Ein Blick auf den Nobelpreis 2022: Wie ist der Mensch entstanden?

Am 3. Oktober 2022 um 11:30 Uhr Ortszeit (17:30 Uhr Pekinger Zeit) gab das Nobelpreiskomitee bekannt, dass der Preis für Physiologie oder Medizin 2022 an den schwedischen Biologen und Evolutionsgenetiker Svante Pääbo verliehen wird. Der Preis wird für seine Entdeckung von Genomen verliehen, die mit ausgestorbenen Urmenschen und der menschlichen Evolution in Zusammenhang stehen. Heute verwenden wir einen alten Artikel, der 2019 in „Fanpu“ veröffentlicht wurde, um uns erneut mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2022 zu befassen.

Geschrieben von | Tang Bo

Während die Einspielergebnisse des chinesischen Science-Fiction-Films „The Wandering Earth“ die Marke von 4 Milliarden Yuan überschritten haben, erinnern sich viele Filmfans noch an den amerikanischen Fantasyfilm „Aquaman“, der vor mehr als zwei Monaten in die Kinos kam. Derzeit hat der Film an den weltweiten Kinokassen über 1,13 Milliarden US-Dollar eingespielt, wovon der chinesische Markt etwa 300 Millionen US-Dollar beisteuerte, was ihn zu einem der 20 meistverkauften Filme der Weltgeschichte macht.

In der in „Aquaman“ erzählten Geschichte verliebte sich die Königin von Atlantis in einen amerikanischen Leuchtturmwärter und brachte einen Jungen namens Arthur zur Welt. Mit der Hilfe von Prinzessin Mera (Orms Verlobter) kämpfte Arthur gegen seinen Bruder Orm, der über den Ozean herrschen und das Land annektieren wollte. Am Ende besiegte er den mächtigen Orm und wurde zum König des Meeres, der über die sieben Meere herrschte.

Aquaman Arthur Curry

Für seinen Bruder Orm, der ganz auf dem Meer geboren wurde, war Arthur nur ein „Hybrid“, der halb Land und halb Meer war. Zuerst nahm Orm seinen Bruder Arthur nicht ernst, aber es war dieser Bastard Arthur, der ihn besiegte, den Thron zurückeroberte und die Schönheit gewann. Solche Geschichten kommen in chinesischen und ausländischen Mythen und literarischen Werken häufig vor. Obwohl sie fiktiv sind, enthalten sie tiefgreifende wissenschaftliche Wahrheiten, beispielsweise, dass die Leistung von Hybriden manchmal besser ist als die von reinrassigen Tieren.

Seit der österreichische Priester und Vater der modernen Genetik Gregor Mendel dieses Gesetz der Lebensvererbung durch Experimente mit Erbsen entdeckte, haben Genetiker und Züchter eine Reihe von Hybridpflanzen und neuen Tierarten gezüchtet. Hybride sind zur treibenden Kraft der landwirtschaftlichen Produktion geworden. Es sind diese Hybriden, die eine so große Bevölkerung und unzählige Haustiere auf der Erde ernähren. Ganz zu schweigen von Pflanzen und Tieren, sogar der Mensch selbst hat von der Hybridkraft profitiert, die es ihm ermöglicht hat, zu gedeihen, sich weiterzuentwickeln und zu den Herren der Erde zu werden.

Lassen Sie uns heute über die Geschichte der menschlichen „Hybrid“-Entwicklung sprechen.

Jenseits von Afrika

Vor etwa 7 Millionen Jahren trennten sich irgendwo in Afrika die Wege der menschlichen Vorfahren von den Affen und begannen ihren einzigartigen evolutionären Weg der Werkzeugherstellung, des aufrechten Gangs, des Sprechens und des Geschichtenerzählens.

Danach verbreiteten sich die Vorfahren des Menschen wie Australopithecus, Homo habilis und Homo ergaster allmählich in ganz Afrika; Ob aufgrund von Nahrungsmittelknappheit oder getrieben vom tierischen Instinkt der Neugier, begann der aufrecht lebende Homo erectus vor mehr als einer Million Jahren, Afrika zu verlassen und auf den eurasischen Kontinent vorzudringen. Zu diesen Homo erectus gehören der Yuanmou-Mensch, der Lantian-Mensch und der Peking-Mensch, die im riesigen Land China lebten. Allerdings starben diese frühen Menschen, die Afrika verließen, einer nach dem anderen aus und sind nicht die direkten Vorfahren des modernen Menschen.

Jahrzehntelang glaubten die meisten Wissenschaftler, die sich mit der Evolution des Menschen beschäftigten, dass der moderne Mensch aus einer einzigen Population hervorgegangen sei, die irgendwo im südlichen Afrika verblieben sei. Vor etwa 200.000 Jahren begann sich dieser Zweig der Menschheit rasant zu entwickeln und wurde zum direkten Vorfahren des modernen Menschen, dem Homo sapiens. Diese Theorie wird jedoch durch einige neue Entdeckungen stark in Frage gestellt.

Im Juni 2017 veröffentlichte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jean-Jacques Hublin vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland zwei wichtige Artikel hintereinander in der Zeitschrift Nature. Sie entdeckten einen 315.000 Jahre alten Homo sapiens-Schädel in einer Höhle im nordafrikanischen Marokko. Sie haben nicht nur die Geschichte des modernen Menschen um 100.000 Jahre zurückverfolgt, sondern auch spekuliert, dass der Homo sapiens nicht nur aus einem einzigen Ursprungsort im südlichen Afrika stammt, sondern eine Mischung verschiedener Rassen ist, die über viele Regionen Afrikas verteilt waren. Mit anderen Worten: Beim Homo sapiens hatte die „Hybridisierung“ bereits begonnen, bevor er Afrika verließ, und die daraus resultierenden „Hybrid“-Nachkommen waren in der Lage, Afrika zu verlassen und in jeden Winkel der Erde zu reisen.

Nachdem sie 200.000 bis 300.000 Jahre lang in Afrika gelebt und sich vermehrt hatten, konnten diese Vorfahren des modernen Menschen, wie auch ihre früheren menschlichen Vorfahren, der Versuchung der Neugier und des Essens nicht widerstehen und versuchten immer wieder, Afrika zu verlassen. Vor 50.000 Jahren hatte schließlich eine kleine Gruppe moderner menschlicher Vorfahren das Glück, einen beispiellosen Sieg zu erringen.

Dass die Vorfahren des modernen Menschen evolutionäre Erfolge erzielen konnten, lag neben ihren eigenen Anstrengungen auch an der Hilfe der Nachkommen des Homo erectus, die Afrika früh verließen, und deren genetischen Beiträgen. Vor etwa 50.000 bis 100.000 Jahren verließen die Vorfahren des modernen Menschen Afrika und begegneten dort erstmals einigen mysteriösen Menschenrassen, die sich aus dem Homo erectus entwickelt hatten und mit der Umwelt Eurasiens vertraut waren und sich an sie angepasst hatten. Sie begannen eine jahrtausendealte Hassliebe zu diesen geheimnisvollen Menschenrassen, die zu uns führte, den einzigen Menschen, die es heute gibt.

Sich in einen großhirnigen Neandertaler verlieben

Im Jahr 1856, drei Jahre bevor Darwin „Die Entstehung der Arten“ veröffentlichte, entdeckten Steinbrucharbeiter in einem Steinbruch im Neandertal, 12 Kilometer östlich von Düsseldorf, einen menschlichen Schädel und einige Knochen. Archäologen identifizierten sie als Überreste einer ausgestorbenen menschlichen Rasse, die Wissenschaftler „Neandertaler“ nannten. Später gruben Archäologen die Überreste von Hunderten Neandertalern aus Europa und dem Nahen Osten aus.

Neandertaler unterschieden sich anatomisch vom frühen Homo sapiens. Sie haben kurze Gliedmaßen, einen kräftigen Körper und helle Haut. Und das Besondere daran ist, dass ihre Gehirnkapazität größer ist als die der modernen menschlichen Vorfahren. Sie können Steinwerkzeuge herstellen und Feuer nutzen und haben möglicherweise eine bestimmte Kultur entwickelt, beispielsweise die Bestattung von Verwandten.

Moderner menschlicher Schädel und Neandertalerschädel (Quelle: theverge.com)

Neandertalerskelett Quelle: Wiki

Wissenschaftler streiten über den taxonomischen Status der Neandertaler. Einige glauben, dass Neandertaler einer völlig anderen Rasse als Homo sapiens angehören, während andere glauben, dass Neandertaler ebenfalls zum Homo sapiens gehören und eine Unterart davon darstellen. Bis zur Veröffentlichung des ersten Entwurfs des Neandertalergenoms im Jahr 2009 gingen die meisten Wissenschaftler davon aus, dass die Neandertaler keinen genetischen Beitrag zum modernen Menschen leisteten.

Am 12. Februar 2009 gab ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland bekannt, dass es erstmals den Entwurf des Neandertaler-Genoms entschlüsselt habe. Die genomische DNA wurde aus drei kleinen Knochen verschiedener Neandertaler extrahiert, die in der Vindiga-Höhle im Norden Kroatiens ausgegraben wurden. Die diesmal veröffentlichten Informationen zum Neandertalergenom umfassen insgesamt etwa 2 Milliarden Basenpaare, was etwa 60 % seines gesamten Genoms entspricht. Noch schockierender ist die Entdeckung der Wissenschaftler, dass die europäische und asiatische Bevölkerung ein bis vier Prozent der neandertalspezifischen Genominformationen enthält, während dies bei den einheimischen Afrikanern nicht der Fall ist. Dies deutet darauf hin, dass sich der moderne Mensch nach seiner Auswanderung aus Afrika mit dem Neandertaler vermischte und dass die Nachkommen dieser Kreuzungen die Vorfahren des modernen Menschen wurden. Wissenschaftler haben den 12. Februar für die Veröffentlichung ihres Entwurfs des Neandertalergenoms gewählt, hauptsächlich um an den 200. Geburtstag Darwins, des Begründers der Evolutionstheorie, zu erinnern. Im Mai 2010 wurden detaillierte Informationen zum Entwurf des Neandertalergenoms offiziell in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Neandertalerschädel und Professor Svante Pääbo (Foto: The Washington Post)

Vier Jahre später grub das Forschungsteam einen Zehenknochen eines Neandertalers aus einer Denisova-Höhle im Altai-Gebirge im südlichen Sibirien in Russland aus, extrahierte daraus genomische DNA, maß das gesamte Genom des Altai-Neandertalers und stellte fest, dass das Genom des modernen Menschen nur 1,5 bis 2,1 Prozent der genetischen Informationen des Neandertalers enthält. Ein 2017 im Fachmagazin Science veröffentlichter Artikel legte nahe, dass der Anteil der genetischen Informationen des Neandertalers im Genom von Ostasiaten etwas höher sei als der von Westeuropäern. Unter ihnen stammen 2,3 bis 2,6 Prozent des ostasiatischen Genoms von Neandertalern, während Neandertaler nur 1,8 bis 2,4 Prozent zum Genom der Westeuropäer beitragen.

Wissenschaftler spekulieren, dass Neandertaler vor 400.000 bis 40.000 Jahren in Eurasien lebten, während die frühen modernen Menschen Afrika vor etwa 50.000 Jahren verließen. Zahlreiche Studien haben ergeben, dass die frühen modernen Menschen vor 50.000 bis 60.000 Jahren, als sie gerade Afrika verließen und den Boden des Nahen Ostens betraten, auf in der Nähe lebende Neandertaler trafen. Die beiden Seiten könnten bis zu 5.000 Jahre lang gemeinsam in Eurasien gelebt haben. Es gibt keine direkten Beweise dafür, dass es zwischen den beiden Seiten zu einem groß angelegten Konflikt kam. Durch den Vergleich der genetischen Informationen früherer Menschen spekulieren Wissenschaftler jedoch, dass sich Neandertaler und frühe moderne Menschen oft ineinander verliebten und sich vermischten.

Im Jahr 2015 schrieb Dr. Fu Qiaomie vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften als Erstautor in der Fachzeitschrift „Nature“, dass Forscher die DNA von etwa 40.000 Jahre alten, in Rumänien ausgegrabenen Männern der frühen Neuzeit analysiert und dabei festgestellt hätten, dass neandertalerspezifische Genominformationen bis zu 9 % des Genoms des modernen Menschen ausmachten. Das bedeutet, dass einer der Ururgroßeltern des Mannes ein Neandertaler gewesen sein könnte. Dies ist auch der frühe moderne Mensch, der von Wissenschaftlern bisher am nächsten mit dem Neandertaler verwandt ist.

Tatsächlich erhielten die frühen modernen Menschen nicht nur genetische Geschenke von den Neandertalern, sondern gaben vor 100.000 Jahren auch erfolgreich ihre eigenen genetischen Informationen an die Neandertaler weiter. Im Februar 2016 gaben Forscher eines internationalen Teams, darunter auch das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland, in der Fachzeitschrift Nature bekannt, dass sie im Genom einer Neandertalerin in einer abgelegenen Höhle im russischen Altai-Gebirge erstmals genetische Informationen entdeckt hätten, die für die Vorfahren des modernen Menschen einzigartig seien. Sie spekulierten, dass sich vor 100.000 Jahren eine kleine Gruppe von Vorfahren des modernen Menschen mit ostasiatischen Neandertalern vermischte, die genetische Information dieser modernen Menschen jedoch später spurlos verschwand.

Zusammenarbeit mit den mysteriösen Denisova-Menschen

Allerdings kam es nicht nur zwischen den Neandertalern und den Vorfahren des modernen Menschen zu einem genetischen Austausch. Kehren wir zur bereits erwähnten Denisova-Höhle im Altai-Gebirge zurück, die an der Grenze zwischen Russland, China und der Mongolei liegt. Hier lebten nicht nur Neandertaler, sondern auch die Vorfahren des modernen Menschen und eine geheimnisvolle Menschheitsrasse.

Nur einen Monat bevor der erste Entwurf des Neandertalergenoms in Science veröffentlicht wurde, schrieb ein Team unter der Leitung von Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie und Anatoli P. Derevianko von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nature, dass sie eine weitere neue ausgestorbene Menschenart entdeckt hätten. Die Forscher führten eine genetische Analyse der mitochondrialen DNA eines kleinen Fingerknochenfragments durch, das Derevyanko vor zwei Jahren in der Denisova-Höhle ausgegraben hatte. Sie extrahierten mitochondriale DNA aus diesem kleinen Knochenstück und sequenzierten sie. Durch den Vergleich mit der mitochondrialen DNA von frühen modernen Menschen, Neandertalern, Bonobos und Schimpansen stellten sie überrascht fest, dass dieses kleine Knochenstück weder zu frühen modernen Menschen noch zu Neandertalern, Bonobos oder Schimpansen gehörte. Weitere Analysen ergaben, dass der Besitzer dieses kleinen Knochenfragments denselben Vorfahren hatte wie der frühe moderne Mensch und der Neandertaler vor einer Million Jahren. Die Forscher spekulierten daher, dass dieses kleine Knochenfragment zu einer neuen ausgestorbenen menschlichen Spezies gehörte.

Ende 2010 analysierte das Forschungsteam die genomische DNA dieses Fingerknochens weiter und spekulierte, dass diese neue Menschenart eng mit den Neandertalern verwandt sei und vor 640.000 Jahren möglicherweise eine einzige Familie gewesen sei. Die Abspaltung von den modernen Afrikanern könnte 840.000 Jahre zurückliegen.

Backenzähne, die die Identität der „Denisovar“-Menschen bestätigen (Quelle: David Reich et al., 2010)

Bald darauf gruben Forscher in derselben Höhle weitere Knochenfragmente aus, die zu verschiedenen Individuen gehörten. Alle wiesen einen ähnlichen genetischen Hintergrund wie diese neue Menschenart auf, weshalb sie sie „Denisovar-Menschen“ nannten.

Denisova-Menschen sind nahe Verwandte der Neandertaler; etwa 17 Prozent ihrer genetischen Informationen stammen von letzteren. Im August 2018 analysierte ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Viviane Slon und Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland einem Bericht der Zeitschrift Nature zufolge ein kleines Knochenstück aus der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge in Russland und fand heraus, dass der Knochen einem Mädchen gehörte, das vor 90.000 Jahren mindestens 13 Jahre alt war. Noch überraschender ist, dass ihre Mutter eine Neandertalerin und ihr Vater ein Denisova-Mensch war. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler direkte Hybridnachkommen von Neandertalern und Denisova-Menschen entdeckt haben. Dies deutet darauf hin, dass es bei diesen unterschiedlichen Rassen sehr häufig vorkam, dass sie sich nach ihrer Begegnung miteinander vermischten.

Möglicherweise haben sich Denisova-Menschen erst später mit modernen Menschen gekreuzt als Neandertaler, und ihre Gene waren nicht so weit verbreitet. Die genetische Information der Denisova-Menschen ist größtenteils in den Genomen moderner Asiaten erhalten geblieben. Die Genome der Melanesier, die auf pazifischen Inseln in der Nähe Südostasiens leben, enthalten 4 bis 6 Prozent der genetischen Information der Denisova-Menschen. Eine Studie aus dem Jahr 2016 senkte diese Zahl auf 1,1 % und spekulierte, dass eine andere ausgestorbene menschliche Spezies möglicherweise genetische Informationen beigesteuert habe. Andere Forscher haben festgestellt, dass Denisova-Menschen zum Genom einiger heutiger indigener Völker Australiens und vereinzelter Inseln in Südostasien sowie zu den indigenen Völkern des ostasiatischen Festlands und Amerikas beigetragen haben.

Im März 2018 schrieben Forscher der University of Washington in Seattle und der Princeton University in der Fachzeitschrift Cell, dass sie mithilfe einer neuen genomfreien Referenzmethode 5.639 vollständige menschliche Genomsequenzen aus Eurasien und Ozeanien analysiert hätten. Dabei hätten sie festgestellt, dass sich die genetischen Informationen, die die Denisova-Menschen in ostasiatischen Populationen hinterlassen hätten, deutlich von denen in südasiatischen und ozeanischen Populationen unterschieden. Sie spekulierten daher, dass sich Denisova-Menschen und moderne Menschen mindestens zweimal gekreuzt hätten, was die Vermischung zwischen modernen Menschen und anderen Urmenschen komplizierter mache.

Bisher haben Wissenschaftler nur Überreste der Denisova-Menschen in der Denisova-Höhle im russischen Altai-Gebirge entdeckt, und es handelt sich dabei ausschließlich um kleine Knochenfragmente. Bisher wurden keine einigermaßen vollständigen Überreste gefunden, was es den Wissenschaftlern schwer macht, über das Aussehen der Denisova-Menschen zu spekulieren, ganz zu schweigen von ihren Lebensgewohnheiten und Lebensraum. Doch wie die Neandertaler vermischten sie sich mit den Vorfahren des modernen Menschen und hinterließen ihre genetische Information für immer in einem Teil des modernen menschlichen Genoms. Dies brachte diesen modernen Menschen unerwartete Vorteile bei der Anpassung an die Umwelt und führte dazu, dass sie schließlich zu Herrschern der Erde wurden.

Befreien Sie sich vom Falschen und bewahren Sie das Wahre und werden Sie eine starke Person

Im Laufe der Jahre ihres Zusammenlebens mit den Vorfahren des modernen Menschen häuften sich aufgrund der Klimaverschlechterung und aus anderen Gründen auch bei Neandertalern und Denisova-Menschen eine große Zahl schädlicher genetischer Mutationen an, die durch die Kreuzung mit dem modernen Menschen zwangsläufig an ihre Nachkommen weitergegeben wurden. Obwohl nicht alle genetischen Gaben der Neandertaler, Denisova-Menschen und anderer Menschenrassen für den modernen Menschen von Vorteil sind, hat der moderne Mensch in seiner noch nicht allzu langen Evolutionsgeschichte nach und nach ungünstige Gene eliminiert und günstige Gene bewahrt, was es ihm ermöglicht hat, Hochebenen zu erklimmen, in Shanghai und auf Inseln zu schwimmen, die Welt zu bereisen und sogar das Universum zu erforschen.

Wie wir alle wissen, lebten Neandertaler und Denisova-Menschen bereits seit über 300.000 Jahren in Eurasien, als die Vorfahren des modernen Menschen vor 50.000 Jahren Afrika verließen. Sie hatten eine starke Anpassungsfähigkeit an das lokale Klima, die Nahrung, pathogene Mikroorganismen und andere Umgebungen entwickelt und schließlich einige einzigartige, an die Umwelt angepasste Genotypen gebildet. Die Vermischung moderner Menschen mit diesen Urmenschen fördert die Einführung der entsprechenden günstigen Genotypen dieser Urmenschen, was den neu angekommenen modernen Menschen offensichtlich dabei helfen kann, sich schnell an die Umwelt anzupassen, beispielsweise an das kalte Klima in Europa, und sich dann auf der ganzen Welt auszubreiten.

Forscher des Shenzhen BGI Genomics Institute, der University of California, der South China University of Technology und anderer Institutionen fanden heraus, dass der Grund dafür, dass sich Tibeter in China an die Höhenlage und die sauerstoffarme Umgebung in über 4.000 Metern Höhe in Tibet anpassen können, möglicherweise darin liegt, dass die Tibeter von den Denisova-Menschen oder ihren nahen Verwandten eine Mutation des EPAS1-Gens geerbt haben, die mit der Anpassung an sauerstoffarmen Lebensraum in Zusammenhang steht. Die Forschungsergebnisse wurden im Juli 2014 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Forscher am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland analysierten die Genome von 112.000 Briten und fanden heraus, dass einige Gene, die mit Hautfarbe, Haarfarbe, Körpergröße, Schlafmustern und sogar dem Rauchverhalten in Zusammenhang stehen, von Neandertalern stammen.

Im Oktober 2018 berichteten David Enard von der University of Arizona und Dmitri A. Petrov von der Stanford University in der Fachzeitschrift Cell, dass während des Kreuzungsprozesses zwischen Neandertalern und dem frühen Homo sapiens diese nicht nur Viren untereinander übertrugen, sondern auch das Gen für das virale interagierende Protein (VIP) an ihre Nachkommen weitergaben. Das VIP-Protein hat mehrere Funktionen, beispielsweise die Teilnahme an der Immunantwort und die Abwehr der Invasion bestimmter Viren, insbesondere RNA-Viren. Aufgrund von Genmutationen können einige VIP-Proteine ​​der Neandertaler bestimmte Viren bekämpfen, insbesondere eindringende RNA-Viren. Auf diese Weise würden die Nachkommen des Homo sapiens, die das VIP-Gen des Neandertalers geerbt hätten, eine Resistenz gegen mehr Viren entwickeln, also eine genetische Anpassungsfähigkeit erlangen und nachfolgende große Seuchen überleben, während die nicht-hybriden Nachkommen nach und nach ausgerottet würden. Die Forbes-Autorin Dr. Jennifer Raff verglich dieses Phänomen mit Neandertalern und dem frühen Homo sapiens, die sich gegenseitig vergifteten und mit Gegenmitteln versorgten.

Neandertaler und moderne menschliche Vorfahren vergifteten sich gegenseitig und versorgten sich mit „Gegengiften“ (Bildquelle: David Enard et al., 2018, Cell)

Obwohl Neandertaler und Denisova-Menschen als menschliche Rassen vollständig ausgestorben sind, ist ihre Liebesgeschichte mit den Vorfahren des modernen Menschen tief in unser Genom eingraviert und kann niemals gelöscht werden.

Verweise

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16. Enard D. und Petrov DA: Beweise dafür, dass RNA-Viren die adaptive Introgression zwischen Neandertalern und modernen Menschen bewirkten. Zelle. 2018, 175(2): 360-371.

Wir möchten Dr. Fu Qiaomie für die Überprüfung und Überarbeitung dieses Artikels danken.

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