos decía: “nuestros cuerpos fluyen como un arroyo, y de la misma manera que el agua de éste, la materia se renueva en ellos.” Está claro que una corriente o un chorro de agua pueden mantener su forma, su aspecto externo, durante un tiempo, pero su aspecto sólo es la manifestación exterior de ese proceso continuo y constante del movimiento de las partículas del agua. Incluso la misma existencia de este sistema depende, naturalmente, de que las renovadas moléculas de materia pasen constantemente, y a una velocidad determinada por el chorro de agua. Pero si interrumpimos este proceso, el chorro dejará de existir como tal. Lo mismo sucede en todos los sistemas conocidos como dinámicos, los cuales tienen un proceso concreto.

Es un hecho concreto e innegable que los seres vivos también son sistemas dinámicos. Igual que el chorro de agua al que antes hacíamos referencia, su forma y su estructura sólo forman parte de la expresión externa y aparente de un equilibrio, muy competente, formado por procesos que se dan en el ser vivo en sucesión permanente a lo largo de toda su vida. Sin embargo, el carácter de estos procesos es totalmente diferente a los que ocurre en los sistemas dinámicos de la naturaleza orgánica.

Las moléculas de agua llegan al chorro, ya como moléculas de agua, y lo atraviesan sin que se produzca ningún cambio. Pues el organismo toma del medio ambiente sustancias ajenas y desconocidas para él, pero a continuación, mediante procesos químicos muy complejos, son convertidos en sustancias del propio organismo, muy parecidas a los materiales que forman su cuerpo.

Precisamente esto es lo que hace posible las condiciones que mantienen constantemente la composición y estructura del organismo, ignorando este proceso continuo e ininterrumpido de desasimilación que se da en todos los organismos vivos.

Así pues, desde una perspectiva puramente química, el recambio de sustancias, también llamado metabolismo, es un conjunto enorme de reacciones más o menos sencillas, de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etcétera. Lo que lo hace diferente del protoplasma, es que en el metabolismo, estas reacciones se encuentran organizadas en el tiempo de de cierto modo, las cuales se combinan para poder crear un sistema integral. Dichas reacciones no surgen por casualidad, y de forma caótica, sino que se dan en estricta sucesión, y en un orden armónico concreto.

Ese orden será la base de todos los fenómenos vitales conocidos. En la fermentación alcohólica, por ejemplo, el azúcar proveniente del líquido, que es fermentable, penetra en la célula de la levadura, sufriendo determinados trastornos químicos. O sea, primero se le incorpora el ácido fosfórico y luego se divide en dos partes.

Una de las cuales experimentará un proceso de reducción, mientras que la otra se oxidará, quedando convertida, finalmente, en ácido pirúvico, que más tarde se descompondrá en anhídrido carbónico y acetaldehído. Este último se reducirá, quedando transformado después en alcohol etílico. Como resultado, podemos observar que el azúcar queda convertido en alcohol y anhídrido carbónico.

Aquí podemos contemplar una célula de levadura. Se reproducen por germinación o sexualmente (…algo más interesante…). Las protuberancias de esta célula (esos círculos que parecen ojos de pescado) son las huellas de las cicatrices dejadas por las yemas al separarse. La fotografía aumenta el tamaño de la célula 12.500 veces.

Esto nos demuestra que en la célula de la levadura, lo que determina la producción de estas sustancias es el extraordinario rigor con que se dan todas estas reacciones, las cuales se suceden de forma muy ordenada. Sólo con que sustituyésemos en esta cadena de transmutaciones un único eslabón o si alterásemos en lo más mínimo el orden de dichas transmutaciones ya no tendríamos como resultado alcohol etílico, sino cualquier otra sustancia. En efecto, en las bacterias de la fermentación de la leche, el azúcar, al principio sufría los mismos cambios en la levadura, pero cuando se llega a la fermentación del ácido pirúvico, éste ya no se descompone, todo lo contrario, se reduce al instante. Esto explica que en las bacterias de la fermentación láctica el azúcar no se transforme en alcohol etílico, sino en ácido láctico.

Un estudio de la síntesis de distintas sustancias en el protoplasma demuestra que éstas no se crean de repente, y no provienen de un acto químico especial, sino que son el resultado de una cadena larguísima de trastornos químicos.

No puede constituirse un cuerpo químico complejo, propio de un ser vivo en concreto, sin que se produzcan centenares o miles de reacciones en un orden regular, constante, y ya previsto con rigurosidad, lo cual constituirá la base de la existencia del protoplasma.

Porque cuanto más compleja es la sustancia, más reacciones intervienen en su formación dentro del protoplasma y estas reacciones deben coordinarse entre sí con mayor rigor y exactitud. En efecto, investigaciones bastante recientes han demostrado que en la síntesis de las proteínas a partir de los aminoácidos toman parte gran cantidad de reacciones que se producen en una sucesión muy ordenada. Únicamente como consecuencia de esta rigurosa armonía, de esta sucesión ordenada de las reacciones, se da en el protoplasma vivo ese ritmo estructural, esa regularidad en la sucesión de los distintos aminoácidos que también podemos apreciar en las proteínas actuales.

Por consiguiente, las moléculas proteínicas, así originadas y con una estructura determinada se agrupan entre sí, y ciertas leyes las hacen tender a la formación de auténticos conglomerados moleculares que se acaban separando de la masa protoplasmática y se distinguen como elementos morfológicos, visibles a través del microscopio, como formas protoplasmáticas características por su gran movilidad. De esta manera, la composición química propia del protoplasma, como su estructura, son la manifestación del orden en que se producen estos procesos químicos que se dan de forma continua y permanente en la materia viva.

Las grandes moléculas de los sistemas vivos tienen una estructura modular mantenida mediante enlaces covalentes y formada esencialmente por tan sólo seis elementos químicos: Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre. Los azúcares (moléculas formadas en torno a un anillo de carbono, oxígeno e hidrógeno) son los bloques de construcción básicos de los carbohidratos. Los almidones y la celulosa están compuestos por cadenas de azúcares (glucosa), siendo utilizados los primeros como almacenamiento de energía y la celulosa como estructura de las paredes celulares vegetales. Las diferencias entre ambas moléculas son tan sutiles como pequeñas variaciones en los enlaces intermoleculares, pero el resultado es tan diferente que nuestro organismo, por ejemplo, puede digerir el almidón y no la celulosa.

Pues bien, debemos preguntarnos de qué depende ese orden, propio de la organización del protoplasma, y cuáles son sus causas inmediatas. Un estudio minucioso sobre esta cuestión dejará demostrado que el orden indicado no es simplemente algo externo, que queda al margen de la materia viva, teoría defendida por los idealistas; en cambio, hoy día, sabemos perfectamente que la velocidad, la dirección y el encadenamiento de las diferentes reacciones, todo lo que forma el orden que estamos viendo, depende totalmente de las relaciones físicas y químicas que se establecen en el protoplasma vivo.

Las propiedades químicas de las sustancias integradoras del protoplasma, en primer lugar, y también las de las sustancias orgánicas que intervienen son las que constituyen la base de todo ello. Dichas sustancias orgánicas poseen enormes posibilidades químicas y pueden generar gran variedad de reacciones. Pero, aprovechan estas posibilidades con mucha “pereza”, lentamente, a veces a una velocidad ínfima. En muchas ocasiones, se necesitan meses e incluso años, para que llegue a producirse alguna de las reacciones efectuadas entre las mismas sustancias orgánicas. Por esto, los químicos, para acelerar el proceso de las reacciones entre las sustancias orgánicas, usan a menudo en su trabajo diferentes sustancias de acción enérgica-ácidos y álcalis fuertes, etcétera.

Para conseguir tal aceleramiento cada vez con más frecuencia, los químicos recurren a la utilización de los catalizadores. Hace ya mucho tiempo que habían notado que sólo con añadir una pequeña dosis de algún catalizador a la mezcla donde se estaba realizando una reacción, se producía un gran aceleramiento de ésta. Además, otra propiedad propia e los catalizadores es que no se destruyen durante el proceso de la reacción, y cuando esta finaliza, comprobamos que queda exactamente la misma cantidad de catalizador que añadimos a la mezcla al principio. Así que, cantidades insignificantes de catalizador son suficientes, muchas veces, pata provocar la rápida transmutación de masas considerables de diferentes sustancias. Esta cualidad, hoy día, es de gran utilidad para la industria química, que usa como catalizadores distintos metales, sus óxidos, sus sales y otros cuerpos orgánicos o inorgánicos. Las reacciones químicas dadas en animales y vegetales entre las distintas sustancias orgánicas se suceden a gran velocidad. De lo contrario, la Vida no pasaría tan rápida como en realidad pasa. Se sabe que la gran velocidad de las reacciones químicas producidas en el protoplasma es debida a la presencia constante de catalizadores biológicos especiales llamados fermentos.

Leyendo sobre el Protoplasma y sus complejos caminos, podemos llegar a comprender que, efectivamente, todos somos uno, y, sin embargo, diferentes. ¡Ese largo camino recorrido hasta llegar aquí! No sabemos mediante qué mecanismos llegan a nuestros cerebros esas ráfagas luminosas del saber que, a unos les hace comprender ciertas cuestiones complejas y, a otros no nos llegan esos fogonazos de luz que alumbren los rincones oscuros existentes en nuestras mentes. Así, para unos es el futbol y para otros las estrellas su mayor preocupación.

Hace tiempo que estos fermentos fueron descubiertos, y ya con anterioridad, los científicos se habían fijado en ellos. Pues resultó que los fenómenos se podían extraer del protoplasma vivo y así separarse en forma de solución acuosa o como polvo seco de fácil solubilidad. Esto me hace pensar en lo que ocurre en las Nebulosas. No hace mucho se consiguieron fermentos en forma cristalina y se resolvió su composición química. Estos resultaron ser proteínas, y muchas veces, en combinación con otras sustancias de distinta naturaleza. Estos fermentos, por el carácter de su acción, se asemejan a los catalizadores inorgánicos. Sin embargo, se diferencian de ellos por la increíble intensidad de sus efectos.

En este sentido, los fermentos superan a los catalizadores inorgánicos de acción en centenares de miles, y en ocasiones hasta en millones de veces. Así que en los fermentos de naturaleza proteínica  se da un mecanismo increíblemente perfecto y racional que hace posible acelerar las reacciones químicas entre las distintas sustancias orgánicas. Los fermentos también se caracterizan por la excepcional especifidad de su acción.

Por supuesto, esto es a causa de las particularidades del efecto catalítico de las proteínas; pues la sustancia orgánica (el sustrato) que sufre alteraciones en el transcurso del proceso metabólico, forma ya al principio, una unión bastante compleja aunque de corta duración, con la correspondiente proteína-fermento. Esta fusión tan completa, no es estable, pues sufre distintos trastornos con mucha rapidez: el sustrato sufre las transformaciones correspondientes y el fermento se regenera, para poder unirse de nuevo a otras porciones del sustrato.

Entonces, para que las sustancias integradoras del protoplasma vivo puedan participar realmente con el metabolismo, debe combinarse con una proteína y constituir con ella un enlace complejo. De no ser así, sus posibilidades químicas se producirán muy lentamente y entonces perderán toda su importancia en el impetuoso proceso vital. Por esta razón el cómo se modifique una sustancia orgánica en el transcurso del metabolismo, depende, además de la estructura molecular de esta sustancia, y de las posibilidades químicas de la misma, también de la acción de fermentación de las proteínas protoplasmáticas, las cuales se encargan de llevar esa sustancia al proceso metabólico general.

Los fermentos, además de ser un poderoso acelerador de los procesos químicos sufridos por la materia viva; son también un mecanismo químico interno, el cual se encarga de que esos procesos sean conducidos por un cauce muy concreto. La gran especificidad de las proteínas-fermentos consigue que cada una de ellas forme enlaces complejos sólo con determinadas sustancias y catalice solamente algunas reacciones. Por esto, cuando se produce éste o el otro proceso vital, y con más motivo, cuando se verificas todo el proceso metabólico, actúan miles de proteínas-fermento de distintas clases. Cada una de estas proteínas puede catalizar de forma específica una sola reacción, y sólo el conjunto de acciones de todas ellas, en muy precisa combinación, hará posible ese orden regular de los fenómenos que entendemos como base del metabolismo.

                                                                    ¡Es tanta la diversidad de la Vida!

Con el uso de los distintos fermentos específicos que se obtienen a partir del organismo vivo, en el laboratorio, pueden reproducirse de forma aislada cada una de las reacciones químicas, y todos los eslabones que forman el proceso metabólico. Así desenredamos el ovillo tan sumamente complicado de las transmutaciones químicas producidas durante el metabolismo, donde miles de reacciones individuales se mezclan. Por este mismo procedimiento se puede descomponer el proceso metabólico en sus diferentes etapas químicas, se puede analizar las sustancias integradora de la materia viva, y además los distintos procesos realizados en ella.

De esa manera se demostró que la respiración funciona a partir de una serie de reacciones como la oxidación o la reducción, dichas reacciones se dan con muchísimo rigor en un orden estricto y cada una de éstas es catalizada por un fermento específico (S.Kóstichev, A. Liédev y otros autores).

Hoy día, ya hemos dado el salto del análisis de los procesos vitales a su reproducción, a su síntesis. De esta forma, combinando de manera precisa en una solución acuosa de azúcar, una veintena de fermentos distintos, obtenidos a partir de seres vivos, pueden reproducirse los fenómenos propios de la fermentación alcohólica. En este líquido, donde gran cantidad de proteínas distintas se hallan disueltas, los trastornos que sufre el azúcar son verificados en el mismo orden regular que siguen en la levadura viva, aunque aquí no existe ninguna estructura celular.

Todos estos procesos son, en realidad, terriblemente complejos y están expuestos a que, cualquier alteración del medio incida de manera directa en su devenir. Pero, por otra parte y en las  circunstancias adecuadas, no existe ningún factor físico o químico, ni sustancia orgánica o sal inorgánica que, de alguna manera, puedan alterar el curso de las reacciones fermentativas. Cualquier aumento o disminución de la temperatura, alguna modificación de la acidez del medio, del potencial oxidativo y de la composición salina o de la presión osmótica, alterará la correlación entre las velocidades de las distintas reacciones de fermentación, y de esta forma cambia su sucesión temporal. Es aquí donde se asientan todas las premisas de esa unidad entre el organismo y el medio, tan característica de la vida.

Esta organización tan especial de la sustancia viva influye en gran manera, en las células de los organismos actuales, en el orden y la dirección de las reacciones fermentativas, las cuales son la base del proceso metabólico. Cuando se agrupan las proteínas entre sí pueden quedar aisladas de la solución general y conseguir diferentes estructuras protoplasmáticas de muy ágil movimiento. Con total seguridad, sobre la superficie de estas estructuras se encuentran concentrados gran cantidad de fermentos.

Aparato de Miller que buscaba la Actividad integradora del
Origen de la vida 

Está claro que el orden característico de la organización del protoplasma está basado en las distintas propiedades químicas de las sustancias integradoras de la materia viva. Esta gran variedad de sustancias existentes y su increíble capacidad de originar gran cantidad de reacciones químicas, pueden generar incalculables trastornos y cambios químicos. Pero debemos tener en cuenta que en el protoplasma vivo existen una serie de factores externos e internos que rigen estas transmutaciones, son factores como la presencia de conjuntos de fermentos; su relación cualitativa; la acidez del medio circundante; el potencial de oxido-reducción; las propiedades coloidales del protoplasma y su estructura, entre otros.

Todos estos fenómenos entrelazados entre sí y fuertemente relacionados con el orden regular de las reacciones químicas son propios del protoplasma vivo que desemboca en la muestra de estructuras morfológicas muy variadas. Pues bien, todo este orden sigue una dirección muy concreta, persigue un objetivo que al final desemboca en eso que llamamos vida y es verdaderamente importante darse cuenta de que, la dinámica del Universo, a través de las estrellas, de las explosiones supernovas, de las nebulosas y, finalmente, de los mundos, se vale de un conjunto de sucesos que vistos desde fuera pudieran parecer inmersos en un inmenso Caos pero que, en realidad, son simplemente pasos necesarios para que, la materia inerte, tome forma y evolucione hasta la vida que, de una u otra manera siempre se abrirá paso y estará presente en los lugares más insospechados que imaginar podamos, ya que, la vida, es algo irreversible en nuestro universo y está llamada a poblar miles de millones de mundos donde tomará las más variadas formas, unas veces conscientes y otras no, conformando un escenario de diversidad en el que, como ahora sabemos, prevalecerá aquella forma de vida que es consciente de SER.

Ahora conocemos las leyes de la Naturaleza, sabemos cómo se forman las distintas sustancias y elementos y que es, lo que de ellas puede surgir cuando se mezclan de una manera determinada y qué es lo que puede pasar cuando todo esto ocurre en el marco adecuado y en presencia de las condiciones idóneas para que surja el orden vital y su carácter perfectamente armónico que le hace estar siempre en consonancia con las condiciones del medio ambiente.

Todo esto nos lleva a comprender que es necesario e ineludible profundizar mucho más en la evolución de la materia a lo largo de la historia del mundo, del Sistema Solar, del Universo en los que, no puede caber ninguna duda, surgió, a partir de esa materia “inerte” lo que conocemos como ¡Vida! En sus miles de formas y colores (también olores y diversa y maravillosa hermosura) que, se podría decir, sin lugar a equivocarnos que, la esencia del Universo es, precisamente la Vida.

Todo fue posible a que, de alguna manera que no hemos llegado a comprender (aún), la vida surgió durante toda esta serie de procesos complejos inmersos en el Caos de una Complejidad que transmutaba la materia simple en otra, cada vez más compleja y organizada que seguía unos pasos que la llevaba a conseguir estructuras impensables de un orden superior y mucho más elevado de lo que, la “simple” materia, nos haría suponer que sería posible. Claro que, todo ello, sólo y únicamente fue posible gracias a la interrelación de la materia con el medio donde se dieron las bases para hacer posible la formación de sistemas individuales de orden plurimolecular que fue el factor determinante para la aparición de la vida y su posterior desarrollo en el planeta tal como la conocemos.

En el Universo todo es energía…la Vida, también.

emilio silvera

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